用于家用电器的在平面加热器上的温度测量 |
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| 申请号 | CN201580006678.3 | 申请日 | 2015-01-21 | 公开(公告)号 | CN105934660B | 公开(公告)日 | 2019-08-06 |
| 申请人 | BSH家用电器有限公司; | 发明人 | A.丁克尔; S.马青格; K.罗赫; P.沙勒; | ||||
| 摘要 | 一种用于 家用电器 （H1）的平面加热器（1）具有至少一涂覆在电绝缘的、具有可以根据 温度 变化的 介电常数 的绝缘层（103;12）上的带状的加热导体（104），其中，在绝缘层（103;12）的与加热导体（104）相同的面上涂覆至少一相对于至少一加热导体（104）电绝缘的测量 电极 （4,5）。一种家用电器（H1），尤其是烹调设备，尤其是烹饪设备，具有至少一由至少一平面加热器（11）和至少一温度测量设施（K,A）组成的系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于家用电器（H1;H2;H3;H4;H5）的平面加热器（1;11;21;31），具有带状的至少一个加热导体（104），该加热导体涂覆在电绝缘的、具有能够根据温度变化的介电常数的绝缘层（103;12）上，其特征在于，在绝缘层（103;12）的与加热导体（104）相同的面上涂覆相对于所述至少一个加热导体（104）电绝缘的至少一个测量电极（4,5），其中所述平面加热器（1;11;21;31）具有至少一个利用绝缘层（103;12）与所述至少一个加热导体 (104）并且与所述至少一个测量电极（4,5）隔开的测量配对电极（102;13;22）。 |
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| 说明书全文 | 用于家用电器的在平面加热器上的温度测量技术领域背景技术[0002] 为了确定没有附加温度传感器的家用电器的平面加热器上的温度已知，确定在加热导体与导电衬底之间的电容，它们通过电绝缘的、具有可以根据温度变化的介电常数的绝缘层相互隔开。在此缺陷是，在加热导体与衬底之间（加热导体的）电容的一个极施加电网电压（例如230V），另一极（衬底）连接在大地上。这对于测量技术提出一些要求：测量技术必需这样设计尺寸，使得测量技术通过这个电位不会损伤。测量技术还必需按照有关的安全标准（例如EN60335）具有至少1000V的高压强度。在加热导体与大地之间的放电电流还不允许提高到许用极限值以上。按照EN60335-2-6（用于炉灶和烤炉）对于放电电流的极限为每千瓦功率1mA。这些要求可以避开，通过衬底相对于大地绝缘，但是由此需要“接触保护”。这些要求也可以避开，通过测量技术可以断开并且只变换地与加热功率接通。两种情况带来明显的费用，它带来显著的成本。 [0003] 图1以斜视图示出这种平面加热器101，其中板状的金属载体衬底102平面地敷设在电绝缘的绝缘层102的一面上。载体衬底102连接在大地GND上。图2示出平面加热器101的横剖面正视图。在背离载体衬底102的绝缘层103的面上涂覆带状的、蜿蜒形延伸的层式加热导体104。在层式加热导体104上为了产生热量可以施加电源电压U。利用电容测量设施K测量电容器102,103,104的电容C，电容器的一个极对应于层式加热导体104，其另一极对应于载体衬底102。绝缘层103对应于电容器102-104的电介质，它具有可以根据温度变化的介电常数。为此电容测量设施K一端电连接在层式加热导体104上，另一端电连接在载体衬底102上。如果层式加热导体104的温度T变化，则绝缘层103的温度也变化并由此其介电常数也变化。变化的介电常数引起电容器102-104的电容C(T)变化，这个变化能够通过电容测量设施K测量。由此利用连接在电容测量设施K的输出上的评价单元（或者Abb）能够确定绝缘层103的温度并由此以只微小直到可忽略的偏差也确定层式加热导体104的温度T。电容测量设施K和评价单元可以是温度测量装置的部件或者功能。 [0004] 也已知利用测量加热导体的电阻确定温度，如果电阻与温度有关。 发明内容[0005] 本发明的目的是，至少部分地克服现有技术的缺陷并且尤其提供更好的可能性，用于在用于家用电器的平面加热器上没有附加温度传感器地测量温度。 [0007] 这个目的通过一个用于家用电器的平面加热器得以实现，具有至少一涂覆在电绝缘的、具有可以根据温度变化的介电常数的绝缘层上的加热导体，其中，在与加热导体相同的绝缘层的面上涂覆至少一相对于至少一加热导体电绝缘的测量电极。 [0008] 这个目的也通过一个用于如上述权利要求中任一项所述的平面加热器的温度测量设施得以实现，该温度测量设施具有或者是电容测量设施，其中，所述电容测量设施连接在至少一测量电极上。 [0009] 两个装置能够在平面加热器上实现与温度有关的电容测量，其中避免利用至少一加热导体作为电容器一个极的缺陷。尤其所述电容测量设施与电源电压绝缘。不存在关于放电电流或高压强度方面的要求。此外至少一测量电极可以连接在电容测量设施上，该电容测量设施与加热导体电绝缘，但是通过布置在绝缘层的同一面上可以这样靠近至少一加热导体地定位，使得能够准确地确定温度。 [0010] 一个改进方案是，所述测量电极（包括测量配对电极）是无电压的，用于通过特别简单的器件实现准确的测量。 [0011] 所述至少一加热导体尤其具有至少一层式的加热导体，例如厚层式加热导体。这能够实现紧凑的结构方式和加热导体与绝缘材料的固定连接。至少一加热导体例如利用等离子覆层涂覆。 [0012] 所述至少一加热导体尤其是金属的加热导体。但是所述至少一加热导体也可以具有碳素纳米管，CNT。所述至少一加热导体也可以由导电陶瓷制成。所述至少一加热导体还可以是搪瓷金属衬底（PEMS）加热导体。 [0013] 所述至少一加热导体尤其可以是带状加热导体。这能够实现高度的加热导体覆盖率并且以简单的方式实现多种形式的造型。 [0014] 一个改进方案是，所述至少一加热导体构造为蜿蜒形延伸的加热导体。这能够实现特别高的加热导体覆盖率和平面均匀地加热。蜿蜒形延伸的加热导体尤其可以是一个加热导体，其弯曲方向规则地变化。对此尤其可以理解为，在该加热导体中直线的区段与例如U形弯曲的或者直线的连接段交替，由此至少两个直线区段相互平行间隔地延伸。 [0015] 所述绝缘层可以是封闭的或者无中断的绝缘层，在其上涂覆至少一加热导体。这易于加工，尤其因为所述加热导体可以自由地定位在绝缘层上。这是一个对于节约绝缘材料有利的替代的扩展结构，所述绝缘层基本只位于至少一加热导体下方，同时尤其比加热导体略宽。这种绝缘层至少绝大部分一起具有至少一加热导体的形状。 [0016] 所述测量电极（包括测量配对电极）可以由与加热导体相同的材料制成，这易于加工。所述测量电极替代地可以由不同于加热导体的材料制成，例如由其它材料，尤其是为了达到更准确的电容测量。 [0017] 所述电容测量设施可以通过测量端子正好连接在测量电极上。所述电容测量设施为了组合地温度测量可以替代地连接在平面加热器的多个位置上并由此为了避免测量偏差可以通过测量端子并行地连接在多个测量电极上。 [0018] 另一扩展结构是，所述测量电极是条状或直带状的测量电极，该测量电极布置在加热导体的两个平行延伸的区段之间的部位里面。由此所述测量电极位于绝缘层的均匀加热的部位上，这改善测量精度。所述加热导体尤其可以是蜿蜒形延伸的加热导体。 [0019] 一扩展结构是，至少两个测量电极存在于平面加热器上并且所述电容测量设施接通在两个测量电极之间。两个测量电极也作为电容测量的极（作为测量电极或者说作为测量配对电极），它们通过绝缘层相互分开。这个扩展结构能够特别简单地转换。所述电容测量设施可以在每个测量端子上分别连接在测量电极上，即正好测量两个测量电极作为极之间的电容，或者可以在至少一测量端子上连接在多于一个测量电极上，尤其至少两个电并联的测量电极上。 [0020] 还有一扩展结构是，所述平面加热器具有至少一利用绝缘层与至少一加热导体并且与至少一测量电极隔开的测量配对电极。由此所述电容测量设施一端可以连接在至少一测量电极上，另一端连接在至少一与其利用绝缘层分开的测量配对电极上。所述电容测量设施也可以通过布置在绝缘层相反一面上的、尤其平放的电极测量绝缘层的电容。这可以提供特别准确的测量结果。至少一测量配对电极同样相对于至少一加热导体电绝缘。 [0021] 此外一扩展结构是，至少一加热导体通过绝缘层涂覆在平面的、导电的载体衬底上并且所述载体衬底作为测量配对电极。这给出特别稳定的平面加热器扩展结构。此外所述电容测量设施由此可以特别简单地连接在测量配对电极上。所述载体衬底例如可以是金属化层的衬底。 [0022] 一扩展结构也是，所述绝缘层构造为电绝缘的载体衬底，例如由玻璃、玻璃陶瓷或者陶瓷，尤其是作为平板。这能够实现平面加热器的其它应用可能性，例如当附加或替代地对于绝缘特性期望特殊的硬度、透明或者半透明等等。因此所述载体衬底可以作为绝缘层或者说作为通过电容测量设施测出的电容器的电介质。 [0023] 一改进方案是，所述加热导体在存在电绝缘的载体衬底时直接平放在载体衬底上。这可以简化加工，因为可以放弃特殊的绝缘层。 [0024] 此外一扩展结构是，在背离加热导体的电绝缘的载体衬底一面上布置至少一测量配对电极。由此可以以特别简单且精确的方式检测载体衬底的变化的介电常数。 [0025] 在这里替代地也可以通过布置在载体衬底同一面上的测量电极确定电容。 [0026] 一扩展结构还是，所述至少一加热导体通过绝缘层涂覆在作为测量配对电极的平面的导电层的一面上，该层通过其另一面布置在电绝缘的载体衬底上。在这种情况下所述绝缘层作为电介质，不是载体衬底。这具有优点，有针对性地为了达到特别高的电容测量精度和/或对于特别可靠的测量可以找到所述绝缘层的特性、例如其材料和/或厚度。 [0027] 另一扩展结构是，在背离至少一加热导体的电绝缘的载体衬底的面里面加入至少一导电的接触元件，用于电接通放置在载体衬底这个面上的测量配对电极。所述测量配对电极也不是平面加热器的固定的组成部分，而是与其可分开操作的、在其放置面上在接触元件上导电的物体。该物体尤其可以是由家用电器的使用者一般可操作的物体，尤其是至少在载体衬底上导电的物体。该物体尤其可以是烹调容器，尤其是炊具。所述载体衬底尤其也可以作为用于电容的电介质，其一个极通过至少一布置在载体衬底上的测量电极形成，其另一极通过作为测量配对电极的、放置在使用者一侧的物体、尤其是烹调容器形成。利用接触元件可以电接触该物体并由此与电容测量设施连接。所述接触元件以及其到电容测量设施的电连接导线相对于加热导体电绝缘。 [0028] 原则上所述温度测量设施也可以是平面加热器的一部分或者视为这种部件。尤其至少一测量（配对）电极不仅可以是平面加热器的组合部分，而且可以是温度测量设施的一部分。 [0029] 所述目的也通过具有至少一由至少一如上所述的平面加热器和至少一如上所述的温度测量设施组成的系统的家用电器得以实现。 [0030] 所述家用电器尤其可以是烹调设备，但是不限于此。如果所述家用电器是烹调设备，则所述平面加热器例如可以在烤炉里面应用，例如作为上加热器、下加热器、环绕空气加热器、侧壁加热器、烤箱部件、加热的附件等等。所述平面加热器例如也可以作为加热器用于在蒸汽烹调设备里面产生蒸汽。此外也能够作为用于传统的烹调区的烹调位置，但是也可以用于铁板烧、保温板、台式烧烤等的嵌件。 [0031] 所述平面加热器也可以在其它形式的家用电器里面使用，例如在衣物护理设备（例如在洗衣机和/或干洗机），在洗碗机（例如作为洗液加热器）或者在小型家电中例如热水壶、热水器、咖啡机、烫发器、蛋糕机等等里面使用。附图说明 [0032] 结合下面结合附图详细解释的实施例简述更清楚且更明确地理解本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现的形式和方式。在此为了清晰相同或功能相同的部件可以配有相同的附图标记。 [0033] 图3以斜视图示出按照第一实施例的本发明的平面加热器，具有从属的电容测量设施， [0034] 图4以正视图作为剖面图示出平面加热器的第一实施例， [0035] 图5以斜视图示出按照第二实施例的本发明的平面加热器，具有从属的电容测量设施， [0036] 图6示出按照第二实施例的平面加热器的替换电路和从属的电容测量设施，[0037] 图7以正视图作为剖面图示出平面加热器的第三实施例， [0038] 图8以正视图作为剖面图示出平面加热器的第四实施例， [0039] 图9以正视图作为剖面图示出平面加热器的第五实施例。 具体实施方式[0040] 图3以斜视图示出按照第一实施例的本发明的平面加热器1，具有从属的在家用电器H1里面或用于家用电器H1的电容测量设施K。平面加热器1类似于平面加热器101地构造并且例如同样具有板状的金属的载体衬底102，它在一个面上被电绝缘的绝缘层103平面地覆盖。在背离载体衬底102的绝缘层103一面上同样涂覆带状的、蜿蜒形延伸的层式加热导体104，在其上为了产生热量可以施加电源电压U，例如230伏。图4以正视图作为横剖面示出沿着层式加热导体104的直线加热导体段2的平面加热器1。直线的加热导体段2平行间隔地布置，其中相邻的直线加热导体段2在端部通过与其横置的连接段3相互连接。 [0041] 与平面加热器101不同，平面加热器1具有两个带状的、直线的测量电极4,5，它们在绝缘层103上与层式加热导体平行地分别布置在层式加热导体104的两个相邻的直线加热导体段2之间。测量电极4,5与层式加热导体104电绝缘并且无电位或无电压。测量电极4,5的材料可以对应于层式加热导体104的材料，这允许简化地加工，例如通过在相同的工作步骤里面涂覆，例如通过等离子淀积。测量电极4,5的材料也可以是不同于层式加热导体 104材料的、例如价格更有利的材料。测量电极4,5优选由相同的材料制成并且最好也相同地构造。 [0042] 电容测量设施K一端不仅连接在测量电极4上，而且连接在测量电极5上，另一端与连接在大地GND上的金属载体衬底102连接。因此载体衬底102作为测量配对电极。测量电极4,5一起形成电容器器4,5,103,102的一个极4,5，这提高测量精度。但是原则上也可以只一个测量电极4或5连接在电容测量设施K 上，或者如果存在，也能够多于两个测量电极一起连接在电容测量设施K的公共测量端子上，尤其电地并联。因为绝缘层103具有可以根据温度变化的介电常数，因此电容器4,5,103,102的电容C(T)根据温度变化，由此能够确定绝缘层103里面或者加热导体104上的温度，例如利用评价单元A。评价单元A可以与电容测量设施K耦联并且例如可以执行中心控制设施的功能。评价单元A和电容测量设施K可以是温度测量设施K,A的部件或者功能。因为测量电极4,5位于靠近层式加热导体104，因此能够实现准确的温度测量。 [0043] 图5以斜视图示出按照第二实施例的本发明的平面加热器1，具有从属的在家用电器H2里面或用于家用电器H2的电容测量设施K。第二实施例的平面加热器1和电容测量设施K具有与在第一实施例中相同的构造，但是不同地布线。图6示出按照第二实施例的平面加热器和从属的电容测量设施K的替换电路图。 [0044] 现在电容测量设施K一端连接在测量电极4上，另一端连接在测量电极5上，它们分别形成电容器4,103,102以及5,103,102的极，具有载体衬底102作为公共的配对电极。在这里实现在测量电极4通过绝缘层102、载体衬底102并再一次通过绝缘层103到测量电极5之间的电容测量。由此也能够实现准确的温度测量。此外电容测量设施K现在与供电电压甚至电隔离。 [0045] 图7示出按照第三实施例的平面加热器11，具有从属的在家用电器H3里面或用于家用电器H3的电容测量设施K。平面加热器11现在具有板状的、电绝缘的载体衬底12，例如由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷制成。层式加热导体104和测量电极4,5直接放在载体衬底12上。背离层式加热导体104和测量电极4,5的载体衬底12的一面配有导电层、尤其金属化层13，它作为测量配对电极。因此通过至少一测量电极4,5作为第一极、载体衬底12作为电介质并且金属化层13作为另一极形成电容器。因此电容测量设施K一端连接在至少一测量电极4,5上，另一端连接在金属化层13上。所述金属化层13可以连接在大地GND上。这个实施例具有特别简单且结实的结构的优点。 [0046] 图8示出按照第四实施例的平面加热器21，具有从属的在家用电器H4里面或用于家用电器H4的电容测量设施K。平面加热器21具有板状的、电绝缘的载体衬底12，例如由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷制成。这个载体衬底例如可以是家用电器H4的顶面或外侧面，例如作为构造为烹调区的家用电器H4的烹调板。 [0047] 与平面加热器11不同，层式加热导体104和测量电极4,5不是直接放在载体衬底12上，而是放在平面的绝缘层103上。为了提供测量配对电极，在载体衬底12与绝缘层103之间设置导电的中间层22，它例如可以等同于金属化层13。中间层22可以连接在大地GND 上。这个实施例的优点是，载体衬底12的材料无需针对充分的温度关系选择。这提高了材料的选择性，例如在强度、断裂韧性、抵抗性、颜色等等方面。例如可以在良好的电容测量方面选择绝缘层103。 [0048] 图9示出按照第五实施例的平面加热器31，具有从属的在家用电器H5里面或用于家用电器H5的电容测量设施K。平面加热器31具有板状的、电绝缘的载体衬底12，例如由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷制成。这个载体衬底例如可以是家用电器H5的顶面或外侧面，例如作为构造为烹调区的家用电器H5的烹调板。 [0049] 层式加热导体104和测量电极4,5与在平面加热器11中一样直接放在载体衬底12上。但是测量配对电极不是平面加热器31的部件。但是为了提供用于电容测量的测量配对电极，在背离层式加热导体104和测量电极4,5的载体衬底12的顶面15里面表面平齐地加入至少一导电的接触元件14，用于接通烹调容器G，例如锅或平底锅。在这个实施例中充分利用，烹调容器G大面积地平放在载体衬底12上并由此可以作为测量配对电极。因此电容测量设施K一端连接在至少一测量电极4,5上，另一端连接在至少一接触元件14上并由此也连接在烹调容器G上。 [0050] 当然本发明不局限于所示的实施例。 [0051] 关于测量电极和测量配对电极也可以理解为相反的电极。尤其一个电极可以不受限制地或者称为测量电极，或者称为测量配对电极。测量配对电极尤其可以按照传统与大地连接。 [0052] 关于“一”一般地可以理解为单数或者复数，尤其在“至少一”或者“一个或多个”等的意义上，只要没有专门地排除这一点，例如通过表述“正好一个”等。 [0053] 数量说明可以包括准确给出的数量，而且包括一般的误差范围，只要没有专门地排除这一点。 [0054] 附图标记清单 [0055] 1 平面加热器 [0056] 2 加热导体段 [0057] 3 连接段 [0058] 4 测量电极 [0059] 5 测量电极 [0060] 11 平面加热器 [0061] 12 载体衬底 [0062] 13 金属化层 [0063] 14 接触元件 [0064] 15 顶面 [0065] 21 平面加热器 [0066] 31 平面加热器 [0067] 101 平面加热器 [0068] 102 载体衬底 [0069] 103 绝缘层 [0070] 104 层式加热导体 [0071] A 评价单元 [0072] C 电容 [0073] G 烹调容器 [0074] GND 大地 [0075] H1 家用电器 [0076] H2 家用电器 [0077] H3 家用电器 [0078] H4 家用电器 [0079] K 电容测量设施 [0080] T 温度 [0081] U 电源电压。 |
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