專利名稱：爐灶口內(nèi)加熱裝置的控制器及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及爐灶口，更特別地，涉及一種爐灶口內(nèi)輻射電加熱裝置的控制器和操作方法。
背景技術(shù)：
輻射電加熱裝置，在本領(lǐng)域中眾所周知，包括一個(gè)電加熱元件例如線圈加熱元件或者是帶狀加熱元件。在傳統(tǒng)的加熱裝置中，加熱元件的末端通過熱控開關(guān)或限制器與供給加熱元件電流的電路連接。該裝置安裝在烹調(diào)面的下面，上面放置器具。當(dāng)器具放置在烹調(diào)面上時(shí)，器具被透過烹調(diào)面的直接輻射能加熱。器具也通過傳導(dǎo)烹調(diào)面內(nèi)的吸收輻射能來被局部加熱。當(dāng)加熱裝置的溫度超過預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，熱控開關(guān)為此響應(yīng)而斷開在電源和加熱元件之間的回路，以切斷供給加熱元件的電流。當(dāng)溫度落在預(yù)設(shè)的溫度之下時(shí)，開關(guān)與回路連接以恢復(fù)供給加熱元件的電流。
這種加熱裝置存在許多問題。其中一個(gè)問題就是熱控開關(guān)。熱控開關(guān)比較昂貴，占加熱裝置總費(fèi)用的20-30％。開關(guān)部件是加熱裝置失敗的主要原因。它簡直是太昂貴以致于不能僅置換一個(gè)壞了的開關(guān)。而是，當(dāng)開關(guān)壞了的時(shí)候，加熱裝置被廢棄而用一個(gè)新的加熱裝置來取代。取消現(xiàn)有熱控開關(guān)將不僅節(jié)省費(fèi)用，而且還能夠提高加熱裝置的使用年限；只要仍保持加熱裝置準(zhǔn)確的溫度控制就行。而且，這些加熱裝置安裝在玻璃-陶瓷材料層的下面。這就使壞了的加熱裝置去掉和安裝變得困難。
還需要快速煮沸液體。不管加熱裝置上的器具類型或位置如何，典型的加熱裝置都將把溫度加熱到一個(gè)特定的設(shè)置值。加熱裝置上器具的類型和位置都會(huì)影響系統(tǒng)的性能和煮沸液體的時(shí)間。例如，凹面型的器具能夠?qū)⑤椛淠芊瓷浠丶訜嵫b置。在器具凹面部分下面的玻璃陶瓷材料中形成一“熱點(diǎn)”。在器具凹面部分下面的氣囊充當(dāng)絕緣體，阻止熱點(diǎn)的冷卻。而且，偏心的器具使沒有被器具覆蓋的玻璃陶瓷材料部分達(dá)到過熱溫度。在不知道加熱裝置上器具的類型或它的位置的情況下，當(dāng)確定加熱裝置的最大溫度設(shè)置值時(shí)這些極端條件必須考慮到。這將導(dǎo)致所有類型器具有一較低的最大設(shè)置值。然而一個(gè)較低的最大設(shè)置值，卻增加了煮沸放在正中心的平底鍋里液體的時(shí)間。因此，還需要有一個(gè)控制器和確定器具類型和是否其放在正中心的方法。控制器能夠動(dòng)態(tài)地改變溫度的設(shè)置值到最佳煮沸液體的溫度。本發(fā)明旨在克服或至少是減少上面提到的一個(gè)或多個(gè)問題的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明包括一加熱裝置的控制器。該加熱裝置能對器具產(chǎn)生熱能并且有一溫度傳感器、一加熱元件和一烹調(diào)面。該控制器有一測量加熱裝置內(nèi)空腔溫度的裝置、一控制給加熱元件供電的裝置，和一根據(jù)裝在加熱裝置上的器具類型確定在過載狀態(tài)下是否控制給加熱元件供電的裝置。
測量空腔溫度的裝置包括接收從溫度傳感器產(chǎn)生的信號?？刂平o加熱元件供電的裝置包括對電連接到加熱元件上的電源提供周期信號的產(chǎn)生。確定在過載狀態(tài)下是否控制給加熱元件供電的裝置包括空腔溫度的溫度分布曲線的測量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括爐灶口中加熱裝置的溫度控制系統(tǒng)。該加熱裝置有一設(shè)置在烹調(diào)面下面的加熱元件并能對裝在烹調(diào)面上的器具產(chǎn)生熱量。溫度控制系統(tǒng)包括一溫度傳感器和一控制器。該溫度傳感器測量加熱裝置空腔內(nèi)的溫度。該控制器能夠接收從溫度傳感器反射的測量空腔溫度的信號并控制給加熱元件供電。該控制器進(jìn)一步還能確定裝在加熱裝置上的器具的類型并根據(jù)裝在加熱裝置上的器具類型控制在過載狀態(tài)下給加熱元件供電。
溫度控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括電源和用戶控制旋鈕。電源與加熱元件電連接并與控制器電連接。用戶控制旋鈕可以使用戶選擇溫度調(diào)整位置。該控制器進(jìn)一步包括測量空腔溫度分布線的裝置。還包括一測量第一時(shí)間段的裝置，該第一時(shí)間段是取得從第一溫度到第二溫度的空腔測量溫度。也包括一測量第二時(shí)間段的裝置，該第二時(shí)間段是取得從第三溫度到第四溫度的空腔測量溫度。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，本發(fā)明包括在第一溫度設(shè)置值操作加熱裝置的方法。該加熱裝置有一輻射紅外能量的加熱元件和一適合測量加熱裝置中傳感溫度的溫度傳感器。該方法包括下列步驟測量從第一溫度到第二溫度的第一時(shí)間段；測量從第三溫度到第四溫度的第二時(shí)間段；比較第一時(shí)間段和第二時(shí)間段；確定是否將加熱裝置的第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值；和如果確定第一溫度設(shè)置值可以從第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值，則將第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值。
該方法在爐灶口中由一控制器來完成。該控制器能夠接收來自溫度傳感器來的傳感溫度。該控制器電連接到加熱元件上以保持第一和第二溫度設(shè)置值。在一個(gè)實(shí)施例中，第二溫度設(shè)置值比第一溫度設(shè)置值要高。而且，該確定步驟進(jìn)一步包括確定在加熱裝置上的器具是否是凹面的。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括在第一溫度設(shè)置值操作加熱裝置的另一種方法。然而，該方法包括下列步驟在第一時(shí)間段測量第一增加的傳感溫度；在第二時(shí)間段測量第二增加的傳感溫度；比較第一增加的傳感溫度和第二增加的傳感溫度；確定是否增加加熱裝置中的第一設(shè)置值到第二設(shè)置值；和如果確定第一溫度設(shè)置值可以從第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值，則增加第一溫度設(shè)置值到第二溫度設(shè)置值。
上面本發(fā)明的概述并不代表每一個(gè)實(shí)施例或者本發(fā)明的每一個(gè)方面。這是下面附圖和詳細(xì)描述的目的。


本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)通過參照附圖閱讀下面的詳細(xì)描述將變得顯而易見，附圖中圖1示出了具有本發(fā)明的模塊化輻射加熱裝置的爐灶口的俯視圖；圖2示出了本發(fā)明的模塊化輻射加熱裝置一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖3示出了附圖2中的模塊化輻射加熱裝置的分解圖；圖4A-4C示出了用在本發(fā)明模塊化輻射加熱裝置中的絕緣餅底的透視圖(頂視圖和底視圖)和平面圖；圖5示出了在圖4A-4C中的絕緣餅底的橫截面圖；
圖6示出了本發(fā)明的溫度傳感器部件的一個(gè)實(shí)施例的分解圖；圖7示出了在圖6中組裝的溫度傳感器部件的透視圖；圖8A-8C示出了用在本發(fā)明模塊化輻射加熱裝置中的一個(gè)溫度傳感器的透視圖和側(cè)視圖；圖9示出了用于本發(fā)明溫度傳感器部件的支柱的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖10A-10D示出了圖8中支柱的側(cè)視圖、頂視圖、底視圖和橫截面圖；圖11A示出了安裝在絕緣餅底內(nèi)的溫度傳感器部件的一個(gè)實(shí)施例的放大圖；圖11B示出了安裝在絕緣餅底內(nèi)的溫度傳感器部件的另一個(gè)實(shí)施例的放大圖；圖12示出了與控制烹調(diào)食物或加熱液體的控制器連接的模塊化加熱裝置的工作框圖；圖13A-13D示出了從加熱元件輻射出的輻射能量的側(cè)視圖；圖14示出了在加熱裝置上的不同類型的器具的溫度分布線；圖15示出了在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中加熱裝置的控制器的判定是否進(jìn)入過載狀態(tài)的工作流程圖。
雖然本發(fā)明易于作出各種改進(jìn)和變形，在附圖中作為例子已經(jīng)示出了某些具體的實(shí)施例并且將被詳細(xì)描述。然而可以理解的是，并沒有限定本發(fā)明具體的形式。相反，那些在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)覆蓋的所有的變形、等同物和替代物都通過所附的權(quán)利要求書來限定。
具體實(shí)施例方式
說明性的實(shí)施例將在下面參照附圖來描述。參看附圖，圖1示出了裝在爐灶口12上的本發(fā)明的多個(gè)(4個(gè))加熱裝置10。每個(gè)加熱裝置10具有相同的瓦數(shù)或者不同的瓦數(shù)。爐灶口12包括有多個(gè)孔的頂面14，該多個(gè)孔可以接收并容納多個(gè)加熱裝置10。要烹調(diào)食物或者加熱液體的人就將食物或液體放置在器具上(未示出)，然后放置一個(gè)加熱裝置10。用戶打開相應(yīng)的控制旋鈕16或者其它的溫度控制裝置如鍵區(qū)至一指示由加熱裝置10產(chǎn)生的以加熱食物或液體的溫度。
如圖2所示，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的加熱裝置10是獨(dú)立的單一模塊化裝置，使用戶容易地去掉或置換加熱裝置10。參照圖2-3，在一個(gè)實(shí)施例中，加熱裝置10包括烹調(diào)盤20、支承底盤22、絕緣墊圈24、具有絕緣餅底的絕緣層26和絕緣側(cè)壁環(huán)28、加熱元件30、溫度傳感器部件32、裝飾環(huán)34和接線盒36和38。該加熱裝置10是獨(dú)立的并且通過使用接線盒36和38而是模塊化的。接線盒36作為連接器允許與傳輸加熱裝置10中的傳感溫度的信號線快速連接。接線盒38作為連接器允許與啟動(dòng)加熱元件30的電源線快速連接。
另一種方案是，爐灶口12的頂面14可以是沒有孔的單一烹調(diào)面。加熱裝置10可以安裝在頂面的下面以對烹調(diào)面產(chǎn)生熱量。在該可選的實(shí)施例中，加熱裝置可以沒有裝飾環(huán)34。對于所有加熱裝置，烹調(diào)盤20可以被單一烹調(diào)面取代。
烹調(diào)盤或者是烹調(diào)面20由紅外透射材料例如玻璃陶瓷制成。一個(gè)合適的材料是指在德國的美因茲(Mainz)由Schott Glass生產(chǎn)的CERAN或者是在南卡羅來納(South Carolina)的Fountain Inn由EuroKera北美有限公司生產(chǎn)的EuroKera玻璃陶瓷。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，作為制造陶瓷化玻璃的普通方法的人工產(chǎn)物，烹調(diào)面20具有變形或者凹腔的底面。支承盤22設(shè)置在烹調(diào)盤20的下面。支承盤22是一具有大致平底42、環(huán)行側(cè)壁44和外凸緣46的淺盤。墊圈24設(shè)置在烹調(diào)盤20和支承盤22的外凸緣46之間。墊圈24是由例如從佐治亞洲Augusta的Thermal ceramics得到的K-ShieldBF Paper的絕緣材料制成。在加熱裝置中墊圈24的合適的組裝可以從臨時(shí)申請?zhí)枮?0/189695，名稱為“模塊化輻射加熱裝置”，由本發(fā)明的受讓人所擁有并在本發(fā)明中參照引用的專利中得到教導(dǎo)。
絕緣層被支承在支承盤22的里面。特別地，在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，絕緣層有一絕緣餅底26和一絕緣側(cè)壁環(huán)28。雖然在圖3中示出的絕緣層是兩個(gè)分離的部件，但是絕緣餅底26和側(cè)壁環(huán)28可以是一個(gè)整體。絕緣層合適的材料包括來自Adrian，密歇根州的Wacker Silicones公司的Wacker WDS熱絕緣材料和來自佐治亞洲Augusta的Thermal ceramics的RPC2100。
參照圖4A-4C，絕緣餅底26有一頂面52和一底面54。絕緣餅底26的頂面52有一容納加熱元件30的槽56。絕緣餅底26的頂面52也有一用來容納接線盒38的開口58。在絕緣餅底26的中心有一孔60?？?0用來接收和容納溫度傳感器部件32。在一個(gè)實(shí)施例中，孔60在絕緣餅底26的頂面52是圓形的?？?0從絕緣餅底26的頂面52朝向絕緣餅底26的底面54擴(kuò)張。
圖5示出了一個(gè)實(shí)施例，其中孔60在絕緣餅底26的底面54的直徑比在頂面52的直徑要寬。溫度傳感器部件32一部分的尺寸適合在孔60內(nèi)。下面將有更詳細(xì)的解釋，孔60的直徑變化的目的是為容納在絕緣餅底26中的溫度傳感器部件32提供附加支承。而且，如圖4B所示，孔60優(yōu)選作為一“鑰匙”孔來阻止溫度傳感器部件32相對于絕緣餅底26的徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
絕緣餅底26的底面54適合于?？吭谥С斜P22的底面。絕緣餅底26可具有安裝孔62以阻止絕緣餅底26相對于支承盤22的運(yùn)動(dòng)。支承盤22有配合孔64(見圖3)。為了使絕緣餅底26相對于支承盤22的平底42固定，螺絲(未示出)插入盤孔64中并插進(jìn)餅孔62中。
返回到圖3中，加熱元件30支承在絕緣層的絕緣餅底26上。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱元件30放置在絕緣餅底26的槽56中。多個(gè)微型釘(未示出)用來將加熱元件30固定到絕緣餅底26上。絕緣側(cè)壁環(huán)28的存在，允許加熱元件30與烹調(diào)盤20有一個(gè)間隔。加熱元件30優(yōu)選是一帶狀加熱元件，雖然其它類型的輻射元件例如螺旋型或復(fù)合型加熱元件也可以使用。加熱元件30輻射紅外能量。加熱元件30以螺旋或彎曲的形式裝在絕緣餅底26上。可以理解的是，顯示在圖3中的形式僅僅是說明性的且加熱元件30在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以以其它形式放置在絕緣餅底26上。加熱元件30的各個(gè)端與接線盒38和插頭39的電源(未示出)相連接。
圖6-7示出了溫度傳感器部件32的分解圖和合成圖。溫度傳感器部件32包括溫度傳感器70、支柱72、延長引線74、罩76和連接器78。溫度傳感器70裝在支柱72的凹槽96內(nèi)。支柱72裝在絕緣餅底26的中心孔60內(nèi)。在延長引線74的一端，引線74與溫度傳感器70結(jié)合。延長引線74穿過支柱72。延長引線74的另一端是連接器78。連接器78在組裝加熱裝置10的過程中插入接線盒36內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，溫度傳感器70是一鉑電阻溫度檢測器(鉑RTD)。一個(gè)合適的鉑RTD可以從美國賓夕法尼亞州Newtown的Heraeus Sensor-Nite公司獲得。使用鉑RTD的好處是適合于高溫度。圖8A-8C示出的溫度傳感器70是鉑RTD。溫度傳感器70有一溫度傳感元件82和一引線84。溫度傳感器70的引線84通過支柱72電連接到延長引線74上。延長引線74最好是絕緣的。根據(jù)支柱72的具體結(jié)構(gòu)和所使用的溫度傳感器的類型，溫度傳感器70的引線84可以外露或不被絕緣。這可能導(dǎo)致溫度傳感元件82錯(cuò)誤的溫度讀數(shù)。這是由于熱量可能通過外露的引線84傳導(dǎo)并進(jìn)入到溫度傳感元件82。如果是這種情況，溫度傳感器部件32優(yōu)選是有使溫度傳感器70的外露引線84絕緣的某種機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，溫度傳感器部件32有絕緣罩76。該罩76由絕緣材料制成。罩76也可以由絕緣膠或粘合劑制成。一種合適的絕緣膠或粘合劑是來自美國賓夕法尼亞州匹茲堡的Sauereisen公司的Sauereisen Electric Resistor Cement第78號。Sauereisen粘合劑是摻和好的膠并可以刷涂、浸漬或噴射使用。
圖9是支柱72的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖10A-10C示出了圖9中的支柱72的側(cè)視圖、頂視圖和底視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，支柱72有一個(gè)頭部92和一個(gè)較低的基座部分94。支柱72優(yōu)選是由絕緣材料例如陶瓷制成。合適的陶瓷型材料是L-3滑石。支柱72也可以由其它的絕緣材料例如上面所描述的絕緣層的材料制成。頭部92有一個(gè)凹槽96用來容納至少溫度傳感器70的一部分傳感元件82。頭部92進(jìn)一步有狹縫98用來容納傳感器引線84和延長引線74?；糠?4放在絕緣餅底26的中心孔60內(nèi)。如果中心孔60是一“鑰匙”孔，(如圖4B所示)，支柱72的基座部分94必須與之相適應(yīng)(如圖10B-10D)。這樣就阻止了溫度傳感器部件32相對于絕緣餅底26的徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了進(jìn)一步保持支柱72在絕緣餅底26內(nèi)，使用一絕緣膠或粘合劑例如Sauereisen Electric Resistor Cement第78號。
圖10D示出了支柱72的橫截面圖。支柱72的基座部分94有孔100。溫度傳感元件82至少部分地在支柱的凹槽96內(nèi)。傳感器引線74和/或延長引線84從頭部92的側(cè)面引出沿著狹縫98并穿過在支柱72的基座部分94中的孔100。引線74和84然后通過支承盤22的底42延伸并把來自溫度傳感元件82的傳感溫度傳送到控制器。
溫度傳感器部件32的頭部92的一部分優(yōu)選是通過絕緣餅底26的中心延伸。圖11A示出了溫度傳感器部件32在絕緣餅底26內(nèi)通過中心孔60的放大圖。如下面的詳細(xì)描述，在絕緣餅底26的中心定位傳感器的好處是能夠測量出來自加熱元件30的反射的紅外輻射能量的差異。如果加熱元件30有一如圖3所示的結(jié)構(gòu)，這是特別重要的。而且，為了增強(qiáng)反射的輻射能量的測量結(jié)果，溫度傳感元件82應(yīng)該部分地屏蔽來自加熱元件30的直接輻射能量。優(yōu)選是溫度傳感元件82從支柱72的凹槽96中伸出不到60％。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感元件82從槽96中伸出50％。
另一種方案是，如圖11B所示，溫度傳感元件82通過使用屏蔽塊102可以完全地屏蔽掉來自加熱元件30的直接輻射能。屏蔽塊102可以是各種形狀。顯示在圖11B中的實(shí)施例示出了一管狀屏蔽塊102。為了消除來自加熱元件30的直接輻射能的測量結(jié)果，屏蔽塊102的高度應(yīng)該至少與溫度傳感元件72的頂部一樣高。屏蔽塊102由熱絕緣材料例如陶瓷制成。屏蔽塊102也可以制成作為絕緣餅底26的一部分。
雖然圖11B示出了完全屏蔽掉來自加熱元件30的直接輻射能的溫度傳感元件82，但是在需要有較快響應(yīng)時(shí)間的應(yīng)用場合中，讓傳感元件82部分地暴露于直接輻射能是更好的。這是由于熱空氣可以陷入屏蔽塊102內(nèi)并且傳感元件72不能快速響應(yīng)加熱裝置10內(nèi)的溫度變化。相應(yīng)地，如果使用屏蔽塊102，通過限定塊102的壁厚，塊102的質(zhì)量可以減小。換句話說，塊102的高度可以減小。
希望的是，能夠比以前更好地控制食物的烹調(diào)和液體的加熱。為此，參照圖12，本發(fā)明的加熱裝置10使用控制器110來控制電源112給加熱裝置10供電。控制器的操作通過一PID(比例、積分、微分)控制環(huán)或一PI(比例、積分)控制環(huán)來完成。加熱裝置的一個(gè)要求是它們能夠快速加熱到一操作溫度。這是可以由通電后加熱裝置10的加熱元件30在3-5秒內(nèi)達(dá)到一可視的響應(yīng)溫度來得到證明的，在那個(gè)時(shí)間內(nèi)加熱元件發(fā)熱。元件30的快速加熱可以通過施加電壓達(dá)到，例如，給加熱元件30施加240伏交流電壓。加熱元件30加熱的整個(gè)時(shí)間都施加電壓。當(dāng)?shù)竭_(dá)快速加熱時(shí)，增加的溫度作用于加熱元件30和烹調(diào)盤20上。這就導(dǎo)致了烹調(diào)盤20的使用壽命的降低。這樣，就希望有一個(gè)將作用于烹調(diào)盤20上的溫度最小化的控制系統(tǒng)。
控制器110控制電的施加以使僅在一短的間隔內(nèi)施加高電平。溫度傳感器70有一提供給控制器110的輸出溫度信號St。不象以前的加熱裝置使用溫度響應(yīng)開關(guān)，如果加熱裝置的溫度變得太高即將切斷供給加熱元件的電源，溫度傳感器70僅僅通過電纜114給控制器110提供一傳感溫度輸入。而且，當(dāng)前的設(shè)計(jì)使用一種有較小熱量的溫度傳感器的類型。這就允許有較快的響應(yīng)時(shí)間且更準(zhǔn)確地讀取加熱裝置10中的溫度。顯示在圖8A-8C中的這種傳感器的類型是鉑RTD。這種類型的傳感器比有較大熱量的探針傳感器能夠更好地工作。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制旋鈕16有多個(gè)調(diào)整位置。例如，旋鈕16有1-10個(gè)調(diào)整位置，其中調(diào)整位置1指最小溫度，調(diào)整位置10指最大溫度。用戶在加熱裝置10上放置一U型器具并且將控制旋鈕16扭到一希望的調(diào)整位置。要煮沸液體，用戶一般選擇最高調(diào)整位置。控制器110從旋鈕16接收到希望的調(diào)整位置且指定第一溫度設(shè)置值?？刂破?10給加熱元件30通電直到達(dá)到第一溫度設(shè)置值?？刂破?10從溫度傳感器70采樣一接收的溫度信號St來判定是否已經(jīng)達(dá)到第一溫度設(shè)置值。當(dāng)達(dá)到第一溫度設(shè)置值以后，仍然通過給加熱元件30周期供電來保持該溫度。
控制器110響應(yīng)信號St以致于如果加熱裝置10的溫度開始增加超過所選擇的加熱值時(shí)，控制器110通過改變提供給電源112的控制信號St的工作循環(huán)或傳號空號比來作出反應(yīng)。該控制信號控制在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)供給加熱元件30電流的時(shí)間。這樣，不是關(guān)閉加熱裝置，而是在任何一個(gè)所給的間隔內(nèi)產(chǎn)生的熱量是可以通過在那個(gè)間隔內(nèi)改變供給加熱元件30電流的時(shí)間來改變的。如果在一個(gè)間隔內(nèi)供給電流的時(shí)間比以前少，則通過加熱裝置10產(chǎn)生的熱量可以有效地降低，也就是放置在加熱裝置上加熱的器具的溫度可以有效地降低。除了有助于延長加熱元件30的使用壽命外，這個(gè)功能對防止食物燒焦也是很重要的。
正如所指出的那樣，控制器110響應(yīng)從溫度傳感器70的輸入來控制供加熱元件30供電。控制器16提供給電源112一循環(huán)或傳號空號脈沖輸入控制信號St。信號的傳號空號比在一個(gè)寬范圍的開/關(guān)比內(nèi)是可控制的。在任何時(shí)間內(nèi)，該比率確定了在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)電源112供給加熱裝置10電流的時(shí)間量。在一個(gè)間隔內(nèi)開的時(shí)間比關(guān)的時(shí)間越長，則在該間隔內(nèi)給加熱裝置10供電的時(shí)間越長，而且在該間隔內(nèi)由加熱裝置10產(chǎn)生的熱量越高。
在一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)工作循環(huán)接下來之后的工作循環(huán)v都要更新，可以使用下面的公式來計(jì)算v＝Kp*e+(Kp/Ti)*(s(n))+v0其中，Kp＝基于溫度設(shè)置值的常數(shù)
Kp/Ti＝基于溫度設(shè)置值的常數(shù)e＝Tsp-TaveTsp＝溫度設(shè)置值Tave＝最后一個(gè)工作循環(huán)的平均溫度S(n)＝s(n-1)+e 其中s(0)＝0n＝從工作循環(huán)開始經(jīng)過的工作循環(huán)數(shù)v0＝基于溫度設(shè)置值估計(jì)的工作循環(huán)一旦達(dá)到了設(shè)置的溫度，工作循環(huán)開始了v0的工作循環(huán)。當(dāng)溫度高于或低于設(shè)置值時(shí)，工作循環(huán)通過Kp*e來校正。每次接下來的工作循環(huán)結(jié)束且溫度高于或低于設(shè)置值的溫度，誤差就被加到S(n)。隨著誤差的增加，接下來的工作循環(huán)將被(Kp/Ti)*(s(n))來調(diào)整。當(dāng)空腔的溫度在(Kp/Ti)*(s(n))+v0的設(shè)置溫度時(shí)將產(chǎn)生一工作循環(huán)。Kp和Kp/TI的值根據(jù)設(shè)置的溫度而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，Kp將在低溫的0.8和高溫的2.4的范圍內(nèi)變化。Kp/Ti將在低溫的0.067和高溫的0.2的范圍內(nèi)變化。該溫度將用A/D單元來表示。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，從中受到啟發(fā)，可以知道其它類型的控制系統(tǒng)和公式在沒有背離本發(fā)明的情況下也可以使用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將參照圖13A-13C來圖解說明。如圖13A所示，加熱元件30直接輻射電磁輻射能譜中的紅外能Ed。如上面所指出的是，烹調(diào)盤20由紅外透射材料例如玻璃/陶瓷制成。當(dāng)加熱元件30通電時(shí)，一部分輻射能量透過烹調(diào)盤20作為透過的輻射能Ep。也有一部分輻射能量被烹調(diào)盤20吸收作為吸收的輻射能Ea。當(dāng)器具放置在烹調(diào)盤20上時(shí)，器具通過穿過烹調(diào)盤20的直接輻射能Ep加熱。器具也通過在烹調(diào)盤20內(nèi)的吸收輻射能Ea導(dǎo)熱而被部分地加熱。
如圖13B所示，當(dāng)是U型器具時(shí)，某些穿透烹調(diào)盤20的輻射能被返回到加熱裝置10中作為反射輻射能Er。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)屏蔽來自加熱元件30的直接輻射能Ed的大部分溫度傳感元件72具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，當(dāng)部分地被屏蔽時(shí)，溫度傳感元件72能夠測量被反射的輻射能Er的差異。傳感元件72應(yīng)該部分地屏蔽來自加熱元件30的直接輻射能Ed的原因是在加熱裝置10的空腔內(nèi)的被反射的輻射能Er將比直接輻射能Ed少得多。這是由于一部分直接輻射能Ed被烹調(diào)盤20吸收，一部分直接輻射能Ed被周圍的環(huán)境丟失，和一部分直接輻射能Ed被放在烹調(diào)盤20上的器具吸收(留下了相對較少的一部分被反射的輻射能Er)。如果溫度傳感元件72被部分地屏蔽掉來自加熱元件30的直接輻射能Ed，則溫度傳感元件則能測量在空腔內(nèi)的較小數(shù)量的被反射的輻射能Er的差異。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)檢測空腔內(nèi)的被反射的輻射能Er量的差異能夠使檢測放在烹調(diào)盤20上的器具的類型。該檢測也能測出是較小的器具或者是偏心的器具。一旦放在烹調(diào)盤20上的器具的類型被確定，則就可以確定是否增加或降低了設(shè)置值。增加設(shè)置值將會(huì)更快地煮沸液體。
例如，圖13B示出了一黑色的平底U型器具，它覆蓋了烹調(diào)盤20的一大部分。在這種情況下，一部分直接輻射能Ed被烹調(diào)盤20吸收，且一部分直接輻射能Ed被U型器具吸收。只有一小部分輻射能被黑色的平底U型器具反射。與有光澤的凹面器具或偏心器具相比，黑色的平底U型器具在一個(gè)較高的設(shè)置值操作加熱裝置10時(shí)是更安全的。
如圖13C所示，有光澤的凹面器具朝著凹面器具的中心反射輻射能Er。這將引導(dǎo)多余的能量到烹調(diào)盤20的具體位置。而且，在器具的凹面部分和烹調(diào)盤20之間形成一氣囊。該氣囊充當(dāng)一絕緣體，阻止烹調(diào)盤20中吸收的輻射能Ea消散。隨著時(shí)間的過去，烹調(diào)盤20報(bào)廢，或者如果使用一個(gè)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，加熱元件可以斷續(xù)地循環(huán)使用。在凹面器具中必須使用一個(gè)較低的設(shè)置值。
圖13D中示出了一偏心的器具。沒有被U型器具覆蓋的這部分烹調(diào)盤20吸收能量Ea。這部分吸收的能量Ea將不能與它被吸收一樣快地?cái)U(kuò)散到周圍環(huán)境中。這樣，烹調(diào)盤20在烹調(diào)盤20的未覆蓋區(qū)域可能達(dá)到過熱的溫度。相應(yīng)地，在偏心器具中使用一較低的設(shè)置值。
因此，本發(fā)明包括操作加熱裝置10的方法和確定是否加熱裝置10進(jìn)入一過載狀態(tài)。特別地，該方法允許控制器110判定器具是否是凹面的或偏心的。如果使用凹面或偏心的器具，控制器110可以引導(dǎo)加熱元件30保持當(dāng)前設(shè)置值或較低設(shè)置值。另一方面，如果使用一個(gè)平底器具(圖13B所示)，控制器可以指引加熱元件30到一個(gè)過載狀態(tài)，在那里加熱元件被控制在一較高的設(shè)置值。這將使用較短的時(shí)間來煮沸液體。
圖14中示出了判定是否是進(jìn)入過載狀態(tài)的一種方法。圖14圖解了三種不同類型的器具和其位置的不同溫度分布線。在前面描述的傳感器的實(shí)施例中，通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)被觀測到凹面器具隨著時(shí)間具有一個(gè)較快的溫度升高率，即圖解的溫度分布線TPcon。一個(gè)平底器具在加熱元件的正確位置有一個(gè)較慢的溫度升高率，即圖解的溫度分布線TPreg。如果器具很小或者是偏心，溫度升高率將會(huì)更慢，即圖解中的TPsm。
這樣，是否進(jìn)入過載狀態(tài)的確定可取決于溫度分布線的某些條件。在啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)旋鈕16被設(shè)置在最高的調(diào)整位置時(shí)，控制器110將指引加熱裝置10到第一設(shè)置值。在一個(gè)實(shí)施例中，第一設(shè)置值可以是1140°F，因?yàn)榧訜嵫b置10能輸出2600瓦。控制器110當(dāng)試圖達(dá)到第一設(shè)置值時(shí)測量加熱裝置10的溫度分布線。
溫度分布線通過測量下面幾點(diǎn)來確定(1)從第一溫度T1到第二溫度T2取得傳感的溫度St的第一個(gè)時(shí)間段；和(2)從第三溫度T3到第四溫度T4取得傳感的溫度St的第二個(gè)時(shí)間段。在這個(gè)實(shí)施例中，第一時(shí)間段與第二時(shí)間段進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，加熱裝置10被輸出2100瓦或更小，第一和第二時(shí)間段通過T1＝830°F，T2＝1015°F，T3＝1085°F，和T4＝1230°F來計(jì)算。這些實(shí)驗(yàn)中，如果第二時(shí)間段至少是第一時(shí)間段的1.29倍，則確定器具是凹面的。對于較小的器具或者是偏心的器具，第一時(shí)間段一般超過120秒而第二時(shí)間段一般超過240秒。
圖15示出了操作加熱裝置10并且確定是否進(jìn)入一過載狀態(tài)的一個(gè)實(shí)施例?？刂破?10首先給加熱元件30通電并引導(dǎo)加熱裝置10到第一設(shè)置值[200]。控制器110然后檢測從溫度傳感器70接收的傳感溫度St并計(jì)算從第一溫度T1到第二溫度T2取得傳感溫度St的第一時(shí)間段[205]?？刂破?10然后判定第一時(shí)間段是否是超過了最大的時(shí)間段[210]。這個(gè)確定可以指出器具是否是偏心、較小或凹面的。如果超過了最大的時(shí)間段，控制器110將保持第一設(shè)置值[215]。另一種方案是，控制器110可以降低第一設(shè)置值到一較低的設(shè)置值。如果沒有超過最大的設(shè)置值，控制器110然后計(jì)算一從第三溫度T3到第四溫度T4取得傳感溫度St的第二時(shí)間段[220]?？刂破?10判定第二時(shí)間段是否是超過了最大的時(shí)間段[225]。這個(gè)判定可以指出器具是否是偏心、較小或凹面的。如果超過了最大的時(shí)間段，控制器110將保持第一設(shè)置值[215]。另一種方案是，控制器110可以將第一設(shè)置值降低到較低的設(shè)置值。如果沒有超過最大的設(shè)置值，控制器110將通過比較第一時(shí)間段和第二時(shí)間段來確定是否是一個(gè)凹面的器具[230]。如果是一個(gè)凹面的器具，則控制器110保持溫度在第一設(shè)置值，或者另一種方案是，降低第一設(shè)置值到一較低的設(shè)置值[215]。如果不是一個(gè)凹面的器具，控制器110將進(jìn)入一過載狀態(tài)，提高第一設(shè)置值到第二設(shè)置值作為一個(gè)選擇的時(shí)間段[235]。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，從所公開的內(nèi)容受到啟發(fā)，可以意識到確定溫度分布圖的其它方法也可以使用。例如，可以使用在兩個(gè)固定的時(shí)間段內(nèi)的溫度增加且對照上面描述的相似的方法。它可以包括在第一時(shí)間段測量第一個(gè)增加的傳感溫度；在第二時(shí)間段測量第二個(gè)增加的傳感溫度；將第一個(gè)增加的傳感溫度與第二個(gè)增加的傳感溫度進(jìn)行比較；確定是否增加加熱裝置的第一溫度設(shè)置值到第二溫度設(shè)置值；如果確定第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值，則第一溫度設(shè)置值將被從第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值。而且，不同的時(shí)間段可以測量所選擇的溫度和所比較的分開率(divided rates)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所描述的方法通過具有存儲器和微處理器的控制器110來實(shí)現(xiàn)。微處理器執(zhí)行存儲器里的軟件功能來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的控制程序。
已經(jīng)描述的是一用在爐灶口上的模塊化輻射加熱裝置，可以更加有效和快速地烹調(diào)放置在加熱裝置上的食物。熱控開關(guān)通常被用在由溫度傳感器取代的裝置中，該溫度傳感器給控制器提供加熱裝置中的溫度?？刂破鹘o加熱元件供電。一用在加熱裝置中新的溫度傳感器結(jié)構(gòu)使加熱裝置到達(dá)烹調(diào)溫度比普通元件更快。通過檢測出反射輻射能之間的不同，加熱裝置可以確定是否有可能增加到一較高的溫度設(shè)置值。而且，加熱裝置是獨(dú)立的且可以作為一個(gè)新的設(shè)備或置換設(shè)備來出售。復(fù)合的加熱裝置保留爐灶口上的孔，每個(gè)裝置包括接線盒而可容易地去掉和安裝。加熱裝置是簡單結(jié)構(gòu)，因此爐灶口可以比使用傳統(tǒng)加熱元件的爐灶口要小。這不僅降低了成本，而且減少了維修時(shí)間。
如前面所述的，本發(fā)明的幾個(gè)目的已經(jīng)達(dá)到并且也取得了其它的優(yōu)點(diǎn)。
在不背離本發(fā)明范圍的情況下可對上述結(jié)構(gòu)作各種改變，包含在上述描述和附圖中的所有內(nèi)容都是說明性和圖解性的并且沒有限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種加熱裝置的控制器，該加熱裝置具有溫度傳感器、加熱元件和烹調(diào)面，該加熱裝置能夠?qū)ρb在烹調(diào)面上的器具產(chǎn)生熱量，該控制器包括測量加熱裝置空腔內(nèi)溫度的裝置；控制給加熱元件供電的裝置；根據(jù)裝在加熱裝置上的器具類型確定在過載狀態(tài)下是否控制給加熱元件供電的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，測量空腔溫度的裝置包括接收從溫度傳感器產(chǎn)生的信號。
3.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，控制給加熱元件供電的裝置包括對電連接到加熱元件上的電源提供周期信號的產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，確定在過載狀態(tài)下是否控制給加熱元件供電的裝置包括空腔溫度的溫度分布的測量。
5.一種在爐灶口中的加熱裝置的溫度控制系統(tǒng)，加熱裝置具有設(shè)置在烹調(diào)面下面的加熱元件，加熱裝置能夠?qū)ρb在烹調(diào)面上的器具產(chǎn)生熱量，該溫度控制系統(tǒng)包括測量加熱裝置空腔內(nèi)溫度的溫度傳感器；和能夠接收從溫度傳感器反射的測量空腔溫度的信號的控制器，所述控制器能夠控制給加熱元件供電；其中該控制器能夠確定裝在加熱裝置上的器具的類型，并能夠根據(jù)裝在加熱裝置上的器具的類型控制在過載狀態(tài)下給加熱元件供電。
6.如權(quán)利要求5所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該溫度控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括電連接到加熱元件和電連接到控制器上的電源。
7.如權(quán)利要求5所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該溫度控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括使用戶選擇溫度設(shè)置的控制旋鈕。
8.如權(quán)利要求5所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該控制器有測量空腔的溫度分布的裝置。
9.如權(quán)利要求5所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該控制器有一測量第一時(shí)間段的裝置，該第一時(shí)間段是空腔測量溫度從第一溫度到第二溫度花費(fèi)的時(shí)間。
10.如權(quán)利要求9所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該控制器有一測量第二時(shí)間段的裝置，該第二時(shí)間段是空腔測量溫度從第三溫度到第四溫度花費(fèi)的時(shí)間。
11.一種在第一溫度設(shè)置值操作加熱裝置的方法，該加熱裝置有一輻射紅外能量的加熱元件和適合測量加熱裝置中傳感溫度的溫度傳感器，該方法包括測量從第一溫度到第二溫度的第一時(shí)間段；測量從第三溫度到第四溫度的第二時(shí)間段；比較第一時(shí)間段和第二時(shí)間段；在加熱裝置中確定是否是將第一設(shè)置值增加到第二設(shè)置值；和如果確定第一溫度設(shè)置值可以從第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值，則增加第一溫度設(shè)置值到第二溫度設(shè)置值。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該方法由控制器來完成，該控制器能夠接收來自溫度傳感器的傳感溫度，該控制器電連接到加熱元件上以保持第一和第二溫度設(shè)置值。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，溫度傳感器是鉑RTD。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，第二溫度設(shè)置值比第一溫度設(shè)置值要高。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該確定步驟進(jìn)一步包括確定在加熱裝置上的器具是否是凹面的。
16.一種在第一溫度設(shè)置值操作加熱裝置的方法，該加熱裝置有一輻射紅外能量的加熱元件和適合測量加熱裝置中傳感溫度的溫度傳感器，該方法包括在第一時(shí)間段測量第一增加的傳感溫度；在第二時(shí)間段測量第二增加的傳感溫度；比較第一增加的傳感溫度和第二增加的傳感溫度；在加熱裝置中確定是否是增加第一溫度設(shè)置值到第二溫度設(shè)置值；和如果確定第一溫度設(shè)置值可以從第一溫度設(shè)置值增加到第二溫度設(shè)置值，則增加第一溫度設(shè)置值到第二溫度設(shè)置值。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該方法由一控制器來完成，該控制器能夠接收來自溫度傳感器的傳感溫度，該控制器電連接到加熱元件上以保持第一和第二溫度設(shè)置值。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，溫度傳感器是鉑RTD。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，第二溫度設(shè)置值比第一溫度設(shè)置值要高。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該確定步驟進(jìn)一步包括確定在加熱裝置上的器具是否是凹面的。
全文摘要
本發(fā)明涉及爐灶口內(nèi)加熱裝置的控制器及其操作方法。本發(fā)明提供一種加熱裝置的控制器。該加熱裝置能夠?qū)ζ骶弋a(chǎn)生熱量并具有一溫度傳感器、一加熱元件和一烹調(diào)面。該控制器有一測量加熱裝置內(nèi)空腔溫度的裝置、一控制給加熱元件供電的裝置、一根據(jù)裝在加熱裝置上的器具類型確定在過載狀態(tài)下是否控制給加熱元件供電的裝置。本發(fā)明也包括一種操作控制器和加熱裝置的方法。
文檔編號H05B3/00GK1364990SQ0113819
公開日2002年8月21日 申請日期2001年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月22日
發(fā)明者愛德華·A·尼爾森, 格雷戈里·A·彼里森 申請人:埃莫森電器公司