专利名称：家用电器的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电器如家用电器的控制系统，其包括用于加热在电器中提供的流体的 加热元件，并且更特别地涉及所述电器的加热元件的控制。
背景技术：
包括流体箱和布置用于加热所述流体的加热元件的电器具有将流体加热到所期 望温度的能力。所期望温度可以取决于电器的种类和所加热流体的目的。例如，在家用电 器如咖啡机中，流体可以被加热到80°C至100°C之间的温度以制作饮料。在家用电器如蒸 汽熨斗中，流体可以被加热到至少沸腾温度以能够产生蒸汽。为了加热流体，使流体与在所述电器中提供的加热元件接触。通过向元件提供电 力使加热元件的温度升高，使得与加热元件接触的流体的温度升高。当达到所期望的流体 温度时，加热元件被断开。要断开加热元件，可以为电器提供温度传感装置 如NTC或PTC元 件。这样的NTC或PTC元件使得能够利用NTC或PTC的电阻的降低或升高，确定在电器中 的水的温度。当温度达到所期望的水平时，加热元件被断开。然而，在任一由加热元件加热水的电器中可能有一种危险，即由于不同原因当在 电器中的流体的温度已经达到所期望的水平时加热元件没有被自动地断开。例如，电器中 的电子元件可能发生故障，或者温度传感可能不正确例如由于电器中的垢积聚。在加热元 件未被断开的情况下，电器可能达到失控加热的状态。换言之，加热元件可以继续加热已经 达到所期望的温度的流体，结果是流体达到沸腾温度并且/或者继续使流体沸腾。当流体 的加热继续时，可以产生蒸汽，蒸汽可以例如能够离开电器。然而，在可能使蒸汽离开电器 的出口孔尺寸有限的情况下，例如由于在电器中形成垢或电器的用户进未按规定使用，蒸 汽可能没有足够快地离开电器。从而，压力可能在电器内部积聚，在压力超过电器的材料的 强度极限的情况下，能够造成至少电器的部分分离。可以理解，在电器内部积聚的压力可以 最终造成不安全的情况并且甚至对电器的用户造成伤害。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电器的加热元件的控制系统，其可以克服上述问 题。更特别地，本发明的目的是提供能够将电器的加热元件的失控加热的风险最小化或避 免的控制系统。根据本发明的一个方面，提供一种控制系统，用于控制对电器中的流体进行加热 的加热元件，其中控制系统包括以下组件适于从主电源向电器的至少加热元件供电的电网；用于在电器操作期间测量所述网中的电流值的电流测量装置以及用于在电器操 作期间测量所述网中的电压值的电势差测量装置中至少之一；用于至少基于测得的电流值和/或测得的电压值确定加热元件输入参数值并且 将所述确定的输入参数值与存储在控制单元中的预定的加热元件参数值相比较的控制单元；
其中所述控制单元进一步适于在加热元件输入参数值超出预定的参数值的情况 下，至少中断向加热元件的供电。由于在电器的加热元件和向加热元件提供电力的主电源之间提供的这样的系统， 供电可以仅基于在发生失控加热的情况下对加热元件的输入值的测量值而被中断。这样， 供电的中断可以直接地取决于能够以相对准确的方式确定并且与预定的加热元件参数值 相比较的值。通过在电器的操作期间测量连接到加热元件的导线中的电压值和/或电流 值，加热元件输入参数值能够被确定。所确定的输入参数值随后可以被于与预定的加热元 件值相比较。预定的加热元件参数值包括在至少电器的部分分离发生之前电器可以达到 的最大值。预定的加热元件参数值可以被存储在控制系统的控制单元中。当所确定的输入 参数值超出预定的加热元件参数值时，控制单元可以通过中断供电而控制到加热元件的供 电。从而，由于电器中功能失常的组件的失控加热的风险被最小化。而且，在失控加热的情 况下供电中断并不取决于可以受电器的用户影响的参数，例如由于缺乏电器的除垢。加热元件输入参数值可以基于测得的电流值或测得的电压值之一。在这两种情况 下，由例如电器的制造商提供的电阻值可以被存储在控制单元中。通过在加热元件的加热 周期期间测量电流值或电压值两者之一并且考虑加热元件的电阻的值，可以监视实际加热 周期时间间隔。通过将所确定的加热周期时间间隔与预定的时间间隔值相比较，在时间间 隔值的后者超过所确定的加热周期时间间隔的情况下，控制单元能够中断供电。在加热元件输入参数值至少基于测得的电流值或测得的电压值两者的情况下，力口 热周期时间间隔可以很容易地确定而不必考虑由制造商提供的加热元件的指示电阻值。从 而，指示电阻值的小偏差不会影响加热元件输入参数值的确定。而且，通过使用测得的电流 值和测得的电压值两者，加热元件输入参数值也可以是加热元件的最大电阻值或者在至少 部分的加热周期时间间隔期间加热元件的电阻斜率。本发明也涉及用于控制用于加热在电器中的流体的加热元件的安全装置，所述安 全装置包括上述的控制系统，该安全装置进一步包括_包围控制系统的组件的外壳；-用于将安全装置电气地连接到其加热元件需要控制的电器的第一连接器；-用于将所述安全装置电气地连接到主电源的第二连接器。本发明进一步涉及电器和上述安全装置的组装件，其中所述电器包括-用于容纳流体的流体箱；-用于加热与其接触的流体的加热元件；其中安全装置的第一连接器连接到电器的插头并且安全装置的第二连接器连接 到主电源。而且，本发明涉及一种控制用于加热在电器中的流体的加热元件的方法，优选地 使用根据本发明的上述控制系统。这样的安全装置、组装件和方法提供与对控制系统所描述的相同的优点和效果。从下文对本发明的一些实施方式的详述，结合附图，可以进一步理解本发明的这 些和其他的特征和优点，附图是为了图示而非限制本发明。
图1是根据本发明的控制系统的实施方式的示意图；图2示意性地示出了根据本发明的控制系统的第二实施方式；图3示意性地示出了根据本发明的控制系统的第三实施方式，其整合在电器中；图4示意性地示出了根据本发明的控制系统的第四实施方式，其整合在电器中； 以及图5示意性地示出了包括根据本发明的控制系统的安全装置和电器的组装件。注意在不同附图中相同或相应的元件使用相同或相应的参考标号。
具体实施例方式图1示意性地示出了根据本发明的控制系统1。控制系统1包括电网4，其适于从 主电源(未示出)至少向电器2的加热元件6供电的，电器2是例如家用电器如咖啡机。电 网4包括导线(line wire)8和零线10。在该示例中，电流测量装置12，如电流计，与电网 4的零线10串联提供。在本发明的不同实施方式中，可以以不同方式测量电流，例如通过 测量磁通量或者通过测量在电网中已为人熟知的电阻器的温度变化。也可以使用本领域的 普通技术人员已知的其他方法。电流测量装置12电气地连接到由连接到电网4的电源16 供电的控制单元14。而且，控制单元14连接到用户接口 20。在本发明的该实施方式中，控 制系统1作为单独的单元提供，是包括外壳32的安全装置30，外壳32包围所述的控制系统 1的组件。安全装置30进一步包括将安全装置30电气地连接到家用电器2的第一连接器 34 (见图5)，例如连接到家用电器2的插头3。提供第二连接器36，其将安全装置30电气 地连接到主电源28。为了操作电器2，将电源经由控制系统1的电网4从主电源28提供到 至少电器2的加热元件6。进一步为电器2提供用于容纳流体的流体箱40，流体例如水，被加热用以例如制 作饮料，如咖啡。加热元件6相对于流体箱40布置使得流体与加热元件6接触。控制系统1适于在对电器2中的流体加热期间控制加热元件6。当使用家用电器 2时，在水箱40中提供的水由加热元件6加热。取决于家用电器2的种类，流体可以被加热 到所期望的温度。在加热周期期间电流测量装置12测量在电网4中的电流，即供给加热元 件6的电流。测得的电流值被传送给控制单元14。由于家用电器2的加热元件6的电阻已 知，例如由电器2的制造商指示，控制单元14可以确定在测量电流值的时刻的电压值。随 后，根据电流值和电压值可以确定向电器2输出的功率。随后功率可以对时间积分，得出在 该特定时刻供给加热元件6的能量的量。从而，控制单元14计算加热元件输入参数值，在 该情况下是加热周期时间间隔。控制单元14可以包括预定的加热元件参数值，在该情况下 是例如预定的加热周期时间间隔，其取决于电器参数如电器2的流体箱40的大�。谕� 流体最大加热温度例如在800°C至100°C之间用于制作饮料，电器的种类等。当控制单元14检测到计算的加热周期时间间隔超过预定的加热周期时间间隔 时，控制单元14中断向加热元件6的供电。供电可以利用开关18、继电器或保安电路等由 控制单元14控制的装置中断。用上述的控制系统1，可以防止加热元件6的失控加热，由此防止由所述失控加热 引起的损坏电器2的危险，其结果是对电器2的用户的伤害的危险最小化。由于控制系统1仅使用输入参数，在该情况下是连接到加热元件6的电网4的电流值，以确定加热元件输 入参数值，偏差的发生可以被最小化，其结果是准确确定加热元件输入参数值。而且，所述 输入参数值的确定既不取决于电器的组件的功能失常的情况，也不取决于缺乏用户与电器 的交互如电器定期除垢，其结果是安全的控制系统1。在参照图1描述的控制系统1的实施方式中，仅测量在加热元件6的操作期间的 实际电流值以确定加热元件输入参数值。然而，在本发明的不同实施方式中，也可能为控制 系统1提供电势差测量装置22，如伏特计，代替电流值测量装置12。可以以所描述的电流 值相似的方式确定所提供的能量和加热周期时间间隔。当然，可以使用不同方法测量电势 差，如通过使用线圈，或者通过已知的并联电阻测量电流而确定。如本领域普通技术人员所 知，也可以使用其他方法以测量电势差。如图2所示，在根据本发明的控制系统1的另一种不同的实施方式中，能够基于电 流值和电压值两者确定加热元件输入参数值。因而，图2所示的控制系统1包括电流值测 量装置12和电压差测量装置22。在控制系统1的该实施方式中，如根据第一实施方式的系 统1 一样，该系统1是独立系统。换言之，安全装置30包括在外壳32中的控制系统1 (同 样见图5)。为了清楚起见，在此仅详细描述与参照图1所示和所描述的系统1不同的元件。在加热元件6的加热周期期间在某时间间隔测量电流值和电压值两者的一个优 点是消除对所指示的加热元件6的电阻值的偏离。当电流值和电压值都已知时，能够不使 用所指示的电阻值而确定供给电器2的功率。从而，也可以确定加热周期时间间隔。控制 单元14将所确定的加热周期时间间隔与预定的加热周期时间间隔相比较并且随后如参照 图1更详细描述的那样控制向加热元件6的供电。在测量电流值和电压值时，另一个加热 元件输入参数值，在该情况下是在至少部分的加热周期时间间隔期间的电阻或电阻斜率， 可以被计算并且与预定的最大电阻或电阻斜率相比较。在超出最大电阻或最大电阻斜率的 情况下，控制单元14可以中断至少向电器2的加热元件6的供电。测得的电流值和测得的电压值优选地存储在控制单元14的存储器中，创建值的 历史记录，其能够被用于确定电器2何时以及在什么时间间隔期间使用。这些值能够被利 用以调整初始存储的预定的加热元件参数值，如将要描述的图3所示的控制系统1的实施 方式那样。在图3所示的控制系统1的实施方式中，提供温度测量装置24。温度测量装置24 连接到控制单元14并且适于测量家用电器2周围空气的温度。控制系统1与家用电器2整 合。控制系统1的电网4与电气2的电网整合。控制系统1以与参照图2所描述的系统1 相似的方式操作。为了清楚起见，在此仅详细描述与参照图1和图2所示和所描述的系统 1不同的元件。通过测量电器2周围空气的温度并且将测得的温度值传送给控制单元2，温度的 历史记录可以被存储在控制单元2的存储器中。而且，通过存储测得的电流值和测得的电 压值以及所确定的电器2在若干初始加热周期期间的功率，可以确定流体箱40的容量。在 本发明的该实施方式中，加热元件输入参数值可以基于测得的电流值、测得的电压值以及 测得的温度值确定。空气温度值的历史记录和供给加热元件的功率的历史记录，即电器2 启动的时间间隔的期间以及当电器最近被启动的时间点，并考虑所 确定的流体箱40的容 量，使控制单元14能够估计流体的初始流体温度。流体箱40中的流体温度可以在加热元件6的加热周期开始时确定。从而，可以根据初始流体温度调整所确定的加热元件参数值， 其结果是控制系统1对加热元件6的更准确控制，甚至提高上述控制系统1的优点。在本发明的一种不同实施方式中，替代地可以通过测量加热元件6的电阻并且使 用存储在控制单元14中的电器2的时间历史记录确定初始流体温度。在图4中，示出了与图3中的系统1相似的控制系统1。为了清楚起见，在此仅详 细描述与参照图3所示和所描述的系统1不同的元件。控制系统1包括泵电压信号测量装 置26，其适于测量到在电器2中提供的流体泵(未示出)的电压信号。该测量装置26可操 作地连接到控制单元14。测得的电压信号被传送到并且存储在控制单元14的存储器中， 使得实际泵送时间能够被确定。从而，加热元件输入参数值能够基于测得的电流值、测得的 电压值、测得的温度值以及测得的电压信号得以确定。从而，提供甚至更准确的对加热元件 输入参数值以及预定的加热元件参数值的确定，其结果是更准确地检测到第一参数超过后 者，并且由此其结果是对供电的控制更准确的控制系统1。或者，换言之，更准确地中断供 电。从而，在系统1认为在电器中的流体温度过高的情况下错误的正值的发生，或者在系统 1太晚中断向加热元件6的供电的情况下错误的负值的发生被降低。在所描述的根据本发明的控制系统1的实施方式中，为电网4提供保险丝F。在至 少一个保险丝F熔断的情况下，不能使用电器2直至保险丝F熔断的原因已经被消除并且 保险丝F已更换为止。控制系统1可以在有相对大的水箱40的电器中利用，即当待加热的 流体以相对大的量存在，例如在家用电器2如咖啡机、浓缩咖啡机、蒸汽熨斗等中。在图5中示出了家用电器2和包括任一如以上在本发明前述实施方式中描述的控 制系统1的安全装置30的组装件。如上所述，安全装置30的第一连接器34连接到家用电 器2。安全装置30的第二连接器36连接到主电源28。连接器34、36可拆除地连接。这使 安全装置30能够从家用电器2拆除并用于不同的家用电器2。安全装置30可以作为单独 的装置销售并且用在已经上市或已经销售给用户的电器2上。然而，在根据本发明的安装 装置30的不同实施方式中，第一连接器34可以被不可分离地连接到家用电器2的插头3。 这样，一旦安全装置30连接到电器2，装置30就不能再拆除，由此甚至当电器2连接到不同 的主电源时也能确�？刂葡低�1的稳定操作。尽管已经参照附图描述了本发明的实施方式，应当理解本发明并不限于这些实施 方式。例如，可以使用本领域普通技术人员已知的不同的电流值测量装置和/或不同的电 压测量装置。也可以使用不同的温度测量装置。控制系统1可以以不同的方式整合在电器 2中或提供在单独的安全装置30中。安全装置30可以有不同的构造并且可以包括不同的 元件。而且，控制系统1可以被用于不同的包括流体箱40和加热元件6以加热来自箱40 的流体的电器。电网4可以以不同的布局提供。本领域的普通技术人员可以实施各种变化和变更而不背离权利要求书中定义的 本发明的范围或主旨。相应地，本说明书中所用的“一种实施方式”或“一个实施方式”意 指结合实施方式所描述的特性、结构或特征包括在本发明的至少一个实施方式中。这样，在 本说明书中各处使用词语“在一种实施方式中”或“在一个实施方式中”不是必须总是指相 同的实施方式。而且，注意特定的特性、结构或特征可以在一个或多个实施方式中以任何适 当的方式组合。
权利要求
一种控制系统(1)，用于控制对电器(2)中的流体进行加热的加热元件(6)，其中所述控制系统包括以下组件适于从主电源(28)至少向所述电器的加热元件供电的电网(4)，用于在所述电器操作期间测量所述网中的电流值的电流测量装置(12)以及用于在所述电器操作期间测量所述网中的电压值的电势差测量装置(22)中至少之一，用于至少基于测得的电流值和/或测得的电压值确定加热元件输入参数值并且将所述确定的输入参数值与存储在所述控制单元中的预定的加热元件参数值相比较的控制单元(14)，其中所述控制单元进一步适于在所述加热元件输入参数值超出预定的参数值的情况下，至少中断向所述加热元件的供电。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述加热元件输入参数值是加热周期时间间 隔、加热元件最大电阻值、在至少部分加热周期时间间隔中加热元件的电阻斜率之一。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制系统进一步包括适于测量所述电器 周围空气的温度的温度测量装置(24)，其中所述温度测量装置可操作地连接到所述控制单 元并且所述控制单元也适于根据测得的温度确定预定的加热元件参数值。
4.根据上述任一权利要求所述的控制系统，其中所述控制系统进一步包括用于测量到 所述电器的流体泵的电压信号的泵电压信号测量装置(26)，所述测量装置可操作地连接到 所述控制单元并且所述控制单元也适于根据测得的泵电压信号确定预定的加热元件参数 值。
5.根据上述任一权利要求所述的控制系统，其中所述预定的加热元件参数值是基于初 始存储在所述控制单元中的参数值和在所述加热元件的至少一个加热周期中来自各个测量装置的测量值。
6.根据上述任一权利要求所述的控制系统，其中初始存储的参数值包括在电流值、电 压值、所述电器周围空气的温度和/或电器参数之间的预定的关系，所述电器参数例如为 加热周期时间间隔、所述电器的流体箱的大小、所期望的流体最大加热温度、所述电器的种类等。
7.一种用于控制对电器中的流体进行加热的加热元件的安全装置(30)，所述安全装 置包括根据上述任一权利要求的控制系统，所述装置进一步包括-包围所述控制系统的组件的外壳(32)；-用于将所述安全装置电气地连接到其加热元件需要控制的所述电器的第一连接器 (34)；_用于将所述安全装置电气地连接到主电源的第二连接器(36)。
8.一种电器和根据权利要求7的安全装置的组装件，其中所述电器包括 -用于容纳流体的流体箱(40)；-用于加热与加热元件接触的流体的加热元件(6)；其中所述安全装置的第一连接器(34)连接到所述电器的插头(3)并且所述安全装置 (30)的第二连接器(36)可连接到主电源。
9.根据权利要求8所述的组装件，其中所述安全装置的第二连接器和所述电器的插头 不可分离地连接。
10.一种电器，包括-用于容纳流体的流体箱(40)；-用于加热与加热元件接触的流体的加热元件(6)；_根据权利要求1至权利要求6中任意一项所述的控制系统(1)，其中所述系统的电网 与电器的电网整合。
11.根据权利要求10所述的电器，其中所述电器是家用电器，如浓缩咖啡机、咖啡机、熨斗等。
12.—种控制对电器中的流体进行加热的加热元件(6)的方法，优选地使用根据权利 要求1至权利要求6中任意一项的控制系统(1)，包括以下步骤a)测量在所述电器的加热元件和主电源之间的电网中的电流值和电压值中至少之 b)至少基于测得的电流值和/或测得的电压值确定加热元件输入参数值c)将所确定的加热元件输入参数值与预定的加热元件参数值比较；d)当所确定加热元件输入参数值超过预定的加热元件参数值时中断至少向加热元件 的供电，使得所述加热元件的失控加热得以防止。
13.根据权利要求12所述的方法，其中确定加热元件输入参数值进一步基于测量所述 电器周围空气的温度。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中测得的值存储在所述控制系统的 控制单元(14)中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在确定加热元件输入参数值之前，基于存储的 值确定初始流体温度，其中预定的加热元件参数值根据初始流体温度进行调整。
全文摘要
提供一种控制系统(1)，用于控制用于对电器(2)中的流体进行加热的加热元件(6)。控制系统至少包括适于从主电源(28)向电器的加热元件供电的电网(4)，电流测量装置(12)以及电势差测量装置(22)中至少之一，用于至少基于测得的电流值和/或测得的电压值确定加热元件输入参数值并且将所述确定的输入参数值与存储在控制单元中的预定的加热元件参数值相比较的控制单元(14)。控制单元进一步适于在加热元件输入参数值超出预定的参数值的情况下，中断向加热元件的供电以防止加热元件的失控加热。
文档编号G01R19/00GK101859114SQ20101015999
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月7日
发明者H·德比宇尔斯, P·B·波斯塔德, P·C·杜伊内维尔德, P·N·克里坎, P·沃恩克, T·厄尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
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