包括温度传感器组件的辐射电加热器 【技术领域】
本发明涉及一种包括温度传感器组件的辐射电加热器，这种加热器被设置使得放置在烹调板例如玻璃陶瓷的下方。更具体地说，本发明涉及一种这样的加热器，其中提供有具有随温度而改变的电参数的检测元件。
背景技术
辐射电加热器是熟知的，其被提供在烹调板的下方并且和烹调板接触，所述烹调板一般由玻璃陶瓷材料制成。通常对这种加热器提供机电或者电子形式的热传感器，以便限制烹调板上表面的最大温度。
在现有的技术中，把温度检测探针置于加热元件和烹调板的下表面之间的空间内。
这种结构的缺点在于，由检测探针获得的温度极大地受热元件的直接辐射的影响，因而不能精确地反应烹调板的上表面的温度。探针的温度一般可以达100-200摄氏度，高于烹调板地上表面的相应的温度。结果，在检测探针和烹调板的上表面之间具有两个温度梯度，即，在检测探针和烹调板的下侧之间的一个温度梯度，以及在烹调板的下侧和其上表面之间的另一个温度梯度。这些温度梯度例如可以随加热器功率密度、加热器的温度分布以及置于烹调板的上表面上的所选择的烹调容器的热载荷的变化而改变。因而，烹调容器影响烹调板的上表面的温度。
在这种加热器中使用的温度传感器被设置成在一个预定的温度值下解除加热元件的能量供应。这个预定的温度值是一个折中值，以便在异常负载条件(例如没有烹调容器负载；烧干；烹调容器在烹调板上偏移；具有凹陷的底部的造成沸腾状态的烹调容器)的要求下，保持可接受的烹调板的最大温度，同时在使置于烹调板上的烹调容器形式的负载达到沸腾状态的条件下，使得解除加热元件的能量供应的可能性最小。在上述的条件下重复地转换加热元件是不希望的，因为这导致增加煮沸所需的时间。
当使用电子温度传感器时，加热元件的发生这种不希望的转换的可能性被大大减少，这是因为在专用的“快速沸腾”控制设置中包括智能控制图表(profile)。这需要使用智能的通常是数字式的微处理器控制器，这种控制器是昂贵的。
温度传感器的预置温度值的允差范围是关键的，因为其综合上述的变量。机电温度传感器一般具有50-60摄氏度的允差范围，这是由于由材料、设计和制造技术强加的限制所致。当前可得到的电子温度传感器具有低得多的允差范围，但是这些装置，连同它们所需的控制电路，具有比机电温度传感器系统高得多的成本。
因此由于上述的变量和温度梯度，电子温度传感器，如上所述，仅仅作为最大温度控制装置才是有用的，此时其在预定的温度值下解除加热元件的能量供应。这种电子温度传感器不能支持可以按照所需的烹调工作周期控制烹调板的温度的控制系统，其中涉及“闭环”控制的温度调节。当前用于具有玻璃陶瓷烹调板的烹调设备的温度调节系统在本质上是“开环”的。这种温度调节系统不能考虑烹调容器的材料和几何形状、烹调容器的质量、在烹调容器中食物的质量和热容量的改变，并且最重要的是，不能考虑当烹调容器和内容伴随着水的蒸发而温度升高时的温度梯度的改变。尤其是在低的设置值时，需要用户不断地对加热器进行调节。
此外，随着材料和工艺的发展，预计在不久的将来，玻璃陶瓷烹调板的最大操作温度将增加40摄氏度之多。增加温度的目的是要提供在加热元件发生转换之前要达到的较高的温度的可能性，借以减少在引起沸腾的循环期间解除加热器的能量供应的可能性。当前可得到的温度传感器可能需要进一步的研制，以便经得起在寿命期间遇到的这种较高的最大温度，这是因为现有的传感器元件以及外壳材料所强加的限制所致。这可能导致传感器系统的成本的增加。
【发明内容】
本发明的目的在于克服或减小一个或几个上述问题。
按照本发明，提供一种辐射电加热器，所述加热器被设置使得放置在烹调板的下方，并且挨着烹调板，包括和烹调板分开的加热元件和温度传感器组件，其中所述温度传感器组件包括一个由陶瓷材料制成的梁，其被提供在加热器内，并至少部分地跨过加热器在加热元件的上方延伸，所述的梁具有基本上是平面的上表面，被设置面向烹调板，以及下表面，被设置使得暴露于加热元件的直接辐射，所述平面上表面上具有电气元件，所述电气元件具有随着烹调板的温度而改变的电参数。
所述温度传感器组件可以位于加热器的中心区域内。
另外，所述温度传感器组件可以在其至少一个端部区域在加热器的周边被固定在加热器上。所述梁的至少一个端部区域可以延伸到加热器的外部。
在这种情况下，所述梁可以在其一个端部区域借助于支架被固定到加热器上，所述支架牢固地接收所述梁的一个端部区域，并被固定到加热器的一个外部区域上。所述支架可以由金属、陶瓷或者塑料制成。
另外，借助于牢固地穿过加热器的周边壁中的孔，可以把所述梁在其一个端部区域固定到加热器上。所述的周边壁可以包含基本上刚性的材料，例如固结蛭石。
在梁的一个端部区域或者在梁的一个端部区域附近可以提供一个端子块。
所述的梁可以利用朝向烹调板偏置的弹簧支撑。
具有随烹调板的温度而改变的电参数的电气元件可以适用于例如利用电气引线和加热器的电子控制装置相连。
电子控制装置可被设置用于从梁的上表面上的所述或每个电气元件接收输入信号，还可以接收来自手动控制开关装置的输入信号。
来自所述或每个电气元件的输入信号可以由具有固定的温度门限的防故障电路处理，使得所述或每个加热元件在超过所述固定温度门限的温度下被断电。
来自手动控制开关装置的输入信号和来自所述或每个电气元件的输入信号可以由模拟或数字形式的信号处理电路处理，所述处理电路和用于控制所述或每个加热元件的供电的开关装置相接口。所述信号处理电路可被设置用于比较检测的温度和手动控制开关装置的位置，并根据检测的温度低于或高于手动控制开关装置设置的温度接通或断开所述或每个加热元件的电源。
当信号处理电路是数字电路时，其包括借助于模数转换器和所述或每个电气元件相接口的微处理器，所述微处理器还借助于数字输出驱动器和手动控制开关装置相接口。
当信号处理电路是模拟电路时，其可以包括模拟信号处理集成电路，其比较来自手动控制开关装置的输入信号和来自所述或每个电气元件的输入信号，并以和两个输入信号之间的差值成比例的方式控制所述或每个加热元件的供电。所述或每个加热元件的这种控制借助于适用于固态开关装置的特定控制要求的输出信号来实现，所述固态开关装置通过操作用于控制所述或每个加热元件的供电。
所述或每个加热元件的控制可以以闭环方式来实现。
梁的上表面可被设置使得和烹调板接触或者靠近所述烹调板。梁的基本上是平面的上表面可被设置使得面向烹调板，其间的距离基本上不大于3.5mm。梁的基本上是平面的上表面最好被设置面向烹调板，其间的距离为0.5-3.5mm，优选的是0.5-2.0mm。
具有随温度而改变的电参数的电气元件可以呈膜或箔的形式。所述膜或箔的形式的电元件可以具有膜或箔的形式的电导体，其向着梁的一个端部区域延伸，所述梁适合于在加热器的周边被固定在加热器上。膜或箔形式的电气元件可以包括电阻元件，其电阻随温度的改变而改变。这种电阻元件可以包含铂。所述电气元件可以呈厚膜的形式。
可以在电气元件的上方提供保护层，例如由玻璃或陶瓷制成。
可以在梁的下表面上提供一层热辐射反射材料。
梁可以在结构上被加强，例如可以借助于使其具有T形或H形截面进行加强。
梁可以由滑石、氧化铝或莹青石制成。
可以在加热器中基本上并排地提供多个加热区，每个加热区中具有加热元件，例如呈同心的结构，相应的多个电气元件被提供在梁的基本上是平面的上表面上，每个电气元件位于相应的加热区内，借以使得能够监视在每个加热区中的烹调板的温度。
多个加热区之间的温度的差别可以由电子控制装置确定，所述电子控制装置和多个电气元件协同操作，用于确定在烹调板上的烹调容器的放置与/或位置，与/或在烹调板上的烹调容器的尺寸，与/或在烹调板上的烹调容器的底座的曲率。
本发明的辐射电加热器的优点在于，在梁的上表面上的例如呈膜或箔形式的温度敏感的电气元件朝向烹调板，并且不暴露于加热元件的直接辐射。所述梁屏蔽温度敏感元件，使得不受加热元件的影响。
温度传感器组件被这样构成，使得其靠近烹调板的下侧，借以确保大大减少温度传感器组件和烹调板的下侧之间的温度梯度。在加热元件和温度传感器组件之间所得的增加的距离使得减少加热元件的直接辐射对传感器组件的影响。
作为在烹调板和温度传感器组件之间的较低的温度差的结果，可以使这种装置在要被引入的烹调板的较高的最大温度下更加可靠。对于玻璃陶瓷烹调板，期望引入的平均最大温度是590-630摄氏度，而现在的最大温度是550-590摄氏度。
本发明的另一个优点在于，可以在自由辐射条件下设置加热器系统具有较低的烹调板温度，而在具有烹调容器的烹调循环期间不引起加热元件的不希望的转换。在自由辐射条件下具有较低的烹调板温度，可以减少在这些条件下的热损失，借以提高烹调设备的效率。
在温度传感器组件和烹调板之间的改进的热耦合允许使用低成本的电子控制技术，使得不需要通过在微控制器中编程的基于软件的算法应用的特定的高温偏移分布。
可以通过一个预定的设置点提供最大温度控制，使得允许使用低成本的集成电路，使用模拟或数字技术，并组合温度限制和加热器能量调节功能。
通过调节加热器的输入能量，还能够实现烹调板温度的闭环控制。烹调板温度可以作为调节器控制系统的输入来设置，使得能够实现更一致的和可预测的功率控制。
【附图说明】
为了更好地理解本发明，并且更清楚地表示本发明的效果是如何实现的，现在以举例方式参看附图，其中：
图1是按照本发明的辐射电加热器的一个实施例的平面图，具有温度传感器组件的一个实施例，并具有以示意的形式表示的电子控制装置；
图2是在烹调板下方的图1的加热器的截面图；
图3和图4是在图1的加热器中提供的温度传感器组件的从不同角度看的透视图；
图5是一个细节图，表示在图1的加热器中温度传感器组件的另一种安装结构；
图6是按照本发明的辐射电加热器的另一个实施例的截面图，其中包括温度传感器组件；
图7和图8是在图6的加热器中提供的温度传感器组件的从不同角度看的透视图；
图9是按照本发明的辐射电加热器的平面图，具有两个加热区，并具有温度传感器组件；以及
图10是用于本发明的辐射电加热器的电子控制装置的实施例的原理图。
【具体实施方式】
参见图1和图2，辐射电加热器2包括金属的盘状支撑4，其中具有由热绝缘和电绝缘材料例如微孔热、电绝缘材料制成的底座6，以及由热、电绝缘材料例如包括固结蛭石的周边壁8。周边壁8被设置和烹调板12的下侧10接触，烹调板合适地包含玻璃陶瓷材料。
在加热器中相对于底座6支撑着至少一个辐射电加热元件14。一个或几个加热元件14可以包括任何熟知的形状的元件，例如线，带，箔，或灯状的元件，或者这些的组合。具体地说，一个或几个加热元件14可以包括一个或几个有皱纹的带状加热元件，在其边沿被支撑在底座6上。
通过具有手动操作的控制开关装置22的电子控制装置20，至少一个加热器元件14借助于在加热器的边沿上的端子块16和电源18相连。控制开关装置22具有可转动的扳钮，其被设置用于对加热器2中的至少一个加热元件14提供选择的加热设置。
设置烹调板12用于在其上表面25上接收烹调容器24。
在加热器2中提供有温度传感器组件26，其细节如图3和图4所示。温度传感器组件26包括由陶瓷材料制成的梁28，在其一个端部区域30被支撑在加热器的周边上，并至少部分地跨过加热器延伸，并和所述至少一个加热元件14隔开。梁28具有基本上是平面的上表面32，其被设置面向烹调板12的下侧，和烹调板接触，或者挨近烹调板。最好是，梁28的上表面32和烹调板12的下侧10至少离开0.5mm。但是不大于3.5mm，优选地，不大于2.0mm。
梁28合适地包括滑石、氧化铝或莹青石陶瓷材料，并在结构上被加强，以便减少弯曲与/或破碎的危险。这种在结构上的加强通过提供具有H形的横截面的梁28来实现，如图3所示，或者通过提供具有T形截面的梁来实现，如在后面要说明的图7的实施例中所示。
梁28具有下表面34，其被设置用于暴露于至少一个加热元件14的直接的辐射。梁28的下表面34可以具有一层热辐射反射材料，例如银，以便减少梁28从至少一个加热元件14的直接辐射吸收的热量。
梁28的基本上是平面的上表面32上具有呈膜或箔形式的至少一个电气元件36，其具有随烹调板的温度而改变的电参数。至少一个电气元件36具有成膜或箔的形式的电导体38，从电气元件36朝向梁28的端部区域30的端子焊盘40延伸。
呈膜或箔形式的至少一个电气元件36最好包括至少一个电阻元件，其电阻根据温度而改变。所述至少一个电阻元件最好包含铂。
至少一个电气元件36和引线38成合适厚度的膜的形状，其借助于丝网印刷被提供，并被烧结在梁28的上表面32上。
在呈膜或箔形式的至少一个电气元件36的上方，可以提供保护层42，例如玻璃或陶瓷。
设置梁28通过周边壁8中的孔和加热器2的盘状支撑4的边缘延伸，使得梁28的端部区域30位于加热器2的外部。
梁28借助于支架44被固定到加热器2上，所述支架由合适的金属、陶瓷或塑料制成，其被固定到梁28的端部区域30上，并借助于穿过支架44中的孔48的有罗纹的紧固件46被固定到盘状加热器支撑4的边缘上。当支架44由塑料材料制成时，梁28的端部区域30可被插入模制在支架44内。当支架44由陶瓷材料制成时，其可被固定到梁28的端部区域30上，使得在其间形成有燕尾槽的互连。
端子块50被合适地固定在支架44上，并借助于引线52和梁28的端部区域30上的端子焊盘40相连。因为梁的端部区域30位于加热器的外部，引线52不需要高温耐受能力，并且例如可以由铜等材料制成。
当支架44由塑料或陶瓷材料制成时，端子块50可以和其形成一个整体。
温度传感器组件26借助于导线54和电子控制装置20相连。
如图5所示，代替提供支架44来把梁28在其端部区域30固定到加热器2上，梁28使其端部区域30被固定在加热器的周边壁8中提供的互补形状的孔56中。这种周边壁8，特别是包含刚性的固结蛭石时，可以被设置用于使梁可靠地固定在加热器2上。
图6，7和8表示另一个实施例，其基本上和图1-4类似，主要的区别在于梁28，这里其具有T形截面，被弹簧加载紧靠在烹调板12的下侧10上。这种弹簧加载允许梁28的上表面和烹调板12的下侧接触，同时减少在受到机械撞击时，烹调板12与/或温度传感器组件26发生机械破坏的危险。
弹簧加载借助于在端部支撑支架44，其包含合适的金属例如镀镍的钢，和梁28的端部区域30的下侧之间包括一个或几个协同操作的线圈弹簧58来实现。在加热器2的中心区域，还提供有支柱60，支柱60从梁28向下延伸，通过提供在底座6和金属盘状支撑4中的孔，进入被提供在盘状支撑4上的金属支架62中提供的孔。线圈弹簧64被设置用于在支柱60和金属支架62之间协同操作。
按照本发明构成的辐射电加热器2的优点在于，温度传感器组件26和烹调板12呈紧密的热耦合，借以确保在温度传感器组件和烹调板12的下侧之间的温度梯度减到最小。在梁28的上表面32上的呈膜或箔形状的至少一个温度响应的电气元件被梁28的厚度屏蔽，免受至少一个加热元件14的直接辐射的影响，因而至少一个温度响应的电气元件36主要响应烹调板12的温度。这使得能够使用简单的电子控制装置20。
使温度传感器组件26和烹调板12紧密地靠近还使得在至少一个加热元件14和温度传感器组件26之间的距离增加，和梁28的下侧上的反射层的这个选择的特征相结合，这减少了来自至少一个加热元件14的直接辐射对温度传感器组件26的一个或几个温度响应的电气元件的影响。
现在参看图9，辐射电加热器2以类似于图1和图2的方式构成，其区别在于，提供有多个加热区。如图所示，提供有两个加热区66，68，虽然可以提供两个以上的加热区。加热区66，68被同心地设置，每个加热区具有至少一个加热元件14A，14B。加热区66被设置被单独供电，或者在加热区68一道供电。
提供温度传感器组件26A，基本上和前述的温度传感器组件26相同，其区别在于，在梁28的上表面32上提供有呈膜或箔的形式的两个单独的温度响应的电气元件36A，36B。元件36A监视加热区66上方的烹调板的区域的温度，元件36B监视加热区68的上方的烹调板的区域的温度。
可以监视在烹调区66和68之间的不同温度的变化，从而检测位于加热器上方的烹调板上的烹调容器的尺寸(例如图2所示的烹调容器24)。如果外加热区68上方的烹调板的温度相对于内加热区66上方的烹调板的温度增加，则表示在内加热区66的上方放置有一个小的容器，但是两个加热区66，68都被通电。如果两个加热区66，68被检测到过热，则表示两个区66，68在自由辐射的状态下被供电，即没有放置烹调容器。
如果检测到在内加热区66上方的烹调板的温度高于在外加热区68上方的温度，则可以表示在烹调板的上方放置有具有弯曲的底座的烹调容器。
图10表示用于本发明的电子控制装置20的实施例。装置20被设置用于接收来自温度传感器组件26的呈膜或箔形式的至少一个温度响应元件36的输入信号，还接收来自手动控制开关装置22的输入信号。来自温度传感器组件26的输入信号由防故障电路70处理，该电路具有一个固定的温度门限值，使得当温度超过固定的温度门限值时，借助于操作主开关72例如继电器使至少一个加热元件14被断电。
来自手动控制开关装置22的输入信号和来自温度传感器组件26的输入信号由模拟形式或数字形式的信号处理电路处理，所述处理电路和固态的控制开关76例如可控硅相连，用于控制至少一个加热元件14的供电。信号处理电路74被设置用于比较由传感器组件26检测到的温度和手动控制开关装置22的位置，并根据检测的温度是低于或者高于由手动控制开关装置22设置的温度而对至少一个加热元件14供电或断电。
当处理电路74是数字电路时，其优选地由微处理器构成，所述微处理器借助于模数转换器和温度传感器组件26相连，还借助于数字输出驱动器和手动控制开关装置22相连。
当处理电路74是模拟电路时，其优选地包括适用于模拟信号处理的集成电路，其比较来自手动控制开关装置22的输入信号和来自温度传感器组件26的输入信号，并以和两个输入信号之间的差值成比例的方式控制至少一个加热元件14的供电。这种对至少一个加热元件14的供电的控制借助于适合于固态开关76的特定控制要求的输出信号实现的。
因此，至少一个加热元件14的控制能够以被称为闭环控制的方式来实现。