專利名稱：電加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電加熱器，特別涉及用于加熱液體的電加熱器和控制這些加熱器的各種方法。
背景技術(shù)：
在水加熱容器的領(lǐng)域中，使用安裝為關(guān)閉該容器的基座中的一開(kāi)口的印制有厚膜的元件加熱器迅速地變得越來(lái)越普遍。這樣的加熱器包括印制在金屬基底上的絕緣層上的一電阻軌道。厚膜加熱器的優(yōu)點(diǎn)之一是它們傳導(dǎo)高瓦特(watt)密度和高總功率的能力。
可是，正在出現(xiàn)的另一個(gè)重要的特點(diǎn)是通過(guò)能夠提供任何數(shù)量的分離加熱軌道所給予該加熱器的設(shè)計(jì)者的靈活性，這些加熱軌道可以具有不同的功率并可以分開(kāi)使用或與另一個(gè)結(jié)合使用。因此例如在歐洲銷(xiāo)售的水壺和水罐幾乎總是設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單地用來(lái)煮沸水，為遠(yuǎn)東設(shè)計(jì)的液體加熱容器也常常設(shè)計(jì)用來(lái)將水長(zhǎng)時(shí)間慢煮。這個(gè)器具的設(shè)計(jì)者可以因此提供用于將水加熱到沸騰的一主高功率加熱軌道和用于在此后保持慢煮水的一第二低功率軌道。這種布置的一個(gè)例子公開(kāi)于WO97/04694。
也知道在Millennium M2水壺中將水保持在沸騰以下的一溫度。這被恒溫地取得，即當(dāng)確定該水溫已下降到一閾值以下時(shí)給該加熱器短時(shí)間加電(energise)。由于水的高熱容量，假設(shè)熱量以相對(duì)低的速度和低的傳導(dǎo)率通過(guò)水?dāng)U散，所以盡管不連續(xù)供電，這個(gè)加熱方式也給所有水一相對(duì)穩(wěn)定的平均溫度。
可是，申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在水的大部分溫度維持相對(duì)穩(wěn)定的同時(shí)，接觸該加熱器表面的水的瞬時(shí)溫度也應(yīng)該被考慮。在當(dāng)加熱器斷電，而熱量通過(guò)水體擴(kuò)散時(shí)溫度再次下降之前，這個(gè)溫度將快速上升到它能到達(dá)的正常值而將該水加熱到沸騰。在這具有將該水保持在大約穩(wěn)定的溫度的全部理想效果的同時(shí)，處于加熱器表面的水經(jīng)受著產(chǎn)生不期望的噪音的局部煮沸。
再有，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到上面描述的特性迄今為止將這種類型的加熱器排除在被用于加熱具有平均較低熱擴(kuò)散速率、即具有較低的熱傳導(dǎo)率和抑制對(duì)流的較大粘性的其它液體之外，例如牛奶，即使多個(gè)循環(huán)的平均功率可能相對(duì)地低，該牛奶仍會(huì)被加熱器表面的過(guò)量溫度燒焦。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)從第一方面看時(shí)，本發(fā)明提供了一種將一厚膜加熱器的功率輸出減小到它的最大功率的一預(yù)定部分(fraction)的方法，所述加熱器具有在至少一個(gè)面上電絕緣的一平面基底和用于所述絕緣面的一電阻加熱軌道，所述方法包括將一系列規(guī)則周期的電能量脈沖施加到所述加熱器，其中該脈沖足夠短以至與該加熱軌道相反的加熱器板的表面達(dá)不到一均衡溫度。
從另一方面，本發(fā)明提供了一種加熱設(shè)備，該加熱設(shè)備包括一厚膜加熱器和一電控制器，該厚膜加熱器具有至少在一側(cè)電絕緣的一平面基底和用于所述絕緣面上的一電阻加熱軌道，該電控制器布置為將一系列規(guī)則周期的電能量脈沖施加到所述加熱器，其中該脈沖足夠短以至與該加熱軌道相對(duì)的加熱器板的表面達(dá)不到一均衡溫度。
因此將會(huì)看到，根據(jù)本發(fā)明，將非常短的能量脈沖施加到該加熱器以便相對(duì)的表面，即與例如液體的正被加熱的東西接觸的表面，沒(méi)有達(dá)到一均衡溫度的機(jī)會(huì)，即如果連續(xù)供電它將達(dá)到的溫度。該加熱器的平均功率輸出當(dāng)然將依賴于該脈沖持續(xù)期與它們之間間隔的比率，即已經(jīng)公知的占空比(mark-space ratio)?？墒峭ㄟ^(guò)按照本發(fā)明限制該脈沖的絕對(duì)持續(xù)期，在該厚膜加熱器的加熱表面經(jīng)歷的最大溫度可以大大地減小。例如，這意味著如水的液體可以以一減小的功率被加熱，而不會(huì)發(fā)生局部煮沸(并因此沒(méi)有發(fā)生任何實(shí)質(zhì)的噪音)，否則該局部煮沸就會(huì)發(fā)生。它還開(kāi)發(fā)了用給定的高功率密度加熱器加熱不能容忍與全功率操作的加熱器關(guān)聯(lián)的功率密度的其它液體的可能性，例如牛奶或湯。實(shí)際上，這個(gè)加熱器可以用來(lái)加熱諸如各種食品等的固體或半固體。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明有效地允許一高功率密度厚膜加熱器被轉(zhuǎn)換成為具有較低功率密度的加熱器。由于它在減小尺寸并因此降低該加熱器成本的同時(shí)，連續(xù)允許通過(guò)該加熱器的均勻加熱，這比其中例如提供了一分離低功率密度軌道的布置具有優(yōu)勢(shì)。
將防止該加熱器的遠(yuǎn)表面達(dá)到均衡的能量脈沖的最大持續(xù)期當(dāng)然將依賴于該絕緣層和金屬基底的厚度和熱傳導(dǎo)性，及依賴于該加熱軌道的額定功率。在優(yōu)選實(shí)施例中，該脈沖的持續(xù)期小于500毫秒，更好的是小于200毫秒，更好的是小于100毫秒。在一些實(shí)施例中，利用了僅僅20毫秒的脈沖。
這里將幾乎總是這樣一種情況，該加熱器提供有一交流電流(A.C.)電源，該脈沖持續(xù)期最好是整數(shù)個(gè)循環(huán)。這使得該功率脈沖的開(kāi)始和結(jié)束能夠設(shè)置在電壓穿過(guò)零線的地方。由于在零電流條件下切換了負(fù)載(該加熱器幾乎完全是一個(gè)電阻負(fù)載)，這減小了電磁干擾。因此上面給定的優(yōu)選最大脈沖持續(xù)期假定操作在UK的50赫茲A.C.主電源(mains supply)上，并分別對(duì)應(yīng)于25、10、5和1個(gè)循環(huán)。當(dāng)使用另一個(gè)頻率如60赫茲時(shí)，這些優(yōu)選脈沖持續(xù)期應(yīng)該相應(yīng)地修改。
用于將電功率切換到該加熱器的任何合適的裝置可以使用目前優(yōu)選的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件等。
本發(fā)明提供的一厚膜加熱器的功率密度的有效減少在許多情況下是有用的。在特別的優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)加熱器被結(jié)合在一液體加熱設(shè)備中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，減少的功率被用來(lái)操作該液體加熱設(shè)備以便它最好是將例如水加熱到沸騰，而基本上不產(chǎn)生任何可辨別的噪音。當(dāng)然可以理解，當(dāng)一液體被加熱到沸騰時(shí)，該沸騰不可避免地產(chǎn)生一些噪音。因此，噪音的實(shí)質(zhì)上的消除意指參照全部液體的沸騰發(fā)生之前的階段。
可以認(rèn)識(shí)到這種布置自身是有新穎性和創(chuàng)造性的，因此當(dāng)從更廣方面來(lái)看時(shí)，本發(fā)明提供有一種升高一液體加熱設(shè)備中的液體的溫度的方法，所述方法包括以這樣一種功率給該加熱器加電，并在加熱期間實(shí)質(zhì)上不產(chǎn)生可辨別的噪音。
本發(fā)明還擴(kuò)展到具有一電加熱器和被布置為以這種方式操作該設(shè)備的一控制器的一液體加熱設(shè)備，和該控制器本身。
可以布置該設(shè)備以便永久地用這種方式操作?？墒亲詈檬牵?dāng)需要安靜加熱時(shí)，用戶可以選擇這種操作模式，而當(dāng)不考慮噪音時(shí)也可以選擇一更高的功率模式以加速加熱。該安靜模式僅可能是在加熱開(kāi)始之前可預(yù)選擇的。可是最好是它也可以在加熱期間被選擇。因此如果一用戶以較高功率開(kāi)始加熱該設(shè)備中的液體，可是然后需要接聽(tīng)電話，他或她可以選擇安靜模式，直到該電話通話已經(jīng)結(jié)束或達(dá)到期望的水溫。還最好是，該安靜模式的選擇還抑制由該設(shè)備有意產(chǎn)生的聲音，如當(dāng)加熱完成時(shí)通知“砰”。
在一些優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先確定為了避免噪音產(chǎn)生施加到該加熱器上的功率?？梢允褂霉潭üβ始?jí)別，但是最好是設(shè)計(jì)一最小噪音加熱程序，其中該功率級(jí)別調(diào)整為當(dāng)最大化該功率以最小化加熱時(shí)間時(shí)，最小化噪音。申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在例如水的正常加熱期間產(chǎn)生的噪音是變化的。例如已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)?shù)谝淮问┘庸β什⑶以撛O(shè)備變暖時(shí)幾乎不產(chǎn)生噪音，當(dāng)熱量到達(dá)該水時(shí)噪音增加，當(dāng)該水內(nèi)的對(duì)流開(kāi)始發(fā)生時(shí)再次減小，然后逐漸增加直到沸騰。因此，根據(jù)一優(yōu)選方法施加一預(yù)定功率曲線，該功率曲線被確定以便在最小化噪音的產(chǎn)生的同時(shí)，在給定點(diǎn)最大化該功率。
這本身是有新穎性和創(chuàng)造性的，因此從本發(fā)明進(jìn)一步方面，包括有一種加熱在電液體加熱容器中的液體的方法，包括以預(yù)定的曲線施加功率到該容器的加熱器，所述曲線被得出以便在最小化噪音的產(chǎn)生的同時(shí)，在任何給定時(shí)間最大化該功率。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一電液體加熱設(shè)備，包括被布置為以這種方式操作該設(shè)備的控制裝置和所述控制裝置本身。
可選地或附加地，該設(shè)備包括檢測(cè)正在產(chǎn)生的聲音級(jí)別的裝置和根據(jù)所檢測(cè)的聲音級(jí)別調(diào)整施加到該加熱器上的功率以避免產(chǎn)生任何可辨別的噪音的裝置。因此，如果期望以一減小的噪音級(jí)別操作該設(shè)備，該功率可以被減小到初始低值，然后穩(wěn)定地增加直到產(chǎn)生一特定閾值之上的噪音。然后該功率可以被再次輕微地減小。如果再次確定噪音在該閾值之上，然后可以進(jìn)一步減小該功率。
由于它在以一減小的噪音級(jí)別上維持操作的同時(shí)，最小化加熱該液體所占用的時(shí)間，這種布置是有益的。它還自動(dòng)地解決在加熱過(guò)程期間、特別是在該液體接近整體沸騰時(shí)將產(chǎn)生的噪音的傾向中的變化。
這種減小噪音的方法自身是有益的，因此當(dāng)從再一方面來(lái)看時(shí)，本發(fā)明提供一種在加熱一電液體加熱設(shè)備中的液體的同時(shí)減小噪音的產(chǎn)生的方法，包括電測(cè)量噪音的級(jí)別并根據(jù)所測(cè)量的噪音級(jí)別調(diào)節(jié)施加到該元件上的電功率。
當(dāng)從再一方面來(lái)看時(shí)，本發(fā)明還提供一種電液體加熱設(shè)備，包括感應(yīng)當(dāng)該設(shè)備正加熱一液體時(shí)所產(chǎn)生的噪音級(jí)別的電聲音傳感裝置，和根據(jù)所檢測(cè)的噪音級(jí)別調(diào)節(jié)施加到該設(shè)備的加熱器上的電功率的裝置。
可以使用任何能夠檢測(cè)聲音的電傳感器，例如麥克風(fēng)。該傳感器可以放置在該設(shè)備的液體接收容腔內(nèi)，但最好是位于該加熱器的“干”面。這使生產(chǎn)變得容易并有助于確保可靠性。
聲音傳感裝置可以檢測(cè)全部聲音級(jí)別，但最好是它被布置為僅檢測(cè)一較小范圍的頻率。這有助于避免從高的周?chē)胍舻鹊贸龅牟豢煽康臋C(jī)能。因此，該聲音傳感裝置最好僅傳感大體上低于500赫茲的頻率，還最好高于50赫茲。
之前公開(kāi)的減小功率的方法的另一個(gè)特別有益的應(yīng)用在于一液體加熱設(shè)備的干通電(dry switch-on)的檢測(cè)。在一優(yōu)選實(shí)施例中更特別地是，本發(fā)明提供一種操作一液體加熱設(shè)備的一厚膜電加熱器的方法，包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面施加一減小的功率到該加熱器；確定該加熱器的溫度升高的速率是否高于或低于一預(yù)定的閾值，并且如果該溫度升高的速率低于該閾值速率，增加所施加的功率，如果該所檢測(cè)的溫度升高的速率高于該閾值速率，則中斷到該加熱器的功率供應(yīng)。
因此將會(huì)看到，根據(jù)這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，初始施加例如一半最大功率的一較低功率。如果該設(shè)備被正常充滿，所導(dǎo)致的溫度升高的速率將相對(duì)地低并且應(yīng)該低于該閾值以避免麻煩的跳閘。可是如果該設(shè)備在它的里面沒(méi)有任何液體的情況下已經(jīng)被接通電源以散發(fā)產(chǎn)生的熱量，所導(dǎo)致的該溫度升高將顯著地加快。該閾值速率被這樣設(shè)置，即它低于干通電溫度升高的速率，這樣該設(shè)備將中斷電力供應(yīng)。
這不僅是一種檢測(cè)干通電的有效方法，而且也固有地是節(jié)約裝置，因?yàn)槿绻撛O(shè)備被干通電就不會(huì)施加全功率，在切斷電源之前該加熱器、密封口、容器壁等達(dá)到的溫度將比如果施加了相同長(zhǎng)度時(shí)間的全功率顯著地低。
這種布置本身是新穎的和有創(chuàng)造性的，如果不考慮用于減小功率的方法，并且當(dāng)從再一方面看時(shí)，本發(fā)明提供了一種操作一液體加熱設(shè)備的一厚膜加熱器的方法，包括施加一減小的功率到該加熱器；確定該加熱器的溫度升高的速率是否高于或低于一預(yù)定的閾值，并且如果該溫度升高的速率低于該閾值速率，增加所施加的功率，如果該所檢測(cè)的溫度升高的速率高于該閾值速率，則中斷到該加熱器的功率供應(yīng)。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一液體加熱設(shè)備，具有一關(guān)閉基座上的開(kāi)口的一厚膜加熱器和能夠以這種方式操作該設(shè)備的一控制器，和該控制器本身。
溫度升高的速率是否高于或低于閾值的確定可以通過(guò)尋找在相應(yīng)的閾值時(shí)間內(nèi)取得的預(yù)定溫度或?qū)ふ以陬A(yù)定時(shí)間之后的一閾值溫度來(lái)進(jìn)行?？墒亲詈檬菧y(cè)量溫度升高速率的一實(shí)際值。然后這個(gè)值可以與該閾值速率直接進(jìn)行比較。
在一個(gè)實(shí)施例中，該加熱器的全功率額定為3千瓦，但當(dāng)?shù)谝淮渭与姇r(shí)被減小到1.5千瓦。該閾值被設(shè)置在8℃s-1，即如果該加熱器的溫度升高的比這更快，假設(shè)該加熱器已經(jīng)被干通電。
能夠在一預(yù)定周期例如一秒鐘測(cè)量溫度升高的速率。另外能夠測(cè)量溫度升高一預(yù)定量所占用的時(shí)間。盡管這實(shí)現(xiàn)起來(lái)稍微復(fù)雜一些，但它的有益之處在于，它有效地允許該板在干通電期間所達(dá)到的最大溫度被限定為一預(yù)定值。表示升高速率的測(cè)量的結(jié)束的溫度甚至可以被設(shè)置為相同于或低于該加熱器的一般操作溫度。這意味著即使該設(shè)備被干通電，該加熱器也不會(huì)過(guò)熱。
在一些優(yōu)選實(shí)施例中，如果兩個(gè)或在所有場(chǎng)合該閾值都沒(méi)有被超過(guò)，在僅施加全功率的情況下，與該閾值速率的比較可以進(jìn)行一次以上，但是如果它在任何一個(gè)場(chǎng)合都被超過(guò)，則中斷功率。這在保證該保護(hù)系統(tǒng)免受該加熱器前次使用遺留的少量液體的欺騙是有益的，該少量液體可能局部地暫時(shí)抑制溫度升高的速率。
當(dāng)已經(jīng)施加了全功率時(shí)，與溫度升高的閾值速率的比較不再需要進(jìn)行?？墒亲詈檬?，在該液體被加熱的同時(shí)進(jìn)行比較。這在因?yàn)槿魏卧虻凸β蕼y(cè)量不準(zhǔn)確的情況下提供了進(jìn)一步的備份，可是更重要的是，在該設(shè)備被允許干沸騰、例如如果該設(shè)備被設(shè)置為長(zhǎng)時(shí)間保持沸騰的情況下，它將給出保護(hù)。
實(shí)際上已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，即使到施加了全功率時(shí)不進(jìn)行溫度升高速率的測(cè)量，初始施加一低功率在檢測(cè)干通電中也是有益的。這得自于以下認(rèn)識(shí)，即大的瞬時(shí)效果經(jīng)常發(fā)生于初始加熱并且因此溫度升高的速率可能對(duì)于它來(lái)說(shuō)起伏太大而在這個(gè)階段不能作為干通電的一有用的指示器。然而最小化干通電期間達(dá)到的溫度的益處仍然保持。
因此，從再一方面看時(shí)，本發(fā)明提供一種操作一電液體加熱容器的方法，包括施加一預(yù)定周期的減小的功率到該容器的加熱器，此后施加一較高功率并確定該加熱器的溫度升高的速率是否大于一預(yù)定的閾值，并且如果該溫度升高的速率高于該閾值速率，中斷到該加熱器的功率供應(yīng)，如果它低于該閾值速率，則繼續(xù)加熱該液體。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一液體加熱設(shè)備，包括被布置為以這種方式操作該設(shè)備的控制裝置和所述控制裝置本身。
根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的較高功率最好是全功率。這是有利地，因?yàn)樗馕吨糜诖_定一干通電是否已經(jīng)發(fā)生的溫度升高的閾值速率可以設(shè)置在適合于全功率的一級(jí)別上，并且因此相同值可以被用于檢測(cè)。
在本發(fā)明的這個(gè)方面的一優(yōu)選實(shí)施例中，例如1.5千瓦的較低功率被施加一預(yù)定時(shí)間周期，例如3秒鐘，然后在施加例如3千瓦的全功率之前，功率自動(dòng)中斷一預(yù)定周期，例如2秒鐘。然后該設(shè)備被布置為確定溫度升高的速率是否超過(guò)6℃s-1的閾值。再有，為了確定是否允許干沸騰，這個(gè)閾值通過(guò)該設(shè)備的操作被監(jiān)視。
如上所述，最好是測(cè)量溫度升高的速率的實(shí)際值。為了保護(hù)該加熱器免受由于干通電引起的過(guò)熱，簡(jiǎn)單地將這個(gè)實(shí)際值與一閾值速率比較以確定它是高還是低?？墒巧暾?qǐng)人已經(jīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，溫度升高的速率的值可以被用來(lái)給出正被加熱的水的體積的指示。更具體地說(shuō)，該體積可以通過(guò)考慮功率輸出和例如水的液體的特定熱容量來(lái)計(jì)算。還可以用來(lái)進(jìn)行可以由經(jīng)驗(yàn)確定的該加熱器的效率和該液體的熱量損失的更正。
將會(huì)認(rèn)識(shí)到，這個(gè)概念本身是新穎的和有創(chuàng)造性的，因此從另一方面，本發(fā)明提供了一種估計(jì)正在通過(guò)一電液體加熱設(shè)備被加熱的已知熱容量的液體的體積的方法，所述方法包括施加功率到所述設(shè)備的加熱器，在一給定時(shí)間上測(cè)量所述液體的溫度的升高并根據(jù)該時(shí)間、熱容量和在所述時(shí)間期間提供給該加熱器的能量總量計(jì)算所述體積。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一液體加熱設(shè)備，包括被布置為按上述操作的控制裝置和所述控制裝置本身。
將會(huì)看到，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，該液體溫度的速率升高被用來(lái)計(jì)算該液體體積。這可以使用與用于檢測(cè)干通電同樣的計(jì)算的速率，但最好是執(zhí)行一分離計(jì)算，例如經(jīng)過(guò)一更長(zhǎng)的周期以便返回一更精確的數(shù)。在一個(gè)具體的例子中，使用經(jīng)5秒鐘做出的溫度測(cè)量的一平均(每秒鐘更新一次的滾動(dòng)平均)進(jìn)行用于確定干通電目的的計(jì)算，但是用于體積的計(jì)算要經(jīng)過(guò)20秒鐘(也是每秒鐘更新)。
溫度測(cè)量可以直接進(jìn)行，例如用合適的傳感器接觸該液體。但是最好是間接地通過(guò)該加熱器測(cè)量該溫度。由于它允許傳感器保持干燥并且更易于與其進(jìn)行電連接，這一點(diǎn)顯得更方便。該傳感器甚至可以與用于保護(hù)該加熱器例如免于干通電的相同。在厚膜加熱器的情況下，該溫度傳感器按照方便與否可以印制到該加熱器基底上或與其分離。
最好是，如果所檢測(cè)的體積高于一預(yù)定水平，即如果該設(shè)備被過(guò)量充滿，該設(shè)備被布置為減小施加到該加熱器的功率。這在幫助避免與過(guò)量充滿相關(guān)聯(lián)的熱水濺出等的危險(xiǎn)方面具有清楚的好處。最好是給使用者一警告信號(hào)，以便如果它已經(jīng)被過(guò)量充滿，他/她知道倒出一些液體。
可是已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，即使該設(shè)備沒(méi)有被過(guò)量充滿，知道液體的體積也是有用的。在一優(yōu)選實(shí)施例中，如果液體體積在從最大范圍的一預(yù)定范圍內(nèi)，當(dāng)該液體接近沸騰時(shí)，到該加熱器的功率被減小。這意味著如果該設(shè)備是充滿的或接近充滿的，它將比如果它未被充滿的情況更輕地沸騰。這意味著更輕地接近沸騰，并因此有助于阻止當(dāng)該設(shè)備相對(duì)地滿時(shí)沸水通過(guò)管口危險(xiǎn)濺出。因此，減小了用來(lái)提供一安全的上部空間以避免濺出等的需要。由于它意味著對(duì)于一給定的液體容量，該設(shè)備的大小可以減小，這明顯是有益的。這不僅從材料成本的觀點(diǎn)來(lái)看是經(jīng)濟(jì)的，而且它加強(qiáng)了外觀和該設(shè)備的客戶吸引力。
在與沸騰相聯(lián)系的較高的一般操作溫度上的減小功率還將使功率調(diào)節(jié)裝置的負(fù)擔(dān)減小，該裝置常常是例如三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的一固態(tài)裝置，并限制一般在該設(shè)備內(nèi)經(jīng)歷的周?chē)鷾囟?，其具有例如?duì)電子部件的額定值的有益暗示。
實(shí)際上，這個(gè)概念不依賴于根據(jù)之前描述的方法被檢測(cè)的液體的體積，該體積可以通過(guò)諸如一漂浮物的任何合適的裝置，或通過(guò)測(cè)量它的重量被檢測(cè)。因此，當(dāng)從再另一方面看時(shí)，本發(fā)明提供一種操作一電液體加熱設(shè)備的方法，包括檢測(cè)該設(shè)備中的液體體積是否高于一預(yù)定閾值，在該液體被加熱到一中間溫度的第一加熱階段期間施加一第一功率到該液體，和在該液體被加熱到沸騰的一第二加熱階段期間施加一第二較低功率。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一電液體加熱設(shè)備，包括被布置為以這種方式操作該設(shè)備的控制裝置和所述控制裝置本身。
該功率的減小可以用任何方便的方式實(shí)現(xiàn)，但最好是按照本發(fā)明的第一方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。該第二較低功率可以為固定值并在該閾值體積被超過(guò)的任何時(shí)候施加。另外，可以使用一滑動(dòng)減小以便該功率減小的量依賴于，例如成比例于，該臨近特定的最大體積。
還已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)知道該設(shè)備中的液體體積以及還通過(guò)監(jiān)視施加到該加熱器的功率狀態(tài)，可以估計(jì)將該液體加熱到一給定溫度(例如沸騰)所花費(fèi)的時(shí)間。因此，最好是該設(shè)備包括估計(jì)要達(dá)到一預(yù)置溫度將花費(fèi)的時(shí)間的裝置。這個(gè)時(shí)間最好是顯示給該用戶，最好是整個(gè)該加熱過(guò)程，即作為一倒數(shù)定時(shí)器。
被用于估計(jì)需要加熱時(shí)間的體積估計(jì)可以在如較早公開(kāi)的一低功率啟動(dòng)期間執(zhí)行?？墒峭瑯訙囟壬咚俾士梢栽谡?dòng)期間，或最好是在加熱的稍后階段被確定，其有利的是可以避免從初始瞬時(shí)影響中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。實(shí)際上，該體積可以通過(guò)上面所述的例如重量檢測(cè)等的任何合適的可替換方法確定。因此將會(huì)看到，估計(jì)達(dá)到一給定溫度的時(shí)間的概念本身是新穎的和有創(chuàng)造性的，因此當(dāng)從再另一方面看時(shí)，本發(fā)明提供一種估計(jì)將一液體加熱設(shè)備中所容納的已知熱容量的液體加熱到一預(yù)定溫度的時(shí)間的方法，包括估計(jì)該設(shè)備中液體的體積，確定將施加到該設(shè)備的加熱器的功率數(shù)量，并根據(jù)該熱容量、體積和將施加的總能量確定所需要的時(shí)間。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一液體加熱設(shè)備，包括被布置為以這種方式操作該設(shè)備的控制裝置和所述控制裝置本身。
該所需時(shí)間的估計(jì)可以僅進(jìn)行一次，例如在加熱開(kāi)始的時(shí)候。可是最好是，在加熱期間更新它。當(dāng)該用戶能夠在加熱期間修改功率狀態(tài)，例如選擇較早公開(kāi)的“安靜”模式時(shí)，這是特別有益的。
根據(jù)本發(fā)明上述的各方面，從在該設(shè)備中的液體的體積估計(jì)計(jì)算達(dá)到一給定溫度的時(shí)間，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，該液體體積的估計(jì)是從溫度升高的速率計(jì)算的?？墒且呀?jīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)推斷溫度升高的速率，可以直接估計(jì)達(dá)到一給定溫度將花費(fèi)的時(shí)間估計(jì)。因此從更廣的方面，本發(fā)明提供一種估計(jì)在一液體加熱設(shè)備中所容納的液體達(dá)到一預(yù)定溫度的時(shí)間的方法，包括加熱該液體；測(cè)量溫度升高的速率，和推斷到所述預(yù)定溫度的所述速率。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一液體加熱設(shè)備，包括被布置為以這種方式操作該設(shè)備的控制裝置和所述控制裝置本身。
僅僅一單一例如初始估計(jì)可以被再次進(jìn)行，但最好是至少當(dāng)施加到該設(shè)備的加熱器的功率變化時(shí)進(jìn)行修改的估計(jì)。該估計(jì)的時(shí)間最好是以倒數(shù)定時(shí)器的形式顯示給該用戶。
無(wú)論哪一個(gè)方法被用于達(dá)到一給定溫度的時(shí)間的估計(jì)，根據(jù)這里公開(kāi)的另一個(gè)發(fā)明，該時(shí)間估計(jì)被用來(lái)設(shè)定為將功率施加到該加熱器的一固定時(shí)間。更具體地，本發(fā)明包括一種操作一電液體加熱設(shè)備以將其中所容納的液體加熱到一預(yù)定溫度的方法，該方法包括估計(jì)將該液體加熱到所述溫度將花費(fèi)的時(shí)間；基于所述的時(shí)間估計(jì)定義一固定加熱時(shí)間，并且施加所述固定加熱時(shí)間的功率，此后中斷或減小到該加熱器的功率。
盡管這個(gè)概念看起來(lái)比較地簡(jiǎn)單，但它與本領(lǐng)域所有之前的教義相反，即如果在一液體加熱容器中的加熱器將被自動(dòng)地關(guān)閉，這應(yīng)該通過(guò)經(jīng)由其中的溫度和氣體的產(chǎn)生測(cè)量和傳感對(duì)該液體所發(fā)生的情況被動(dòng)地取得。然后，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到期望的溫度，例如沸騰時(shí)，這個(gè)被動(dòng)的監(jiān)視被用于檢測(cè)?？墒乾F(xiàn)在建議在加熱的一較早階段監(jiān)視該液體的一定參數(shù)，使用這些預(yù)測(cè)什么時(shí)候?qū)⑦_(dá)到該溫度，然后根據(jù)這個(gè)預(yù)測(cè)實(shí)際固定該加熱時(shí)間。由于它意味著不需要在提升溫度的時(shí)候給出精確結(jié)果的溫度傳感器，即減小了溫度傳感器所需要的動(dòng)態(tài)范圍，這是有利的。這在一些情況下可以減小費(fèi)用，例如通過(guò)使刻度更容易。
這個(gè)概念可以被用在液體正被加熱到的任何溫度，但當(dāng)液體被加熱到沸騰時(shí)最適用。其原因首先是測(cè)量沸騰附近的溫度的要求增加了傳感器的最大必需動(dòng)態(tài)范圍，然而更重要的是，通過(guò)測(cè)量液體溫度或通過(guò)檢測(cè)蒸汽，準(zhǔn)確檢測(cè)沸騰一般相對(duì)地困難/昂貴。可是，根據(jù)上面建議的本發(fā)明，完全排除了檢測(cè)沸騰的需要。
再有，申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的附加益處在于，所估計(jì)的煮沸時(shí)間可以被有意延長(zhǎng)。這在不可避免的測(cè)量不精確的情況下，不僅保證了沸騰的實(shí)際發(fā)生，也能使沸騰持續(xù)一預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度。為了給出期望被消費(fèi)者察覺(jué)的幾秒鐘滾動(dòng)沸騰的效果，這可能僅僅是幾秒鐘的時(shí)間，特別是在UK，或者它可能是一個(gè)更長(zhǎng)一些的時(shí)間周期，例如以將水消毒。至少在稍后的情況中，延長(zhǎng)的沸騰時(shí)間最好是可預(yù)置的并最好是以一減小的功率，最好是全功率的5％和15％之間。
本申請(qǐng)還公開(kāi)了一進(jìn)一步的發(fā)明。
本發(fā)明涉及用于電液體加熱設(shè)備的控制器，具體涉及用于測(cè)量正被加熱的液體的方法和設(shè)備。
隨著厚膜加熱器和消費(fèi)者中對(duì)于所有家用器具擴(kuò)展的功能性所增加的喜愛(ài)的出現(xiàn)，對(duì)于液體加熱容器的電子控制器的興趣在以前由于成本的考慮而被忽視之后在一定程度上重新出現(xiàn)。
電子控制器的問(wèn)題之一是提供一個(gè)成本有效的、適當(dāng)準(zhǔn)確的電子傳感器。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了傳感加熱器板的溫度，間接傳感液體溫度或保護(hù)加熱器本身不過(guò)熱，已經(jīng)建議使用具有一正溫度電阻系數(shù)的一附加印制軌道形式的傳感器。不幸的是，在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于在使用的墨水(ink)中或印制過(guò)程本身中的可變性，在這些傳感器軌道的電阻中發(fā)生了的很大變化。為了克服這點(diǎn)，已經(jīng)要求每個(gè)加熱器的不經(jīng)濟(jì)的手動(dòng)刻度。
利用具有足夠緊的公差的離散電熱調(diào)節(jié)器以克服這個(gè)問(wèn)題，但是這些相對(duì)昂貴。相反地，較便宜的部件趨向于要求以印制軌道的方法做的刻度。
因此，其目的在于提供至少部分地緩和上述缺點(diǎn)的一種裝置。
從再一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種標(biāo)定被布置為測(cè)量一液體加熱設(shè)備的厚膜加熱器的基底的溫度的熱傳感器的刻度的方法，所述方法包括在一第一溫度處記錄傳感器的電阻，加熱該設(shè)備中的液體到沸騰，記錄所述傳感器的電阻，并且此后使用所述兩個(gè)電阻通過(guò)內(nèi)插或外推計(jì)算在沸騰以下各溫度處的該傳感器的溫度。
因此將會(huì)看到，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，該傳感器的電阻在兩個(gè)分離的溫度處被測(cè)量，并且結(jié)果用于標(biāo)定該傳感器的刻度以在其它溫度處給出溫度測(cè)量。第一溫度可以高于第二溫度(當(dāng)容器中的液體沸騰時(shí)測(cè)量的溫度)，例如在再涂一層釉面后，當(dāng)在已經(jīng)被加熱后，厚膜加熱器正在冷卻時(shí)進(jìn)行第一電阻測(cè)量。這具體可適用于在該傳感器被印制到加熱器基底處的情況。
該第一溫度最好是低于第二溫度并且最好大約是室溫。這意味著兩個(gè)參考電阻在該傳感器的大約工作范圍的各端被測(cè)量。
為了標(biāo)定該傳感器的刻度，第一溫度當(dāng)然必須獨(dú)立地測(cè)量。因此，這可以在生產(chǎn)期間方便地執(zhí)行。例如可以使用熱電偶等。
當(dāng)容器中的液體處于沸騰溫度時(shí)測(cè)量第二溫度。這個(gè)溫度也可以用獨(dú)立的裝置測(cè)量，但最好是從容器中的液體實(shí)際沸騰的事實(shí)來(lái)推斷。有很多種可以進(jìn)行測(cè)量的方法。例如，可以檢測(cè)蒸汽的噴射或由操作者執(zhí)行沸騰的視覺(jué)檢查。更好的是，使用傳感器本身不通過(guò)實(shí)際的溫度、而通過(guò)溫度變化的速率來(lái)檢測(cè)沸騰，即假設(shè)無(wú)論傳感器的精確刻度如何，當(dāng)容器中的液體沸騰時(shí)，它的電阻隨時(shí)間變化的速率將趨向于零。這已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在實(shí)踐中。在一個(gè)具體的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)將溫度曲線的切線向回外推到大約該加熱過(guò)程的起始時(shí)間以計(jì)算溫度軸上對(duì)應(yīng)的交點(diǎn)來(lái)確定沸騰，而不測(cè)量溫度本身的變化速率。換句話說(shuō)，如果溫度升高的速率一直是常數(shù)，則將升高到目前溫度的相當(dāng)?shù)钠鹗紲囟缺槐O(jiān)測(cè)。這個(gè)值將開(kāi)始于該加熱器的實(shí)際初始溫度并升高到最終的沸騰溫度。例如定義80℃的閾值為沸騰開(kāi)始的時(shí)候。
另外，假設(shè)容器被充滿到它的最大容量并然后將加熱器加電一足夠的時(shí)間以保證至少這個(gè)量的能量已經(jīng)進(jìn)入加熱該液體，可以通過(guò)計(jì)算所需進(jìn)入該液體的能量簡(jiǎn)單地推斷沸騰。
本申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，作為前述的結(jié)果，第二刻度步驟可以通過(guò)適當(dāng)?shù)嘏渲靡后w加熱設(shè)備本身來(lái)執(zhí)行。雖然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但這開(kāi)啟了第二刻度步驟在出廠后例如由消費(fèi)者執(zhí)行的可能性。由于它最小化了工廠中生產(chǎn)和標(biāo)定刻度的時(shí)間，因此節(jié)約了成本，因此這是有利的。再有，它減輕了否則將在發(fā)生下述情況下引起的任何問(wèn)題，即由于可以在液體加熱設(shè)備的最終組裝之后執(zhí)行精細(xì)標(biāo)定，已經(jīng)用一具體加熱器上的傳感器標(biāo)定的一具體控制器變得分離和不匹配。這些問(wèn)題很可能引起在該傳感器被布置在一分離的容器部分的同時(shí)，該控制裝置被布置在該設(shè)備的一無(wú)電線的基座中。
因此，這個(gè)特征本身是新穎的和有創(chuàng)造性的，并且從第二方面，本發(fā)明提供一種液體加熱設(shè)備，包括電子控制裝置，該電子控制裝置包括已經(jīng)被部分標(biāo)定的一溫度傳感器，所述控制裝置被布置為將容器中的液體加熱到沸騰，當(dāng)液體沸騰時(shí)測(cè)量所述傳感器的電阻并根據(jù)所述測(cè)量的電阻標(biāo)定該傳感器的刻度。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該設(shè)備的控制裝置被布置為在消費(fèi)者第一次使用時(shí)執(zhí)行這個(gè)標(biāo)定步驟。因此，如果從輸入能量的數(shù)量推斷沸騰，消費(fèi)者可能在第一次使用時(shí)被指示將該設(shè)備充滿到它的最大容量。當(dāng)然，煮沸全部容量所需的能量數(shù)量也將煮沸一較小的數(shù)量。
如果該用戶在第一次或后續(xù)的使用中阻止了沸騰的發(fā)生，例如在無(wú)電線器具的情況下關(guān)閉該設(shè)備或?qū)⑵鋸乃幕崎_(kāi)，則最好是該設(shè)備在下一次操作時(shí)再嘗試執(zhí)行該標(biāo)定步驟。
根據(jù)優(yōu)選方法和通過(guò)使用本發(fā)明的設(shè)備，由用戶有效地執(zhí)行第二標(biāo)度步驟。因此，該用戶必須用未被完全標(biāo)度的傳感器操作該設(shè)備至少一次?？墒?，該傳感器將常常具有可以用從在第一溫度進(jìn)行的測(cè)量外推它的溫度關(guān)系式的公稱預(yù)指定溫度關(guān)系式。盡管這可能在某種程度上不準(zhǔn)確，它將足夠準(zhǔn)確以保證該設(shè)備安全，即在優(yōu)選實(shí)施例中的傳感器能夠在它的公差范圍區(qū)別正常操作和干通電/干沸騰。
最好通過(guò)在第一溫度和沸騰處分別測(cè)量的電阻的內(nèi)插測(cè)量沸騰以下的溫度。本申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到沸騰的溫度將不必與它的理論值精確地匹配，例如水是100℃。例如，沸騰發(fā)生所處的緯度將影響它的溫度。因此，所指示的中間溫度不同于實(shí)際的物理值?？墒怯捎谶@些中間溫度很可能由用戶根據(jù)他/她個(gè)人的喜好被選擇，絕對(duì)的溫度不是特別的重要。更重要的是在一給定的緯度，一所選擇的溫度將相對(duì)的可重復(fù)。
該溫度關(guān)系式的形式，從兩個(gè)刻度溫度處的電阻得出的常數(shù)屬性將依賴于所使用的溫度傳感器的類型。例如如果使用正溫度系數(shù)(PTC)的電熱調(diào)節(jié)器，該溫度關(guān)系式將一般地接近如下形式的線性關(guān)系式R＝R0+AT這里A是電阻溫度的系數(shù)。在這種情況下，刻度溫度因此被用于建立R0和A的各值。
在負(fù)溫度系數(shù)電熱調(diào)節(jié)器的優(yōu)選情況下，該關(guān)系式一般是如下形式的一指數(shù)關(guān)系式R＝R0-e-(BT)這里B是與電熱調(diào)節(jié)器的所謂貝塔(bata)值相關(guān)的一常數(shù)(依賴于被測(cè)量的溫度R0的精確關(guān)系)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管可用的實(shí)用電熱調(diào)節(jié)器要求標(biāo)定以確定上述的常數(shù)，它們的溫度關(guān)系式的形式，即分別為線性和指數(shù)，也保持足夠的準(zhǔn)確度。
如前所述，可以使用適當(dāng)?shù)臏囟让舾心挠≈栖壍佬问降臒醾鞲衅鳌？墒牵F(xiàn)在最好是使用與加熱器具有良好熱接觸的離散電熱調(diào)節(jié)器，最好是一個(gè)具有負(fù)電阻溫度系數(shù)的離散電熱調(diào)節(jié)器，因?yàn)檫@些相對(duì)于溫度電阻具有一更大量級(jí)的變化，因此給出更精確的結(jié)果。
沸騰刻度步驟可以在例如第一次使用時(shí)僅執(zhí)行一次?？墒窃趦?yōu)選實(shí)施例中，將設(shè)備中的液體加熱到沸騰并測(cè)量傳感器的電阻的步驟被重復(fù)，最好是在該設(shè)備被用于煮沸液體的任何時(shí)候?？墒?，根據(jù)這個(gè)特征，在沸騰處不再次標(biāo)定該傳感器而將它的電阻值與原始刻度值進(jìn)行比較。這個(gè)過(guò)程將顯示當(dāng)容器中的液體在沸點(diǎn)時(shí)該傳感器的溫度的任何增加。這些增加常常是由加熱器內(nèi)的水垢累積(build-up of scale)引起的，其意味著加熱器將一般地隨著時(shí)間的推移趨向于變得更熱。很清楚，是否比較標(biāo)定和測(cè)量的電阻或它們是否轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度并不重要。
最好為這個(gè)差異設(shè)置一閾值，以便如果該閾值被超過(guò)，該用戶可以例如用聽(tīng)得見(jiàn)的或看得見(jiàn)的指示被警告注意該水垢累積，以允許該用戶采取補(bǔ)救行動(dòng)，即將該設(shè)備除垢。另外，該設(shè)備最好被布置為在這個(gè)閾值被超過(guò)的情況下以修改的方式操作。該控制不僅僅是給加熱器加電。而是最好是它被布置為減小所施加的功率。
這本身是新穎的和有利的，因此當(dāng)從進(jìn)一步的方面看時(shí)，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)在一液體加熱設(shè)備中的水垢積聚的方法，包括當(dāng)該容器中的液體沸騰時(shí)測(cè)量該設(shè)備的加熱器的溫度，比較所述溫度與參考溫度并且如果所述溫度比該參考溫度大一預(yù)定閾值，減小施加到所述加熱器的功率。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一液體加熱設(shè)備，包括被布置為以這種方式操作該設(shè)備的電子控制裝置和所述控制裝置本身。
因此將會(huì)看到，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，如果檢測(cè)到水垢累積，則減小加熱器的功率。這是有益的，在優(yōu)選實(shí)施例中，因?yàn)樗谶@些情況下減小了由加熱器得到的最大溫度，因此避免了由于過(guò)熱而引起的加熱器的故障，并且還減小了該設(shè)備的其余部分，例如控制、密封、容器壁等所經(jīng)歷的溫度。再有，當(dāng)發(fā)生水垢累積時(shí)通過(guò)減小加熱器的一般運(yùn)行溫度，可以避免諸如最大溫度監(jiān)視器、雙金屬調(diào)節(jié)器或加熱器本身的自我保護(hù)特征的加熱器保護(hù)機(jī)構(gòu)的煩瑣的操作。
可以通過(guò)任何可用的方法減小到加熱器的功率。但是最好是根據(jù)這里公開(kāi)的本發(fā)明的第一方面減小。這是有益的，因?yàn)樗钚』思訜崞鹘?jīng)歷的瞬時(shí)溫度，并因此強(qiáng)化了當(dāng)檢測(cè)到水垢時(shí)通過(guò)減小功率所取得的益處。
盡管在考慮到這個(gè)事實(shí)，即煮沸該設(shè)備中的液體所花費(fèi)的時(shí)間逐漸增加并且這可能是應(yīng)該執(zhí)行除垢的足夠的指示的情況下，可能不必要，但最好是給用戶需要除垢的一個(gè)聽(tīng)得見(jiàn)的或看得見(jiàn)的指示。
閾值最好小于10℃，最好在5℃和10℃之間。
功率的減小可以是一單一步長(zhǎng)改變，但最好是以依賴于，例如成比例于，沸騰的溫度超過(guò)閾值的數(shù)量的較小步長(zhǎng)被減小。因此最好設(shè)置比例性的常數(shù)以便在從閾值的最大差異處完全切斷功率。
如上面間接提到的，由于從加熱器等的熱物質(zhì)產(chǎn)生的熱滯后，由傳感器傳感的溫度可以大于液體本身的溫度一些。由于然后所測(cè)量的溫度的絕對(duì)值沒(méi)有影響，在該設(shè)備僅被用來(lái)煮沸液體的情況下，上述的差別幾乎不重要，但是除非被更正，它將影響將允許用戶指定低于將液體加熱到的沸騰的一溫度的實(shí)施例的準(zhǔn)確度。它還將影響當(dāng)前溫度的任何顯示的準(zhǔn)確度。這些將增加除從上面所討論的較高緯度處較低沸點(diǎn)的影響得出的任何系統(tǒng)誤差之外的計(jì)算溫度中的誤差。
在簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，可以假設(shè)溫度滯后為一常數(shù)，并因此作為負(fù)偏移被施加到由傳感器所測(cè)量的溫度。盡管這是給出相對(duì)正確結(jié)果的一相對(duì)有效的假設(shè)，但是申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到當(dāng)達(dá)到期望的溫度時(shí)，通過(guò)減小施加到加熱器上的功率，所傳感的溫度更正確地反映了液體的溫度，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這比使用固定偏移能給出更正確的結(jié)果。
不考慮用于標(biāo)定傳感器的方法，這個(gè)概念本身是新穎的和有創(chuàng)造性的，并且當(dāng)從進(jìn)一步的方面看時(shí)，本發(fā)明提供一種使用具有一電子控制裝置的一液體加熱設(shè)備將一液體加熱到預(yù)定溫度的方法，該方法包括施加第一功率到所述設(shè)備的加熱器，確定該液體的溫度接近期望溫度的時(shí)間，并且此后將所施加的功率減小到一第二較低功率直到達(dá)到所述期望的溫度。
本發(fā)明還擴(kuò)展到一液體加熱設(shè)備，包括被布置為以這種方式操作該設(shè)備的電子控制裝置和所述控制裝置本身。
除了允許一期望的溫度被精確地取得外，這個(gè)特征給出了避免加熱器突然斷電的可認(rèn)識(shí)到的益處。這一點(diǎn)對(duì)在加熱的同時(shí)趨向于產(chǎn)生大量的噪音的高功率加熱器是非常顯著的。可是根據(jù)本發(fā)明，加熱將逐漸停止。
功率的減小的可以是單一步長(zhǎng)的變化，但是最好是它以一系列較小的步長(zhǎng)被減小，這些較小步長(zhǎng)依賴于，例如大約成比例于，到期望溫度的距離。換句話說(shuō)，使用反饋環(huán)路來(lái)控制接近于期望溫度時(shí)的功率。
最好在確定液體溫度接近于期望的溫度時(shí)施加一偏移，一旦功率已經(jīng)被減小，就直接監(jiān)測(cè)所測(cè)量的溫度。
在前面的描述中未指定加熱器的類型，最好使用平面加熱器，最好是厚膜加熱器。由于在熱水壺或罐中使用的厚膜加熱器已經(jīng)變得普通，這個(gè)加熱器可以包括其上涂有一玻璃陶瓷絕緣層的金屬基底。另外，可以使用厚膜加熱器的其它類型和構(gòu)造。
本發(fā)明的方法和液體加熱設(shè)備可以使用諸如離散部件或硬線邏輯門(mén)的純硬件裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，本發(fā)明至少可以使用部分軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如計(jì)算機(jī)程序。因此，當(dāng)從進(jìn)一步的方面看時(shí)，本發(fā)明提供計(jì)算機(jī)軟件，專門(mén)配置為當(dāng)裝入到數(shù)據(jù)處理裝置時(shí)執(zhí)行上述的方法。
再有，將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的設(shè)備中指定的裝置可以簡(jiǎn)單地包括專門(mén)配置為當(dāng)裝入到數(shù)據(jù)處理裝置時(shí)執(zhí)行上述的方法的計(jì)算機(jī)軟件。
本發(fā)明還擴(kuò)展到包括這樣的軟件的一載體，當(dāng)被用來(lái)操作用于包含一數(shù)字微處理器的一電液體加熱設(shè)備的控制器時(shí)，該載體與所述微處理器結(jié)合，使得所述液體加熱設(shè)備執(zhí)行本發(fā)明的方法的各步驟。這個(gè)載體可以是物理存儲(chǔ)介質(zhì)，比如ROM芯片、CD ROM、或磁盤(pán)(disk)，或可以是諸如電線上的電信號(hào)、光信號(hào)或來(lái)自遠(yuǎn)程裝置的無(wú)線電信號(hào)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，該載體包括一個(gè)例如在一微處理器上提供的電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)。
將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，不是本發(fā)明的所有步驟需要由計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行，因此從更廣的方面，本發(fā)明提供計(jì)算機(jī)軟件，這個(gè)軟件安裝在一載體上，用于執(zhí)行上述方法的各步驟中的至少一步。類似地，不是在本發(fā)明的設(shè)備中指定的所有裝置都需要包括計(jì)算機(jī)軟件，因此在一般的優(yōu)選情況中，它是包括計(jì)算機(jī)軟件的這些裝置中的至少一個(gè)。
現(xiàn)在將使用例子和實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明的特定方面。


僅通過(guò)示例的方式、參照附圖，本例子采用本發(fā)明一個(gè)方面的實(shí)施例的計(jì)算機(jī)模擬的形式，這些附圖是厚膜加熱器的模擬的輸出圖形，其中圖1是表示將施加到加熱器的平均功率減小到它的最大功率的50％的已知方法的輸入功率曲線的圖形；圖2是表示對(duì)應(yīng)圖1的輸入曲線的加熱器板對(duì)面的輸出功率曲線和對(duì)應(yīng)的溫度曲線的圖形；圖3是表示將施加的功率減小到50％的根據(jù)本發(fā)明的方法的輸入功率曲線的圖形；圖4是表示對(duì)應(yīng)圖3的輸入的輸出功率和溫度曲線的圖形；圖5是表示功率減小到10％的與圖3相似的圖形；和圖6是表示對(duì)應(yīng)于圖5的輸出的圖形。
具體實(shí)施例方式
例子1建立一計(jì)算機(jī)模型以模擬將各種輸入功率狀態(tài)施加到加熱器板底部的加熱軌道的液體接觸表面的效果。為了模擬的目的，假設(shè)厚膜加熱器是一個(gè)不銹鋼平盤(pán)，直徑100毫米，厚0.5毫米，質(zhì)量0.0322千克，和特定的熱容量為500Jkg-1K-1。
加熱軌道的功率密度額定值設(shè)置為60Wcm-2。板和液體的初始溫度設(shè)置為100℃。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)液體的溫度保持恒定，并忽略穿過(guò)板的厚度的溫度梯度。假設(shè)液體的對(duì)流熱傳遞系數(shù)為2Wcm-1K-1。
如圖1所示，將60Wcm-2的一秒鐘功率脈沖方波系列施加到加熱器，以模擬已知液體加熱容器操作的方法。各脈沖之間的間隔也為1秒鐘，因此給出了50％的占空比。因此這個(gè)功率狀態(tài)的R.M.S.或相當(dāng)?shù)募訜嵝Ч麨?0Wcm-2。圖2表示該板的對(duì)面即液體接觸表面的效果。圖線A是以Wcm-2表示的輸出功率，圖線B是以℃表示的對(duì)應(yīng)溫度。可以清楚地看到，輸出功率和溫度在一秒鐘的第一個(gè)四分之一期間急劇地升高，每個(gè)脈沖在0.5秒鐘內(nèi)大致達(dá)到均衡。將會(huì)看到，達(dá)到和保持的溫度大約是130℃，并且全部60Wcm-2在至少半個(gè)脈沖被浪費(fèi)掉了。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的輸入功率狀態(tài)。如圖1，這是一個(gè)50％占空比的方波脈沖鏈，幅度為60Wcm-2并且R.M.S.功率為30Wcm-2?？墒窃谶@個(gè)例子中，脈沖長(zhǎng)度僅為對(duì)應(yīng)于單一全部主循環(huán)的0.02秒。從圖4可以看到，這個(gè)明顯簡(jiǎn)單的修改的效果是戲劇性的。脈沖的短持續(xù)周期意味著輸出功率(以Wcm-2為單位的圖線C)和溫度(以℃為單位的圖線D)永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到如它們?cè)谝郧暗那闆r中所達(dá)到的均衡值。因此與以前情況的60Wcm-2相比最大輸出功率達(dá)到了35Wcm-2。相似地，與以前情況的130℃相比最大溫度僅大約達(dá)到115℃。因此，盡管在每種情況中平均加熱的效果相同，即30Wcm-2R.M.S.，但在后一情況中，例如牛奶在加熱時(shí)不會(huì)被燒焦，而在前一情況中所經(jīng)歷的60Wcm-2足以將它燒焦。
類似地，減小的最大功率密度大大地減小了加熱期間在加熱器的表面發(fā)生的局部煮沸的傾向，并因此相應(yīng)減小了產(chǎn)生的噪音。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)功率減小到最大3千瓦的20％，即實(shí)現(xiàn)超過(guò)6分貝的減小，從而甚至在安靜房間的背景中也將發(fā)射的聲音減小到聽(tīng)不見(jiàn)的級(jí)別。
圖5表示類似于圖3但是帶有10％占空比，即6Wcm-2R.M.S.的輸入功率狀態(tài)。其效果表示在圖6中。將會(huì)看到，最大輸出功率和溫度甚至進(jìn)一步分別減小到大約12Wcm-2和107℃。
可是相反，如果圖1的功率輸入被修改為給出相同的R.M.S.功率，即通過(guò)將間隔增加到9秒鐘，由于在一秒鐘脈沖期間達(dá)到的均衡，最大輸出功率和溫度將不受影響。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解上面所描述的例子在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以在許多方面進(jìn)行修改，并且它們僅提供了例證說(shuō)明。具體地說(shuō)，這些模擬被理想化但也是足夠現(xiàn)實(shí)的以證明本發(fā)明超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的典型特征。
選擇100℃的數(shù)字作為初始板溫度僅僅是為了保證該溫度可以用與功率輸出相同的數(shù)字比例清楚地繪出。一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的值可能是80℃，在這種情況下，在現(xiàn)有技術(shù)的方法中該板的溫度會(huì)超過(guò)100℃，因此引起局部煮沸，但是在根據(jù)本發(fā)明的方法中不會(huì)發(fā)生。
再有，因?yàn)槠渌脑?，諸如與電磁干擾的產(chǎn)生和對(duì)家用電力供應(yīng)的過(guò)量影響有關(guān)的要求的潛在問(wèn)題，在這些例子中使用的實(shí)際值不一定是實(shí)踐中使用的理想值。因此，在保留施加足夠短的功率以不建立均衡的概念的同時(shí)，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可能需要適當(dāng)修改所使用的值。
例子2根據(jù)公知技術(shù)制造一厚膜電加熱器并且將正溫度系數(shù)(PTC)電熱調(diào)節(jié)器(thermistor)結(jié)合到該加熱器以便處在良好的熱接觸中。整個(gè)總成被允許冷卻到室溫。在使用一熱電偶精確地測(cè)量它正經(jīng)歷的溫度T1的同時(shí)，使用一高精度電阻測(cè)量裝置(其本身是公知的)測(cè)量電熱調(diào)節(jié)器的電阻R1。然后，加熱器和傳感器總成被裝配到水壺中并被賣(mài)給一消費(fèi)者。
在第一次操作時(shí)，該水壺的控制裝置被布置為進(jìn)入標(biāo)定模式。用戶被指示將水壺裝滿水，打開(kāi)電源并讓它煮沸。然后，該控制裝置施加功率到該元件直到通過(guò)測(cè)量電熱調(diào)節(jié)器的電阻感應(yīng)到沸騰。然后，使用該電阻變化的速率來(lái)確定容器中的水沸騰的時(shí)間。
一旦水沸騰，就將加熱器斷電。允許建立熱均衡的另2秒鐘之后，由控制裝置測(cè)量電熱調(diào)節(jié)器的電阻R2。假設(shè)溫度T2為100℃。然后如下計(jì)算電阻溫度系數(shù)CTR＝(R2-R1)/(T2-T1)現(xiàn)在，水壺可以正常操作以在加熱和/或?qū)⒓訜岬揭黄谕臏囟绕陂g顯示溫度。當(dāng)前的溫度由TX＝CTR×(RX-R1)+T1給出，這里RX是當(dāng)前電熱調(diào)節(jié)器的電阻。
當(dāng)該水壺再次被設(shè)置為煮沸水時(shí)，測(cè)量沸騰時(shí)的溫度并與T2即100℃進(jìn)行比較。首先該溫度應(yīng)該接近100℃，但當(dāng)有水垢沉積時(shí)，沸騰時(shí)的溫度會(huì)升高。如果由電熱調(diào)節(jié)器感應(yīng)的沸騰溫度超過(guò)105℃，在一用戶顯示器上給出一警告消息，并且給出指示用戶該水壺應(yīng)該被除垢的警告音。再有，根據(jù)超過(guò)105℃的值的數(shù)量，將施加到加熱器上的功率從它的最大值減小。如果加熱器的溫度超過(guò)200℃，將功率減小為零。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到僅為了例證說(shuō)明的目的給出上述例子，并且許多變化在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能。例如，兩個(gè)標(biāo)定步驟可以在工廠中執(zhí)行。
再有，為了簡(jiǎn)單的目的，在例子中使用了具有一線性溫度關(guān)系式的PTC電熱調(diào)節(jié)器。如果代之以使用帶有指數(shù)溫度關(guān)系式的NTC電熱調(diào)節(jié)器，將需要相應(yīng)地修改代數(shù)操作。
權(quán)利要求
1.一種用于估計(jì)正在通過(guò)電液體加熱設(shè)備加熱的已知熱容量的液體的體積的方法，所述方法包括施加功率到所述設(shè)備的加熱器，測(cè)量所述液體在給定時(shí)間中的溫度的升高，并根據(jù)該時(shí)間、熱容量和在所述時(shí)間期間提供給該加熱器的能量總量而計(jì)算所述體積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過(guò)該加熱器測(cè)量所述液體的溫度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括如果所檢測(cè)的體積高于預(yù)定級(jí)別，則減小施加到該加熱器的功率。
4.如權(quán)利要求1到3中的任一個(gè)所述的方法，包括當(dāng)容器中的液體接近沸騰時(shí)，降低施加到該加熱器的功率。
5.如權(quán)利要求1到4中的任一個(gè)所述的方法，包括估計(jì)容器中的液體達(dá)到預(yù)置溫度所花費(fèi)的時(shí)間。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括在加熱期間更新所述估計(jì)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，包括使用該時(shí)間估計(jì)來(lái)設(shè)置將功率施加到該加熱器的固定時(shí)間。
8.一種適配為執(zhí)行如前述權(quán)利要求的任一個(gè)所述的方法的液體加熱設(shè)備。
9.一種用于如權(quán)利要求8所述的液體加熱設(shè)備的電子控制器。
10.一種專門(mén)適配為執(zhí)行如權(quán)利要求1到7的任一個(gè)所述的方法的計(jì)算機(jī)軟件。
全文摘要
公開(kāi)了一種將一厚膜加熱器的功率輸出減小到它的最大功率的一預(yù)定部分的方法。該方法包括將一系列電能量的規(guī)則周期脈沖施加到該加熱器，其中這些脈沖足夠短以至與該加熱軌道相反的加熱器板的表面不達(dá)到一均衡溫度。還公開(kāi)了一種通過(guò)在加熱開(kāi)始處施加一較低功率并確定溫度升高的閾值速率是否被超過(guò)來(lái)檢測(cè)干通電的方法。在標(biāo)定一溫度傳感器的方法中，測(cè)量在沸騰和另一個(gè)溫度(例如，后者在生產(chǎn)期間測(cè)量)處的電阻并使用內(nèi)插和外推。還公開(kāi)了估計(jì)體積、當(dāng)接近一給定溫度時(shí)減小功率和檢測(cè)水垢積聚的方法。
文檔編號(hào)H05B1/02GK1631305SQ20051000445
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2001年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月1日
發(fā)明者文森特·J·加維, 保羅·科斯格羅夫 申請(qǐng)人:施特里克斯有限公司