CN103369754B - 感应加热烹饪器 - Google Patents

感应加热烹饪器 Download PDF

Info

Publication number
CN103369754B
CN103369754B CN201310061482.7A CN201310061482A CN103369754B CN 103369754 B CN103369754 B CN 103369754B CN 201310061482 A CN201310061482 A CN 201310061482A CN 103369754 B CN103369754 B CN 103369754B
Authority
CN
China
Prior art keywords
infrared ray
temperature
mentioned
infrared
pot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310061482.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103369754A (zh
Inventor
太田义注
荒金伸明
花坂照彦
高桥央
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Global Life Solutions Inc
Original Assignee
Hitachi Appliances Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Appliances Inc filed Critical Hitachi Appliances Inc
Publication of CN103369754A publication Critical patent/CN103369754A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103369754B publication Critical patent/CN103369754B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Induction Heating Cooking Devices (AREA)

Abstract

本发明提供在宽温度范围且即使温度变化的环境也能高精度、稳定、响应性好且非接触地检测锅温度的感应加热烹饪器。其具备:顶板、加热线圈、红外线检测单元、锅温度检测单元,红外线检测单元具备:入射从烹饪容器底部放射的红外线且输出与红外线量成比例的直流电压的第一红外线传感器;对第一红外线传感器输出进行直流增幅的第一直流增幅器;通过遮蔽从烹饪容器底部放射的红外线而不使从烹饪容器底部放射的红外线入射,并且输出与红外线量成比例的直流电压的第二红外线传感器;对第二红外线传感器输出进行反转直流增幅的第二直流增幅器,将第二直流增幅器的输出作为第一直流增幅器的偏压输入,将第一直流增幅器的输出作为红外线检测单元的输出。

Description

感应加热烹饪器
技术领域
本发明涉及作为锅温度检测单元具备热电堆的感应加热烹饪器。
背景技术
感应加热烹饪器在由结晶化玻璃灯构成的顶板下设置同心圆状的感应加热线圈(以下简称为“加热线圈”),使高频电路流过该感应加热线圈,利用产生的磁场在作为载置在顶板上的烹饪容器上的锅底产生涡流电流,利用该焦耳热直接加热作为烹饪容器的锅。
作为感应加热烹饪器的锅温度检测单元,以往普遍使用在顶板上利用红外线传感器观测由在响应速度良好的点加热的锅底放射的红外线并检测温度的锅温度检测单元。作为该红外线传感器,优选使用光电二极管等量子式或热电堆等热式传感器。将该红外线传感器配置在加热线圈空心空隙附近下,在顶板利用红外线传感器检测从锅底放射的红外线,根据其输出控制驱动加热线圈的变换器电路输出而调整烹饪温度。
但是,在烹饪温度下(从100~250℃),该放射红外线能量小,并且,从顶板的光学特性来看,透过顶板的波长只有1μm~3μm的宽度2μm,只有锅的全放射红外线能量的1~2%能够通过顶板。因此,要求所使用的红外线传感器的灵敏度为用于体温计等的1桁以上的高灵敏度。并且,由于传感器输出信号是直流电压,因此需要较高的增幅率的直流增幅电路。因此,该红外线传感器对周围温度的变动非常敏感,传感器由于烹饪中的机体内温度变动而变动,这对锅温度检测精度带来较大影响。
作为解决该课题的方法,具有在专利文献1至4中列举的方法。
专利文献1的技术包括输出与来自检测对象的红外线对应的信号的第一检测部(热电堆)、输出与来自周围环境的红外线入射对应的信号的第二检测部(热电堆)、以及输出第一、第二检测部的输出信号的差值的差动放大器,是以高精度只检测来自检测对象的红外线的技术。
专利文献2的技术具备具有红外线入射的入射窗的容器、在该容器内与上述入射窗相对配置的第一红外线检测元件(热式红外线检测元件)、安装第一红外线检测元件的基板、用于对配置在上述容器内的第一红外线检测元件的检测输出进行温度补偿的第二红外线检测元件(热式红外线检测元件),从上述入射窗入射的红外线在由上述基板遮蔽的位置配置第二红外线检测元件,是抑制由周围温度变化引起的检测精度的下降的技术。
专利文献3的技术是非接触测定热源的温度的红外线温度传感器,具备检测从上述热源放射的红外线的热量的红外线检测用感热元件、检测来自外部环境的热量的被遮光的温度补偿用感热元件、在上述外部环境与上述红外线传感器之间进行热流出入的热流出入部位,构成为从上述热流部位向上述检测用元件与补偿用元件的热传导大致均等,是能进行正确的温度补偿的技术。
专利文献4的技术是将从物体辐射的红外线的能量转换为电信号并输出的红外线传感器,具有由将上述红外线的能量转换为上述电信号的第一红外线检测元件(光电二极管)构成的受光部、由温度特性补偿元件构成的修正部,该温度特性补偿元件由用于对来自上述受光部的输出信号进行修正的第二红外线检测元件(光电二极管)构成,上述受光部与上述修正部为了在同一基板上由相同的材料形成且上述红外线相同地入射而具有相同结构,具备对上述受光部的输出信号进行增幅的运算增幅电路、连接在上述运算增幅电路的反转输入端子与输出端子之间的电阻元件、产生基准电压的基准电压产生电路,上述受光部的一方的端子连接在上述运算增幅电路的非反转输入端子上,上述温度特性补偿元件的一方的端子连接在上述运算增幅电路的反转电子输入端子上,是上述受光部的另一方的端子与上述温度特性补偿元件的另一方的端子利用共同连接在上述基准电压产生电路上的红外线传感器高精度地检测被对象物的温度的技术。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2007-85840号公报
专利文献2:日本特开平11-132857号公报
专利文献3:日本特开2011-75365号公报
专利文献4:WO2007-125873号公报
在专利文献1中,通过使来自检测对象及周围环境(周围温度)的红外线入射的第一检测部输出与来自周围环境的红外线入射的第二检测部输出的差值并通过利用差动增幅器的高CMRR(Common-ModeRejectionRatio)消除由来自周围环境的红外线引起的输出变动,提高检测精度。在专利文献1中,入射到第一检测部的来自周围环境的红外线量与入射到第二检测部的红外线量假定为相等。另外,各元件的红外线检测灵敏度、温度特性假定为相同。但是,实际上难以使来自周围环境的各检测部的红外线量或温度相等。另外,在具体的电路中,需要在差动增幅器前具有缓冲放大器。这由于热电堆的内部电阻(大约50~150KΩ)大,将该输出电阻在电路中降低,从而使下一个差动增幅器正常进行动作,因此是重要的。另外,红外线传感器即使由相同程序制成其输出(灵敏度)也波动30%左右。因此,难以利用两个输出元件实现差动增幅。另外,在大量生产家电产品的场合,需要通过对差动增幅器的增幅率进行微调而抑制该波动。如周知那样,差动增幅器如果连接在反转输入上的电阻比及值、连接在非反转输入上的电阻比及值不相同,则无法维持高CMRR。因此,用于抑制红外线传感器的灵敏度波动的增幅率的微调需要将阻值调整为两处同时同值。这也是困难的。在以上专利文献1的结构中,存在难以实现差动增幅器,并且电路成本高之类的问题。
在专利文献2中,进行在同一容器内组装用于对第一红外线检测元件与上述输出进行温度补偿的第二红外线检测元件,各红外线检测元件处于同一温度环境下的研究。另外,为红外线从入射窗入射到第一红外线检测元件,红外线未入射到配置在第一红外线检测元件的背面的第二红外线检测元件的结构。并且,直列连接第一红外线检测元件(热敏电阻)及第二红外线检测元件(热敏电阻),通过对其连接点的输出信号进行增幅,进行温度补偿。在热敏电阻的场合,其电阻值由周围温度决定,在相同结构的场合为大致相同的阻值。因此,在直列连接它们,并且施加一定电压的场合,由于连接点的电压由直列元件的电阻比决定,因此不会相对于周围温度变化而改变。即进行温度补偿。
但是,在专利文献2的结构中,来自入射窗的红外光在容器内反射并散光,有可能入射到第二红外线检测元件。为了不入射,需要对第二红外线检测元件采取其他对策(例如在容器内形成其他遮光壁的对策)。另外,公开了直列连接元件并简单地进行温度补偿如上述说明那样限于感温电阻元件例如热敏电阻。另外,由上述直列元件构成文氏桥,对该输出进行差动增幅并高精度地进行温度补偿的例子。其他课题点与专利文献1相同。
在专利文献3中,与专利文献2相同,以来自向容器的热流出入部位的热传递大致均等的方式(例如点对称的位置)将红外线检测用感热元件与被遮光的温度补偿用感热元件配置在相同容器内,通过对各元件与电阻的连接点进行差动增幅,进行温度补偿。在专利文献3中,与专利文献2相同,能够与该增幅结构进行补偿需要元件是感温电阻元件。其他课题点与专利文献1相同。
在专利文献4中,直列连接由第一红外线检测元件(多级光电二极管)和与第一红外线检测元件相同结构的第二红外线检测元件构成的温度特性补偿元件,将该连接点以外的两端子连接在增幅电路(电流电压变换增幅电路)的反转及非反转输入上,通过将连接点连接在基准电压上,进行温度补偿。该形式的增幅电路在利用PN接合的光电流的量子式红外线传感器例如光电二极管中是有效的,对由温度变化产生的PN接合的顺序方向电压变化进行补偿。因此,在专利文献4的结构中,无法将该技术应用于热式红外线传感器。其他课题点与专利文献1相同。
上述专利文献1~4在定时的温度环境变化、即变化的环境温度经过长时间为一定时,如果来自被检测体的红外线量相同,则即使变化前的温度与变化后的温度不同(相对于环境温度不同),也以红外线传感器的输出不变化的方式进行温度补偿。未言及环境温度逐渐变化时的(过渡时的)温度补偿。如感应加热烹饪器那样,在烹饪中温度逐渐变动相对于该过渡的温度环境变化进行温度补偿是重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供感应加热烹饪器,其在作为红外线传感器特别适用了热电堆的锅温度检测单元中,即使如感应加热烹饪器那样,环境温度逐渐变化的过渡的温度环境及稳定的温度环境,也能消除由周围温度变动产生的红外线传感器输出变动的影响,并且即使电源接通时也降低红外线传感器输出变动而稳定且高精度地检测广泛的锅底温度,从而提高安全性、使用性。
上述课题由下述感应加热烹饪器解决:具备在上表面放置烹饪容器且由结晶化玻璃构成的顶板、设在该顶板下且为了加热上述烹饪容器而产生感应磁场的加热线圈、设在该加热线圈下且检测从上述烹饪容器底放射的红外线的红外线检测单元、以及根据从上述红外线检测单元的输出检测锅温度的锅温度检测单元,上述红外线检测单元具备入射从上述烹饪容器底放射的红外线且输出与红外线量成比例的直流电压的第一红外线传感器、对该第一红外线传感器输出进行直流增幅的第一直流增幅器、通过遮蔽从上述烹饪容器底放射的红外线而不使从上述烹饪容器底放射的红外线且输出与红外线量成比例的直流电压的第二红外线传感器、对上述第二红外线传感器输出进行反转直流增幅的第二直流增幅器,将上述第二直流增幅器的输出作为上述第一直流增幅器的偏压输入,将上述第一直流增幅器的输出作为上述红外线检测单元的输出。
本发明的效果如下。
根据本发明,能够提供下述感应加热烹饪器:在具有由如光电二极管等量子式或热电堆等热式传感器那样检测与输入红外线线成比例的直流电压的红外线检测单元与直流增幅单元构成的锅温度检测单元的感应加热烹饪器中,相对于烹饪中的机箱内部的温度变化(过渡的温度变化)使红外线检测单元的输出稳定化,即使由于烹饪而在机箱内部产生温度变化,也能够正确地检测烹饪锅底的温度。并且,能够提供能通过控制向加热线圈的高频电力,进行安全且最适的烹饪的感应加热烹饪器。
附图说明
图1是表示实施例一的感应加热烹饪器的结构的立体图。
图2是表示实施例一的感应加热烹饪器的结构的剖视图。
图3是表示实施例一的右侧加热线圈周围的详细的剖视图。
图4是表示实施例一的左侧加热线圈周围的详细的剖视图。
图5是表示实施例一的加热线圈及锅温度检测装置的配置的俯视图。
图6是表示实施例一的加热线圈的背面的俯视图。
图7是实施例一的锅温度检测装置飞俯视及剖视图。
图8是表示实施例一的反射式光断续器的图。
图9是表示实施例一的锅放射红外线检测用热电堆25的详细的俯视及剖视图。
图10是表示实施例一的温度变化补偿用热电堆26的香榭的俯视及剖视图。
图11是实施例一的感应加热烹饪器的控制方框图。
图12是表示现有的红外线检测电路的详细的图。
图13是表示现有的红外线检测电路输出的温度特性的图。
图14是表示现有的红外线检测电路输出的电源投入及周围温度变化时的输出变动的实验例。
图15是表示实施例一的红外线检测电路的详细的图。
图16是表示实施例一的红外线检测电路动作的示意图。
图17是表示实施例一的红外线检测电路输出的电源接通及周围温度变化时的输出变动的实验例。
图18是表示实施例一的反射率检测电路的详细的图。
图19是表示利用厚板的分布规则进行的分光放射能量的图。
图20是表示顶板等与玻璃的光学特性的图。
图21是表示向热电堆的入射能量的比较的图。
图22是表示实施例一的各部温度与向热电堆25的入射红外线能量的关系的图。
图23是表示实施例一的黑体(锅底)温度与红外线检测电路输出的关系的图。
图24是表示实施例一的顶板温度与红外线检测电路输出的关系的图。
图25是表示实施例一的反射率检测电路的反射电压与反射率的关系的图。
图26是表示实施例一的各种锅的锅底温度与锅温度检测电路输出的关系的图。
图27是表示实施例一的各种锅放射率与反射率的关系的图。
图28是实施例一的感应加热烹饪的流程图。
图29是实施例一的反射率检测的流程图。
图30是实施例一的锅温度检测的流程图。
图31是实施例二的锅温度检测装置的俯视及剖视图。
图32是实施例三的红外线检测电路的详细。
图33是实施例三的锅温度检测装置的俯视及剖视图。
图34是实施例三的锅温度检测装置的俯视及剖视图。
图中:1—感应加热烹饪器的主体,2—顶板,3—操作部,4—表示放置烹饪锅的位置的圆显示,5—红外线透过窗,6—烤架库,6a—上烤架加热器,6b—下烤架加热器,6c—网棚,7—烹饪锅,8—加热线圈,8a—第一线圈,8b—第二线圈,8c—线圈间隙,8d—架桥线,9—变换电路,10—线圈基体,11—铁素体,14a—内空洞,14b—外空洞壁,15—线圈冷却风道,15a—线圈上表面冷却风道,15b—线圈下表面冷却风送出孔,15c—线圈上表面冷却风送出孔,16—密封材料,18—锅温度检测装置,19—传感器视野筒,20—热敏电阻,21a—低电压端子,21b—高电压端子,25—锅温度检测用热电堆,26—温度变化补偿用遮光热电堆,27—反射式光断续器,28—电子电路板,29—红外线传感器壳体,30—壳体窗,31—结晶化玻璃光学过滤器,32—金属壳体,33—外侧红外线传感器基体,35—金属,36—金属,38—硅基体材料,39—硅氧化膜,40—多晶硅蒸镀膜,41—铝蒸镀膜,42—测温接点部,43—红外线吸收膜,44—冷接点部,45—NTC热敏电阻,46—金属销,47—窗,48—玻璃凸透镜,50—红外线LED,51—红外线光断续器,60—微型电脑,61—频率控制电路,62—电力控制电路,63—整流电路,64—电源开关,68—烤架加热器控制电路,69—操作开关,70—显示电路,71—蜂鸣器,72—红外线检测电路,72-1、72-2、72-4、73-3—OP放大器,73—反射率检测电路,73-1—晶体管,73-4—充放电电路,75—塑料部件,76—锅温度检测用热电堆,77—遮光隔壁,78—遮光筒。
具体实施方式
根据附图说明本发明的实施例。
(实施例一)
图1是实施例一的感应加热烹饪器的主体1的立体图,图2是在将烹饪锅7载置在图1中以单点划线AA'表示的部分时的概略纵剖视图。在以下,以具有左右两口能进行感应加热的锅放置场所、一口能利用烹饪加热器、卤素加热器等加热器(加热源)的放射热进行加热的锅放置场所、烤鱼烤架的感应加热烹饪器为例进行说明,但本发明的适用对象并不限于此,例如可以是设置三口放置能感应加热的锅放置场所的感应加热烹饪器。另外,烹饪锅7可以是适于感应加热的磁性体的铁锅,也可以是非磁性体的铝锅、铜锅。
如图1及图2所示,在主体1的上表面安装有由结晶化玻璃等非磁性体形成的顶板2。另外,在顶板2的跟前安装有配置有指示各口及烤架的加热开始或加热程序的开关、显示各口的加热状态(温度等)的显示器的操作显示部3。在以下的符号中,最终文字R、L分别表示右侧、左侧的加热口下的结构部件,没有该文字表示右、左为共同的结构部件。
在顶板2的上表面为了与配置在其下的加热线圈8或烹饪加热器的最外半径大致一致的半径的圆4表示能进行加热的锅放置场所而进行印刷。另外,由于顶板2相对于普通可见光透明,因此在上表面实施在玻璃胶中混入了耐热涂料的耐热耐久性的装饰印刷,在下表面实施耐热面涂饰,不会看见设备内部。在距两口能进行感应加热的锅放置场所的圆4的中央大约50mm的位置设有为了进行后述的锅温度检测而未进行印刷、涂饰的红外线透过窗5。该红外线透过窗5为了使红外光透过,可以在下表面安装只在该部分相对于红外光透明的可见光截断部件(耐热过滤器或玻璃)。
在顶板2的上表面的各口(圆4)对烹饪锅7进行加热烹饪。如图2所示,当向加热线圈8供给来自变换电路9(高频电流供给单元)的高频电流时,被分割为外周侧的第一线圈8a与内周侧的第二线圈8b的加热线圈8产生高频磁场10(图中以虚线表示),该高频磁场与锅7交链,产生涡电流,利用其焦耳热对烹饪锅7自身进行感应加热而发热。因此,烹饪锅7内的烹饪物通过烹饪锅7自身的发热进行加热烹饪。此时,位于烹饪锅7下的顶板2也由于来自发热的烹饪锅7的导热或放射热而成为高温。
在顶板右侧的右加热线圈8R下配置有变换电路9,在左侧、左加热线圈8L下配置有烤架库6。在该烤架库6内沿上下配置有管加热器6a、6b,是能装入鱼等烧烤物的结构。
图3详细表示右侧加热线圈8R周围的截面。如图3所示,在第一线圈8a与第二线圈8b间具备线圈间隙8c并被分割的加热线圈8同心圆状(蜗旋状)地卷绕在由耐热塑料构成的线圈基体10内而配置在顶板2的下表面。在加热线圈8的下侧,コ字状的铁素体11以凸部为上放射状地配置在线圈基体部件内部。该铁素体11为了有效地将加热线圈8产生的磁通导向顶板2上的作为烹饪容器的烹饪锅7而配置。另外,防止磁通漏曳到线圈基体10下部。这是因为铁素体11透磁率高,磁通几乎全部在铁素体11内通过。
在线圈基体10下设置有用于冷却加热线圈8的线圈冷却风道15。线圈冷却风道15分为两个,一个是连接在第一线圈8a的内周侧,冷却第二线圈8b及第一线圈8a上表面的线圈上表面冷却风道15a,另一个是冷却第一线圈8a的下表面的线圈下表面冷却风道15b。在位于线圈基体10的中心部分下的线圈冷却风道15a的上表面开有圆形的线圈上表面冷却风送出孔15c。
线圈基体10的中心部为圆筒状的内空洞14a,为连接于在第一线圈8a的内周侧内置铁素体11的放射梁上的圆筒状的外空洞壁14b。在该外空洞壁14b的下部连接有线圈冷却风道15a的线圈上表面冷却风送出孔15c。在线圈上表面冷却风送出孔15c的周围设有玻璃棉等密封材料16并连接在上述外空洞壁14b上。
在朝向右侧加热线圈8R的冷却风道15下两层重叠地设有内置变换电路9等电路板的电路冷却风道17a、17b,分别内置左右的加热线圈8L、8R的变换电路等。这些冷却风道固定在主体1上。
线圈基体10利用弹簧13被固定在线圈下表面冷却风道15b或电路冷却风道17a上的三个线圈基体支承件12按压,按压在顶板2的下表面。
在线圈冷却风送出孔15c下的线圈上表面冷却风道15a中配置有锅温度检测装置18。锅温度检测装置18利用透过顶板2的红外线透过窗5的红外线检测被感应加热的烹饪锅6的底面温度。
在加热烹饪中,从内置在主体1中的风扇(未图示)向线圈上表面冷却风道15a、线圈下表面冷却风道15b、电路冷却风道17a、17b导入外部空气。但是,由于变换电路功率元件的发热、铁素体的发热、加热线圈自身的发热而使该冷却风变暖,因此锅温度检测装置18的周围温度随着时间推移而上升。当烹饪结束时,周围温度随着时间推移而下降。在线圈上表面冷却风道15a内流过的冷却风一边冷却锅温度检测装置18一边从线圈上表面冷却风送出孔15c在圆筒状的外空洞壁14b内的线圈间隙8c及内空洞14a内上升,从线圈间隙8c及内空洞14a上部被顶板2遮挡而在顶板2与加热线圈8之间流向线圈径向外侧,从而冷却加热线圈8的上表面及顶板2下表面。在线圈下表面冷却风道15b的位于线圈8a的下表面的部分开有多个小孔,在线圈下表面冷却风道15b内流过的冷却风从此处向线圈8a的下表面喷流,从而冷却线圈8a下表面。
图4详细表示左侧加热线圈8L周围的截面。加热线圈、线圈基体、冷却风道、线圈基体支撑结构与图3相同。在烤架库6内部配置有上管加热器6a、下管加热器6b,在之间固定有网板6c,在此放置烹饪物(鱼等)并进行烧烤烹饪。当在烤架库6内进行烧烤烹饪时,烤架库6的上表面、加热线圈8L的线圈上表面冷却风道15a下表面为高温状态。该温度加热锅温度检测装置18的下表面。
图5表示除了顶板2的图3的上表面图的详细结构。是加热线圈8、线圈基体10、线圈冷却风道15a的详细结构图。表示加热线圈8及内空洞14a与锅温度检测装置18在水平面的位置关系。
加热线圈8以利用特氟纶(注册商标)等绝缘覆膜的编织线同心圆状地在同一方向上卷绕,被分割为外周侧的第一线圈8a与内周侧的第二线圈8b。其间隙8c为宽度大约15mm的同心带状,第一线圈8a的线卷终端在间隙8c间架桥并成为第二线圈8b的线卷始端,利用第一线圈8a、架桥线8d与第二线圈8b构成加热线圈8。在线圈基体10上,在第一线圈8a的内周侧设有圆筒状的外空洞壁14b,其内侧为线圈间隙部8c。另外,在第二线圈8b的内周侧设有内空洞14a。另外,在线圈间隙部8c的一部分、放射状地配置的两个铁素体11间设有椭圆筒状的传感器视野筒19(在线圈径向的短径约12mm,在线圈圆周方向的长径为25mm),在该传感器视野筒19下设置有锅温度检测装置18。
在实施例的卷绕为同心圆状的加热线圈8中,线卷宽度中央附近的感应磁场最强,在对锅进行感应加热的场合,该线卷宽度中央部分的温度最高。将加热线圈8分为两个是为了在分割间隙下设置锅温度检测装置18,且检测该高温部分的锅温度。
在传感器视野筒19的上部横向以与顶板2的红外线透过窗5的下表面接触的方式设置热敏电阻20。
来自被感应加热的锅底面的红外线透过顶板2的红外线透过窗5,从传感器视野筒19入射到之后详细地说明的内置在锅温度检测装置18的热电堆(热电偶)25。
图6表示从背面观察图5(上述加热线圈8)的图。在线圈基体10上设有两个线圈端子21a、21b,在低电压端子21a上连接第一线圈8a的线卷始端,在高电压端子21b上连接第二线圈的线卷终端。利用螺钉将变换电路9的输出线22a、22b固定在该端子上。在铜或铝等非磁性体的锅中,输出4~5KV的高电压的高电压输出线22b连接在高电压端子21b上。
如在图5、图6中说明的那样,锅温度检测装置18以避开架桥线8b的附近且其壳体窗30位于传感器视野筒19下的方式设置,该传感器视野筒19设置在线圈间隙部8c,并且位于离开连接有高电压输出线22b的高电压端子21b的位置。避开架桥线8d的附近设置是为了防止此处的磁场紊乱且磁场进一步漏曳到下部,从而加热用于后述的传感器壳体的电磁屏蔽件的金属壳体32.
在图5、图6中说明的结构在左右加热线圈中相同。为了区分左右而以R、L表示符号最终文字。例如,8R表示右侧加热线圈,8L表示左侧加热线圈。为在左侧的冷却风道流过右侧冷却风的一部分的结构。但是,当然也可以在左侧设置独立的吸气风扇而分离流过左右的冷却风道的空气。
图7表示锅温度检测装置18的详细。
图7(a)表示锅温度检测装置18的俯视图。锅温度检测装置18以入射有从烹饪容器底放射的红外线的锅放射红外线检测用红外线传感器(热电堆25)、由于被遮光而使从烹饪容器底放射的红外线无法入射的温度变化补偿用红外线传感器(热电堆26)、反射式光断续器27为中心而构成。热电堆25、26与反射式光断续器27配置在安装有对热电堆的输出信号进行增幅的红外线检测电路72与反射率检测电路73的电子电路板28上,该锅放射红外线检测用热电堆25、温度变化补偿用热电堆26、反射式光断续器27及电子电路板28将整体密封在塑料部件的红外线传感器壳体29(以单点划线表示)内。在该红外线传感器壳体29上为了使红外线透过而开有壳体窗30,在该壳体窗30上嵌入结晶化玻璃光学过滤器31,该结晶化玻璃光学过滤器31通过将具有与构成顶板2的结晶化玻璃大致相同的光学性能(但是如在图20中细线表示那样,1μm以上的长波长侧的光学特性大致相同,但在短波长侧,与顶板相比,透过率小的区域为400mm左右,该部分的可见光被遮挡,因此看上去为红黑)的结晶化玻璃切割为薄正方形而成。
并且,在结晶化玻璃光学过滤器31下,将热电堆25、26与反射式光断续器27安装在电子电路板28上。该红外线传感器壳体29以铝等透磁率大致为1的金属壳体32(以双点划线表示)覆盖周围。当然,上述壳体窗30处开口。并且,铝金属壳体32利用塑料部件的外侧红外线传感器壳体33覆盖周围。当然,上述壳体窗30处开口。即,热电堆25、26为由三重壳体覆盖的形状。
将热电堆25与热电堆26内置在相同壳体内是为了尽量使这两个元件的周围温度条件一致。并且,热电堆25与反射式光断续器27以朝向传感器视野筒19内的方式设置在基板28上。
这样构成的锅温度检测装置18以其壳体窗30朝向线圈基体10的传感器视野筒19内的方式设置在线圈上表面冷却风道15a内。
图7(b)表示沿图7(a)中的A-A'线的剖视图。这是表示安装在设置在红外线传感器壳体29内的电子电路板28上的热电堆25、26及反射式光断续器27、红外线传感器壳体29的壳体窗30、结晶化玻璃光学过滤器31的位置关系的剖视图。
图8表示反射式光断续器27的详细结构。反射式光断续器27是将作为红外线发光元件的红外线LED50与作为红外线受光元件的红外线光电晶体管51排列在相同塑料部件上并模制的部件。在红外线LED的发光面上由塑料构成透镜并以较细的间距向上方照射930nm附近的红外光。在红外线光电晶体管51的受光面上由阻止可见光的塑料构成透镜,以狭窄的视野角接受由上述照射红外光的物体(锅底面)反射的反射红外光,输出与该受光量成比例的电流。该反射式光断续器27由红外线发光元件与受光元件对构成,计测放置在顶板2上的烹饪锅7底面的反射率。
将反射式光断续器27前面的发光、受光部配置在结晶化玻璃光学过滤器31的下面正下方。这是为了由正上方的结晶化玻璃光学过滤器31反射红外线发光,从而防止受光。
红外线LED50的红外线发光85%以上透过结晶化玻璃光学过滤器31,剩下的15%被反射(参照后述图20所示的结晶化玻璃光学过滤器31的光学特性),由紧邻的红外线光断续器51受光。当反射式光断续器27的顶部(发光、受光面)与红外线发光在结晶化玻璃光学过滤器31之间具有数mm的间隙时,受到上述反射光,对作为本来目的的由位于顶板2上的锅底面反射的反射光的受光带来影响。因此,在本实施例中,如图所示使结晶化玻璃光学过滤器31与反射式光断续器27(红外线LED50及红外线光断续器51)的发光、受光面的距离接近到500μm以内左右,发光红外线的由结晶化玻璃光学过滤器31反射的反射光不会由红外线光电晶体管51受光。理想的是期望使结晶化玻璃光学过滤器31下表面与反射光断续器27的上表面接触。
图9表示锅放射红外线检测用热电堆25的详细结构。
图9(a)表示热电堆25的立体图。图9(b)是在以图9(a)中B-B'所示的线的热电堆25的剖视图,图9(c)是在以图9(b)中C-C'表示的线的截面的俯视图。另外,为了看得见热电偶,省略红外线吸收膜而表示。
热电堆25通过纵列连接(堆存)多个热电偶(热电偶)而成,在由镀镍钢板等金属桶35与金属挡件36构成的金属壳体37内内置热电堆25。为了电及热绝缘而在大约300μm厚的硅基体材料38表面形成硅氧化膜39,在硅氧化膜39上按照顺序对多晶硅、铝进行图案蒸镀,以多晶硅蒸镀膜40、铝蒸镀膜41制成多个热电偶,并对其进行纵列连接。在具有多晶硅、铝接合点(测温接点)的硅基体材料38的中央部形成作为保护膜的近似于黑体的氧化铷膜或聚酰胺膜等红外线吸收膜43。多晶硅及铝蒸镀膜的一端是冷接点部44,其配置在硅基体材料38的周围。除了周围(冷接点部)将硅基体材料38的背面蚀刻到290μm,将具有测温接点部分的硅基体材料的厚度形成为10μm。这是为了通过使热导电良好的硅薄,减少测温接点部42与冷接点部44的热传导并对测温接点部与冷接点部进行热绝缘。
利用粘结剂等将该硅基体材料38固定在金属壳体37的金属挡件36上。同时,在金属挡件36上同样地配置在陶瓷上膜成形的NTC热敏电阻45。这是为了检测位于金属壳体37内的热电偶的环境温度,修正热电偶的热电动势。详细情况将于后述。在金属挡件36上贯通配置有被绝缘密封的四个金属销46,在该金属销46上丝连接有上述热电偶的输出与NTC热敏电阻45。在金属挡件36上,筒状的金属桶35处于氮等惰性气体中并被熔敷。在该金属桶35的上表面开有小孔的窗47,在这里从内侧安装有玻璃凸透镜48。以上述测温接点部42(位于红外线吸收膜43下)位于该小孔的垂直下方的方式固定硅基体材料38。该玻璃凸透镜48以红外线透过窗5的视野范围成像在红外线吸收膜43上的方式设计。这是为了缩小热电堆25的视野特性,提高聚光效率。另外,在一般的硅玻璃板中,相对于光学特性是15μm短通特性(图20的单点划线),本实施例的玻璃凸透镜48以具有光学特性5μm短通特性(图20的虚线)的玻璃制成。这是为了除去测定对象物以外(例如顶板2或传感器视野筒19等)放射的5μm以上的红外线干扰。
由通过该小孔的窗46并利用玻璃透镜48聚光的红外线加热热电堆25内的热电偶测温接点部42(位于红外线吸收膜43下),该加热温度上升与通过的红外线能量成比例,与热电偶的冷接点部44和测温接点部42的温度差成比例的电压输出到热电偶输出的金属销46。
如上所述,热电堆25的金属壳体37在热方面与热电偶的冷接点相同,该温度变动原样成为热电堆25的输出变动。
图10表示作为温度补偿元件使用的温度变化补偿用热电堆26的详细结构。图中与图9相同的符号表示同一部件。
温度补偿元件的热电堆26没有金属壳体37上表面的窗46、玻璃凸透镜48及NTC热敏电阻45,其他与热电堆25是相同结构。红外线吸收膜43的上表面由金属壳体37遮光,以红外线不会入射到红外线吸收膜43的方式内置在由金属桶35与金属挡件36构成的金属壳体37内。上述的相同结构是指热电偶(包括对数、样式)、硅基体材料38、硅氧化膜39、金属壳体37、金属挡件36的组成、形状、尺寸及封入惰性气体是相同的。即,周围温度向冷接点部44、测温接点部42的导热特性与从冷接点部44向测温接点部42的导热特性构成为相同。
图11表示本实施例的感应加热烹饪器的控制方框图。微型电脑60控制感应加热烹饪器的动作。以下记号R表示与位于图1的跟前右侧的感应加热口相关的方框,记号L表示与位于图1的跟前左侧的感应加热口相关的方框。两个变换电路9R及9L向加热线圈8R及8L供给高频电流。调整该变换电路9R、9L的动作频率及向线圈的供给电力的部件是频率控制电路61R、61L、及电力控制电路62R、62L。使动作频率变化是由于在高频电流的频率中,感应加热效率根据锅的金属种类而变化。一般地,铁为20KHz,在比铁电阻率低的铜、铝中使用70KHz以上的频率。该频率切换根据未图示的锅种类判别单元的判断,通过微型电脑60控制频率控制电路来进行。
从整流电路向各变换电路9R、9L供给直流电压。在该整流电路63上通过电源开关64连接有三端子200V的商用电源65。商用电源的接地端子以接地线连接在主体1的金属部上。在烹饪加热器66上通过烹饪加热器电路67连接商用电源65,控制烹饪加热器电路67供给到烹饪加热器66的电力。并且,在上下烤架加热器6a、6b上通过烤架加热器电路68连接三端子200V的商用电源65。控制烤架加热器电路68供给到烤架加热器6a、6b的电力。
在微型电脑60上连接有显示操作部的操作开关69、显示电路70,接受用户的操作指示,并进行设备的动作状态显示。另外,连接蜂鸣器71而报告用户按压了操作按钮或错误等警告等。微型电脑60根据用户的指示控制频率控制电路61R、61L与电力控制电路62R、62L以及烹饪加热器电路67、烤架加热器电路68,加热顶板2上的烹饪锅7或烤架库6内。
热电堆25、26使连接在红外线检测电路72上的热电堆25的输出增幅,并输入微型电脑60的AD端子。光断续器27连接在反射率检测电路73上,利用微型电脑60的口输出控制发光元件的发光,由烹饪锅6反射的红外光由受光元件接受,其输出信号增幅且输入到微型电脑60的AD端子。红外线检测电路72及反射率检测电路73的动作的详细将于后述。另外,热敏电阻20R连接在热敏电阻温度检测电路74R上,其输出输入到微型电脑60的AD端子。同样地,热敏电阻20L也连接在热敏电阻温度检测电路74L上,其输出也输入到微型电脑60的AD端子上。这些部件检测顶板2的温度。
另外,微型电脑60根据反射率检测电路73的输出得到烹饪锅的红外线反射率,利用反射率进行修正并检测烹饪锅的温度。该处理也由微型电脑60的软件进行。(反射率修正单元的动作)并且,利用预先制成的温度变换目录(红外线检测电路72的输出电压与锅温度的关系)变换为锅温度。
并且,微型电脑60根据该锅温度并通过电力控制电路62控制烹饪锅7的加热。该处理法的详细将于后述。
图12表示现有的红外线检测电路72的详细结构。热电堆25的热电偶输出(热电动势)(图中(+)、(-)记号间的电压)以操作放大器(以下简称为OP放大器)72-1增幅为大约3000倍,从输出端子72-2输出,并输入微型电脑60的AD端子。OP放大器72-1的增幅率G由电阻R1与电阻R2决定(增幅率G=(R2/R1+1))。
热电堆25内的NTC热敏电阻45在与电阻R8串联连接的状态下连接在利用电阻R5、R6、R7对电路电源电压Vcc(=5V)进行分压的电压源(电阻R6的两端)上。与该电阻R8的连接点(图中以a表示)连接在由OP放大器72-3构成的缓冲放大器(电压随动件)的输入上,连接点a的电压原样表现为OP放大器72-3的输出。该图中以b表示的点的电压(OP放大器72-3的输出)作为OP放大器72-1的偏压Vbias施加在电阻R1与热电偶输出端子(-)的连接点上。由OP放大器72-3构成的缓冲放大器的输出阻抗大致是零,作为理想的电压源,将作为OP放大器72-3的输出的偏压Vbias(与连接点a的电压相同)赋予OP放大器72-1。OP放大器72-1将该Vbias的值作为动作基准电压(热电堆25的输出电压为零时的值),将使热电堆25的热电偶输出(图中(+)、(-)记号间的直流电压)为G=(R2/R1+1)倍的值加到Vbias值上并输出。该Vbias值以NTC热敏电阻45在温度25℃下的阻值设计为0.5V,从该零电压偏离0.5V的偏压Vbias值用于红外线检测电路72的故障检测。如果OP放大器72-1有故障、或输出端子72-2敞开、或输出端子72-2与电源VCC或电路接地短路,则微型电脑60的读取电压0.5V不同。
在图12所示的电路图中,使R6两端短路而使NTC热敏电阻45的温度阻值变化不会对Vbias带来影响,使用将OP放大器72-1的增幅率G设定为2700的电子电路板,在图8的锅温度检测装置18上安装图12所示的现有的红外线检测电路72并一边在恒温槽改变槽内温度,一边测定OP放大器72-1的输出。图13表示槽内温度从25℃到60℃的结果的一个例子。这是使热电堆25的热电偶输出(图中(+)、(-)记号间的电压)为2700倍并进行测定的例子。在此,来自恒温槽上壁面的放射红外线入射到热电堆25,但恒温槽壁面是不锈钢制(放射率0.3以下)且低温(60℃以下),如后所述(参照图21、图26),该放射红外线能量在锅底(100℃)温度的10%以下时可以忽略。另外,由于在各温度点的观测经过充分时间后进行,因此测温热点42(以红外线能量加热的点)与冷接点44没有温度差,是热电偶的电动势为零的状态。即,该测定是在没有入射红外线的状态下测定热电堆25的温度特性的测定。另外,OP放大器72-1自身的输入偏压是0.1μV,该温度系数是0.05nV/℃,在上述观测中,OP放大器自身的输入偏压在一定时可以忽略。
从图13可以看出,没有红外线入射的热电堆25的输出具有负的温度特性。温度系数对五个热电堆大致相同,输入换算值(使图的值为1/2700的值)是0.22nV/℃。即使用于该温度系数的锅的温度(放射的能量)是一定的,当热电堆25的周围温度上升时,热电堆的输出也减少,无法正确地检测锅温度。
该负的温度特性基于构成热电堆的铝-多晶硅热电偶的多晶硅线阻值的温度特性。众所周知,金属线具有正的电阻温度特性。当温度上升时,阻值上升,在OP放大器的输入电流(PA)中电压下降。该电压下降的变动量为上述输出的负的温度特性。
NTC热敏电阻45是具有负的温度特性的电阻元件,在温度上升时,阻值下降。因此,当热电堆25内的温度上升时,上述连接点a(热敏电阻45与电阻R8的连接点)的电压上升。如果将该上升系数设计为上述0.22nV/℃,则能够消除热电堆输出减少。即,利用连接点a的电压即OP放大器72-1的偏压Vbisa值的上升补偿热电堆25输出的减少。即,NTC热敏电阻45用于防止热电堆25的输出即由测定对象的放射红外线能量产生的输出由于周围温度而变化。即,即使热电堆25的周围温度变化,也进行在正常状态(周围温度一定,冷接点与测温接点的温度为相同的状态)下只要测定对象的温度即入射的红外线能量不变化,则不会引起输出变化之类的温度补偿。图13中以虚线表示热电堆E-0的温度补偿后的输出。即使周围(热电堆)温度变化,也为正常状态,输出为一定。
图14表示在利用该热敏电阻45的在正常状态(周围温度为一定,测温度接点与冷接点为相同温度的状态)下进行温度补偿的图12的现有电路中,在红外线未入射到热电堆25的状态下,在电源接通后,使周围温度随着时间推移从25℃逐渐增加到40℃的场合的传感器输出变动。周围温度逐渐上升是由于在感应加热烹饪器中随着锅的加热,变换电路功率元件的发热、铁素体的发热、加热线圈自身的发热而使向内置有红外线检测电路72的锅温度检测装置18的冷却风变暖。另外,在利用烤架库6加热的状态下,如上所述,锅温度检测装置18的底面较大地变暖。是以恒温槽模拟该逐渐变暖的状态的结果。
从图14可以看出,接通电源不久之后,传感器输出过冲,直到稳定为设计的偏压(Vbias电压值)0.5V大约需要两分钟。在图12的电路中,不具有这种时间常数。另外,在周围温度变化时,传感器输出较大地倒退(大约减少50mV输出),到达40℃经过充分的时间后,成为设计的偏压Vbias=0.5V。即,在周围温度为25℃与40℃时,是相同的输出电压,进行上述的利用热敏电阻45的在正常状态下的温度补偿。但是,在电源接通之后不久及温度变化的过渡的状态下,传感器输出较大地变化。在利用感应加热烹饪器进行烹饪的场合,如上所说明,锅温度检测装置18的周围温度时刻变化。当在该状态下检测锅温度时,在从上述的红外线传感器的输出电压换算为锅温度的过程中,该变动量为锅温度检测误差。之后详细叙述。
上述输出变动的原因以传感器元件的结构(参照图9)为起因。首先,说明电源接通时的变动原因。热电堆25的热电偶在10μm厚度的硅氧化膜上进行图案形成。当对该图案施加电压时,对位于图案间的硅氧化膜的电容器进行充电。例如,当根据硅氧化膜的厚度10μm、电阻率、介电常数计算该电容器容量与并联阻值时,为10PF与1000MΩ左右,该时间常数为两分钟,与从实验结果的电源接通到达稳定值0.5V的时间大致一致。
在温度变化时的输出变动以从冷接点部44到测温接点部42的热传递滞后进行说明。冷接点部44位于体硅上,测温接点部42位于10μm的硅膜、10μm氧化硅膜上。因此,冷接点部44在比较短的时间内与金属挡件36或金属桶35周围温度相同,但测温接点部42由于热传递滞后,因此长时间滞后才成为金属桶35周围温度。以往,如果没有入射红外线,并将冷接点部44的温度设为T1,将测温接点部42的温度设为T2,则T2以与温度差(T1-T2)成比例的热传递系数滞后于T1而使温度上升,长时间后为同一温度T1=T2。在用于实验的热电堆中,如图14所示,滞后数十分钟才为同一温度。在周围温度这样变化的过渡的状态下,冷接点部44与测温接点部42的温度不同,在热电偶的两端即热电堆25端子上产生电压。该电压利用增幅电路增幅,并输出到红外线检测电路72的输出端子72-2。在周围温度上升过程中,T1比较早地成为周围温度,T2如上述那样滞后而成为周围温度,因此在上升途中,为T1>T2而输出负的电压。相反地,如果周围温度下降的过程中,则T2的温度下降滞后,为T2>T1,产生正电压(热电堆25相对于(-)端子向(+)端子输出与(T2-T1)成比例的电压。
在这种状态下,在检测顶板2上的锅温度的场合,上述电压变动为来自锅的放射红外线检测的误差,使锅温度检测精度恶化。
图15表示本实施例的红外线检测电路。与图11相同的符号表示相同部件。利用R9、R10使OP放大器72-4成为增幅率G=(R10/R9+1)的正转增幅电路,在该输入上连接被遮光的热电堆26的热电偶输出(图中以(+)、(-)表示)。将热电堆的负输出(以(-)表示)连接在OP放大器72-4的正转输入上,将正输出(以(+)表示)连接在R10上。其结果,利用增幅率G=(R10/R9+1)的OP放大器72-4对与热电堆25相反相位的热电偶输出进行增幅,该输出电压作为偏压Vbias施加在OP放大器72-1的以图中b表示的偏压点。
如果热电堆25、26是相同结构,则相对于红外线输入或周围温度或温度变化为相同相位、相同输出。热电堆25的输出以增幅率G=(R2/R2+1)的OP放大器72-1进行正相增幅,热电堆26的输出在与热电堆25相反相位以增幅率G=(R10/R9+1)的OP放大器72-4进行增幅,使OP放大器72-1的(图中以b表示)偏压点电压变动。该变动原样成为OP放大器72-1的输出变动。以往,如果红外线未入射到热电堆25,各OP放大器的增幅率G相同(R2/R1+1=R10/R9+1),则由输出端子72-2的温度变化引起的变动输出由增幅信号相同且作为相反相位的OP放大器72-4输出的偏压Vbias的变动输出抵消。图16示意地表示该情况。
图16表示电源接通后,使周围温度从25℃变化为40℃的场合的红外线检测电路72各部的电压。另外,是没有向热电堆25入射红外线的状态。如图中(a)双点划线所示,在没有利用热敏电阻45的正常时的温度补偿的场合,OP放大器72-1的输出与25℃相比,在40℃下降。为了防止这种情况,使用热敏电阻45的负电阻温度特性如(b)单点划线那样与温度上升一起提高图11a点的电压(偏压Vbias)。其结果,如(c)实线那样,在图11的现有的红外线检测电路中,进行正常时的温度补偿(25℃的输出与40℃的输出相同),但温度变化时也如上述那样产生倒退。在本申请图15的b点表示的偏压(Vbias)如(d)虚线所示,为在以(b)表示的电压上加上以(c)表示的电压的反转(相反相位)的电压,利用该偏压Vbias抵消以(a)表示的实线(没有正常时及过渡时的温度变化补充)的电压,如结果(e)粗实线所示,即使正常时、温度变化的过渡时也为一定的电压。即,红外线检测电路72的端子72-2的输出相对于正常及过渡的温度变动进行补偿。
这样在现有电路中输出的如图14所示的温度变化时的倒退由相同且相反相位信号的偏压电压Vbias抵消,在输出端子72-2中,不会存在倒退及在稳定时的不一致。
另外,如上所说明的那样,将在本申请图15中以a点表示的电压作为温度补偿用热电堆26的增幅器即OP放大器72-4的偏压而将由在现有电路(图12)中进行的热敏电阻45进行的稳定时的温度补偿施加到热电堆26的(-)端子与电阻R9的连接点。通过这样,也能进行稳定时的温度补偿。另外,在专利文献中,未言及难以同时进行稳定时与过渡时的温度补偿。
在电源接通时也与上述说明相同,接通时的输出变动通过对以b表示的偏压Vbias给予相反相位且相同的输出变动而抵消,不会向输出端子72-2输出变动。在此,由于对热电堆26进行遮光,因此不会产生由红外线受光引起的输出,由电源接通或过渡的温度变动引起的输出变动与热电堆25相同。另一方面,热电堆25也输出与入射红外线成比例的电压。结果,红外线检测电路72不会产生由电源接通或过渡的温度变动引起的输出变动,从端子72-2输出只与热电堆25的受光红外线量成比例的输出信号。
图17与图12的现有电路的输出比较地表示图15的本实施例的电路的输出。电源接通时的变动降低为1/4,能够几乎消除温度变化时的倒退。残留的一些变动由热电堆25、26的灵敏度及热传递特性的波动、在各元件的温度环境变化的偏差引起。热传递特性的偏差由热电偶上作为凸透镜的热电堆25与遮光金属桶即热电堆26的不同、或各元件的配置位置关系例如距基板28的高度、相互的距离产生。由该偏差引起的稍微的变动能够通过微调OP放大器72-4的增幅率G而订正。当然,红外线检测灵敏度的波动调整OP放大器72-1的增幅率。在本申请中,能够独立地调整红外线检测灵敏度的波动与热传递特性的波动、在各元件的温度环境变化的偏差。在上述专利文献1的现有技术中,难以独立地进行红外线检测用热电堆25与温度补偿用热电堆26的波动修正。
图18表示反射率检测电路73的详细结构。作为光断续器27的发光元件的红外线LED50由晶体管73-1驱动。该驱动由从微型电脑60的输出口输入驱动信号端子73-2的信号控制。当将能率50%的矩形波信号输入驱动信号端子73-2时,红外线LED50在信号为5V时发光,在0V时灭灯。该发光强度与流经红外线LED50的电流成比例,该电流由电阻R11的值决定。在本实施例中,固定电阻值而使发光强度一定。该红外发光由顶板2及烹饪锅7的底面反射,当由作为受光元件的光断续器51受光时,利用光电流在电阻R12上产生电压。如果反射变大(受光量多),则电压成比例地增大。该信号电压由电容器C1截断直流部分,作为交流信号,输入由OP放大器73-3构成的正转直流增幅器。在此,只对交流信号的正侧成分进行增幅。该增幅的能率50%的信号在充放电电路(由R13与C2构成)73-4变换为直流的平均值电压,并从输出端子73-8输出。该输出输入微型电脑60的AD端子。
这样,反射率检测电路73将发光强度一定的被载流子变频的红外光放射到锅底面,接受由锅反射的红外光,通过作为反射电压得到其平均值电压,检测相当于反射率的值。在未放置烹饪锅7的场合,是只利用顶板2的反射,这表示一定的值。从一定值的增加量是来自锅的反射量,该量相当于锅的反射率。
对红外光进行载流子变频,在受光路径截断直流成分是为了防止自然光或白炽电灯、荧光灯等照明设备所包括的一定的红外光对锅的反射率检测带来影响。(可见光由受光元件的光学过滤器截断。)另外,也防止光电晶体管51的暗电流的影响。
下面,说明实施例一的锅温度检测动作。
放置在顶板2上的烹饪锅7通过感应加热而发热。利用该加热从锅7底面放射红外线。该全放射能量E与锅温度T的四次方成比例。(E=σT4;斯蒂芬-波尔兹曼法则)图19表示根据普朗克分布原则计算的黑体温度的分光放射能量。如果在全波长区域对该分光放射能量进行积分,则求出全放射能量E,它与温度(绝对温度)的四次方成比例。这是上述斯蒂芬-波尔兹曼法则,该系数σ是斯蒂芬-波尔兹曼系数。分光放射能量的峰值波长根据维恩变化法则,在烹饪温度是100~300℃时,为5μm~8μm。
被感应加热的锅底根据温度释放在黑体温度的全放射能量E上乘以锅底的放射率ε的全放射能量。即,黑体温度的全放射能量E与锅底温度的全放射能量(E'=εσT4)的比是放射率ε。
另一方面,图20以粗线表示作为非磁性体的结晶化玻璃(顶板2)的光学特性。如图20中以粗线表示那样,结晶化玻璃使0.2μm~2.0μm的波长的光透过80%以上,使3μm~4.5μm的光透过30%左右,使比4.5μm长的波长、及比0.2μm短的波长的光几乎不透过。由于该光学特性,从锅放射的红外线放射能量(参照图19)的大部分(波长4μm以上的大部分)无法通过顶板2。能通过的红外线放射能量是从锅放射的全部红外线放射能量的大约1%左右。
图21比较在黑体与热电堆(一般的15μm的短通过滤器的热电堆)之间只有空气的场合与如图3所示那样在黑体与热电堆之间插入顶板2及结晶化玻璃光学过滤器31的场合的入射到热电堆的热电偶面的入射能量与放射红外线的黑体温度的关系而表示。这是在图19的分光放射能量上乘以图20的光学特性(透过率),在全波长区域积分而得到的关系。在只有空气的场合,在全波长区域作为透过率=1而计算。从图可以看出,在本实施例中(感应加热烹饪器),由于顶板2、结晶化玻璃光学过滤器31介于中间,因此与不介于中间的场合(只有空气)相比,在100℃附近大约为两位数,即使300℃附近,也为一位数,入射到热电堆的能量减少。在低温侧,入射能量减少大是因为低温放射分光能量的大部分由顶板除去(过滤环)。因此,需要红外线传感器具有高灵敏度,必须以高增幅率G对传感器输出进行增幅。
作为红外线传感器,众所周知,具有红外线光电二极管、红外线光断续器那样的量子式与热电堆、焦电元件那样的热式。量子式传感器的特征在于,以量子效果检测红外线,因此在狭窄的波长带区域具有高灵敏度,热式在较宽的波长带区域具有低灵敏度。量子式由半导体的种类决定灵敏度波长,能如硅那样便宜地买入,实际使用的灵敏度波长从可见光(0.8μm)至1μm以下,因此检测温度的范围为300℃以上。另外,在低温侧具有检测灵敏度(波长2μm)的红外线光电晶体管为化合物半导体(例如InGaAs等),因此与硅相比,为1~2位数左右,为高价。另一方面,热式与量子式相比,在距可见光20μm以下的宽波长带区域具有均匀的低灵敏度(原理上不具有波长依赖性)。因此,在朝向传感器的红外线受光面的前面设置光学过滤器,缩小检测温度范围波长而防止干扰。
在本实施例中,由于检测温度范围是从140℃到380℃,因此作为红外线传感器,使用作为热式的热电堆。相同的热式焦电元件是微分式传感器,因此需要使红外线入射断续,使用普通机械的断路器。因此,在可靠性方面不适合用于加热烹饪器那样的家电品。在相同的热式热敏电阻元件中,在入射红外线能量与输出(阻值)之间具有非线形性,需要进行修正。并且,为了提高灵敏度必须细线化折回而成为长线,元件的阻值增大。另一方面,热电堆为这种结构,不需要进行修正,并且,利用近年来MEMS等技术,使使用半导体工序的结构的热电偶微小化并堆积多个,从而能够便宜地供给提高了灵敏度的部件。
近年来,作为普遍用于体温计的热电堆的光学过滤器,如上述(图20中单点划线)那样使用透过波长1~15μm的光学过滤器。这是由于根据维恩变换法则,人体的红外线放射能量的峰值波长大约是10μm(体温36℃),使用上述光学过滤器是最合适的。
如上所述,向用于现有的体温计或电子领域的热电堆的入射能量多,热电堆自身的灵敏度几乎没有问题,对热电堆输出进行增幅的增幅电路的增幅率G可以是100倍以下。但是,在具有感应加热烹饪器的本实施例的锅温度检测装置18中,将热电堆(热电偶)作为能够以半导体加工比较容易地制造的多晶硅、铝金属对,使用将它们堆积50个左右的热电堆25,并且,利用玻璃凸透镜的聚光与一般的聚光相比,将灵敏度提高10倍左右。并且,利用增幅电路将其输出增幅到3000倍,能够检测上述微小的入射红外线能量。
在利用热电堆计测物体的温度的场合,将冷接点固定为冰点(0℃)并使测温接点与物体接触而计测。热电堆如在图9中说明的那样,堆积多个热电堆,由利用入射红外线加热的多个测温接点与位于硅基体材料38上的多个冷接点构成。并且,冷接点利用粘结剂固定在金属壳体37的金属36挡件上,因此在热方面,热电堆的金属壳体37(金属筒35与金属挡件36)成为冷接点。并且,该金属壳体37无法如通常的热电堆那样固定为冰点。
如果一个热电堆的热电动势为5μV/℃,脉冲为数50,使直流增幅器的增幅度为2000,当金属壳体37的温度变化1℃时,在直流增幅器的输出中,成为500mV的电压变动。即,需要抑制热电堆25周围的温度变动。
本实施例的锅温度检测装置18为了能检测加热烹饪中的锅底高温部,配置在被分割的加热线圈8产生的高频磁场的磁通密度最强的线圈间隙7c正下方。该位置是放射状地配置在加热线圈8下的棒状铁素体11之间,磁通几乎全部通过铁素体中,因此是磁通泄露少的场所。但是,由于距加热线圈8下表面的距离为20mm左右,因此泄露磁通变大,感应加热位于此处的金属而提高其温度。例如在将3KW的高频电力输入加热线圈并对载置在顶板2上的烹饪容器即锅进行感应加热的场合,在位于该场所的磁性体的钢板中,温度大约上升30℃。非磁性体的铝的温度也上升大约5℃。
在烹饪中,被感应加热的锅底为100~300℃的高温。并且,顶板2及下表面的加热线圈8也由于来自锅底的热传导、热辐射而成为高温。
另外,由于在加热线圈8中流过数十安培的高频电流,因此线圈自身也焦耳发热。为了冷却这些顶板、加热线圈,向线圈冷却风道15a、15b导入外部大气,如上述那样使风吹向加热线圈8而冷却。
另外,在配置有锅温度检测装置18下,向加热线圈供给高频电力的变换电路9配置在冷却风道17a、17b中。该变换电路由切换20~90KHz、数十安培的电流的电路构成。因此,使较大的电磁波进行辐射。
这样,锅温度检测装置18、尤其内置的热电堆25、26暴漏于(1)来自加热线圈8的漏曳磁通、(2)由用于线圈冷却的冷却风引起的温度变化、(3)从变换电路辐射的电磁波干扰中。与这些外部干扰对应地,锅温度检测装置18必须检测加热烹饪中的锅底温度。
内置有热电堆25、26的锅温度检测装置18期望尽量处于一定温度环境中。因此,在本实施例中,在导入外部大气的线圈冷却风道15a内设置锅温度检测装置18并在烹饪中由外部大气冷却热电堆25、26与红外线检测电路72,防止它们的温度上升。另外,为了线圈冷却风道15a内的气流直接与热电堆25、26的金属壳体37及红外线检测电路72的半导体、电阻等抵接而防止产生热起伏,利用作为防风壳体的红外线传感器壳体29覆盖线圈冷却风道。另外,热电堆25、26与红外线检测电路72被红外线壳体29内的空气空气绝热。相对于温度变化稳定地对热电堆25的输出进行直流增幅后,作为较低的输出变换的信号电压输出到后述的微型电脑60的AD端子。
另外,利用铝等透磁率大致为1的金属壳体32覆盖该红外线传感器壳体29,通过遮蔽加热线圈产生的交流磁场,热电堆25的金属壳体37不会被加热线圈8产生的高频交流磁场感应加热而使温度上升。另外,该金属壳体32也为相对于来自配置在锅温度检测装置18的下部的变化电路的脉冲杂音(放射电磁波)的电磁密封件。
该金属壳体32在加热烹饪中利用来自周围环境温度及加热线圈7的漏曳磁通进行感应加热,在铝的场合温度上升5~10℃。在该温度上升稳定前持续地进行烹饪的场合,当快速地导入外部大气而与金属壳体32抵接时,金属壳体32快速地冷却,结果,红外线传感器壳体29内的热电堆25的周围温度急剧下降。相反的场合,例如在冬天早上最早进行烹饪的场合,机体内的金属壳体32在夜里充分地被冷却为5℃左右,在用户在被暖气为20℃的烹饪室中开始烹饪的场合,该暖气导入冷却风道15a,20℃的暖气与5℃的金属壳体31碰撞。在本实施例中,为了防止由这种外部大气引起的金属壳体32的急剧的温度变化,还由塑料的外侧红外线传感器壳体33覆盖该金属壳体32。由此,冷却风不会直接吹向金属壳体32,防止由风引起的温度剧变。
作为与这种环境温度变动对应,如上述图14所示,在电源接通时,在环境温度变化时传感器输出变动。通过进行图15所示的新的温度补偿,能够如上述图17所示那样大幅地减少传感器输出变动。
另外,顶板2从被感应加热的烹饪锅6吸收红外线放射及由接触热传导加热。如图19粗线所示,顶板2使0.2μm~2.9μm的波长的光透过80%以上,使3μm~4.5μm的波长的光透过30%左右,使比4.5μm长的波长、及比0.2μm短的波长的光几乎不透过。
当放射能量入射到物质表面时,其一部分ρ被反射,一部分α被吸收,剩下τ透过。在这些量之间,根据能量保存法则,ρ+α+τ=1成立。在将烹饪锅7放置在顶板2上的状态下,烹饪锅7的红外线放射能量的由顶板2的反射几乎为零,因此可以发现在顶板2中,吸收率α+透过率τ=1成立。根据克希霍夫法则,由于是吸收率α=放射率ε,因此顶板2使来自烹饪锅7的红外线放射能量中,0.2μm~2.9μm的波长透过80%以上,吸收剩下的20%并放射。另外,3μm~4.5μm的波长透过30%左右,吸收剩下的70%并放射。比4.5μm长的波长及比0.2μm短的波长几乎不会透过,吸收全部并放射。由热传导加热的部分也相同。在波长4.5μm以上,热传导加温的红外线能量几乎全部从顶板2表面放射。
因此,在使用热电堆25检测顶板2上的烹饪锅7的温度的场合,顶板2自身的加热放射的红外线成为问题。例如,如果附着在热电堆25上的玻璃凸透镜48的透过波长是1~15μm,则由于顶板2放射的比4.5μm长的波长的红外线,热电堆25的输出受到较大影响,无法正确地检测顶板2上的烹饪锅底的温度。透过顶板2的锅的放射红外线能量是1μm~2.9μm的大约2μm的带区域,相对于此,顶板2自身放射的红外线能量是4.5μm~15μm的大约10μm的带区域,如果是相同温度,则热电堆输出中、由烹饪锅7的温度产生的量的五倍为顶板2的温度。
在本实施例中,为了防止上述情况,在由热电堆25构成的锅温度检测装置18的红外线传感器壳体29上开有用于使红外线透过的壳体窗30,在该壳体窗30上将构成顶板2的结晶化玻璃较薄地切割为正方形的部件作为结晶化玻璃光学过滤器31嵌入。并且,除去入射到热电堆25上的红外线内顶板2放射的部分。顶板放射的波长2.9μm以上的部分通过具有与顶板2相同的透过特性的结晶化玻璃光学过滤器31的光学特性阻止向热电堆25的入射。
可以由顶板以外的材料制造结晶化玻璃光学过滤器31,但制造以图19实线所示那样的表示急剧且特殊的特性的光学过滤器是非常困难的,价格高。
另外,结晶化玻璃光学过滤器31具有从顶板2的红外线透过窗5看不见配置在其下的热电堆25、26及反射式光断续器27等的效果。如上所述(以图19的细线所示)1μm以上的长波长侧的光学特性与顶板2大致相同,但在短波长侧,与顶板相比,透过率小的区域为400nm左右,该部分的可见光被截断,因此看上去为红黑,不会看见配置在下侧的基板上的部件。
另外,作为热电堆25的玻璃凸透镜48,使用具有不使波长5μm以上透过的5μm短通过滤器的玻璃(在图19中以虚线表示)。这是为了不使波长5μm以上的由周围温度加热的结晶化玻璃光学过滤器31自身及红外线传感器壳体29放射的红外线通过。之所以这样是为了,如上所述,由于利用顶板2限制从锅放射的1~2.9μm的红外线能量通过,因此非常微小,不得不增大热电堆25的输出增幅(在实施例中大约为3000倍),因此对在周围温度的5μm以上的红外线放射敏感,需要彻底地防止来自锅底以外的4.5μm以上的红外线入射到热电堆的红外线吸收膜43。
另外,可以利用与顶板2、结晶化玻璃光学过滤器31相同的结晶化玻璃制造该玻璃凸透镜48。如果这样,则基于上述理由,能够进一步遮断由结晶化玻璃光学过滤器31的温度引起的红外线放射,因此是优选的。但是,即使上述光学对策,也不充分,如以下所述那样,来自顶板2的放射红外线成为锅温度检测的误差主要原因。
在烹饪中,热电堆25检测的红外线能量除了来自作为检测对象的(1)烹饪锅的红外线能量外,使来自(2)顶板2的红外线能量、来自(3)传感器视野筒19内壁的红外线能量、来自(4)结晶化玻璃光学过滤器31的红外线能量、来自(5)其他部件的红外线能量重叠,热电堆25产生与这些红外线能量成比例的电压。并且,为了正确地检测锅温度,尤其需要减去由来自(2)顶板的红外线能量引起的电压。
(3)项将热电堆25的视野特性缩小为半功率角10度,内壁的温度利用冷却风在动作中保持为60℃以下,并且由于红外线放射向量与热电堆的受光向量正交,因此入射到热电堆的红外线能量没有问题。(4)项将锅温度检测装置18配置在冷却风道内,因此其温度抑制为40℃以下,入射到热电堆的红外线能量没有问题。(5)项也与(4)项相同。但是,在检测较低的温度(150℃以下,参照图22)的场合,(4)、(5)项也成为问题。与之相关,通过使热电堆26具有与热电堆25相同的受光结构,能够防止。这点在实施例三中详细地进行说明。
图22一并地表示本实施例的、各部的温度与各部放射并入射到热电堆25的红外线吸收膜43上的红外线能量(计算结果)的关系。这是使用图19的分光放射能量与各部件的透过特性(图20所示的)并进行计算的图。只图示各部的温度在烹饪中到达的温度范围。
当使烹饪中的各部件的代表的温度、例如来自300℃的锅(黑体)的入射能量为1时,来自200℃(即使300℃长时间加热中,顶板2(玻璃)的热传递率低且只上升到200℃左右。在短时间内是更低的温度)的顶板的热传递率是1/6,来自80℃的传感器视野筒的热传递率是1/120,来自40℃的结晶化玻璃光学过滤器31的热传递率是1/60。如果锅的放射率例如为0.25,则来自上述锅的入射能量1为1/4,来自其他部件、尤其顶板2的入射能量不明确。即,作为相对于在低温下的锅温度检测的外部干扰,可以忽略。
图23表示在房间为常温25℃的状态下作为锅底将黑体放置在图3的实施例的红外线透过窗5的场合的、黑体温度T与红外线检测电路72的输出端子72-2的输出电压V的关系。黑体是短时间载置未加热顶板的程度的场合,传感器视野筒19、结晶化玻璃光学过滤器31的温度不会上升。即,利用热电堆25只将来自上述(1)项的烹饪锅的入射红外线能量转换为电压,并利用红外线检测电路72进行增幅。
输出电压V从常温到100℃大约是0.5V,当超过100℃时,输出与温度(绝对温度)的乘方成比例的电压。
0.5V是为了利用电阻R5、R6、67对红外线检测电路72的电源电压(5V)分压了的电压(图11图15中的ab点表示)的0.5V作为OP放大器72-1的偏压Vbias给予。从输出端子72-2的输出电压值减去该0.5V的值(从0.5V的电压上升值)与锅底面温度成比例。微型电脑60对红外线检测电路72的输出端子72-2的输出电压V进行AD转换并读取,根据从该电压减去0.5V的值即锅温度检测电压Vt(=V-0.5)进行后处理并得到锅温度。图18的关系预先作为目录数据TBLn存储在微型电脑60的ROM中。这个是从热电偶输出即锅温度检测电路72输出电压求出锅温度的数据目录。
图24表示只加热顶板2时的顶板温度Tt与红外线检测电路72输出端子72-2的输出电压V的关系。但是,以减去上述0.5V的值表示。表示在用热风加热没有放置锅的顶板2的传感器窗5时的顶板温度Tt与红外线检测电路72输出端子72-2的输出电压V的关系。此时,未加热传感器视野筒19、结晶化玻璃光学过滤器31。即,这是将来自顶板2的放射红外线能量转换为电压的值。图24的关系作为目录数据TBLt预先存储在微型电脑60的ROM中。
当如图8所示那样配置内置在锅温度检测装置18的光断续器27,则在顶板2上没有烹饪锅的场合,红外线LED放射的红外光(波长930nm)大部分透过结晶化玻璃光学过滤器31及顶板2并不返回红外线光断续器51。但是,一部分由结晶化玻璃光学过滤器31及顶板2反射。这是由于,结晶化玻璃光学过滤器31及顶板2的透过率是波长930nm,是85%及90%,剩下15%及10%的红外光被反射。尤其由于由结晶化玻璃光学过滤器31反射的部分直接返回紧横着的红外线光断续器51,因此在本实施例中如图8所示,以使光断续器26前面与结晶化玻璃光学过滤器31下表面接触的方式配置,防止该反射光入射到红外线光断续器51中。另外,由于红外线LED的放射角,还具有未到达顶板下表面而位于路径中途的物体(传感器视野筒19内表面)反射的红外光。
因此,反射率检测电路73的输出当在顶板上具有锅时(a)为Vr1,在没有锅时(b)为Vr2。在正味的锅中的反射电压Vr=Vr2-Vr1。
图25表示反射率在将已知的金属板配置在顶板上时从反射率检测电路73的输出得到的上述反射电压Vr与反射率的关系。图中也表示近似线。如果使用该关系,则从反射率检测电路73的输出电压得到反射率。并且,将该关系雨轩存储在预定了目录数据或近似式的系数值的微型电脑60的ROM中。
在烹饪锅那样的金属物质中,在利用法则从温度T的物质表面放射的红外线能量(E=T4)的放射率与表面的反射率之间存在+=1的关系。(透过率=0)在烹饪锅中,由于放射率的不同,是相同的锅底温度,并且所放射的红外线能量不同。因此,产生热电堆输出即锅温度检测装置18的输出不同之类的问题。因此,需要检测烹饪锅底的反射率求出放射率,并且在修正锅温度检测装置18的输出后换算为温度。为了进行这种动作,求出相当于之前说明的反射率的量即反射电压Vr,之后得到的反射率是反射率检测电路73。从1引出该反射率并得到放射率。
图26表示就放置在顶板2上的放射率不同的多种锅而言,从锅温度检测装置18的输出(红外线检测电路72的输出V)减去上述的0.5V的偏压Vbias的值Vt(锅温度检测电压)与锅底面温度T之间的关系的一个例子。图中表示各锅底面的放射率。根据放射率,锅温度检测装置18的输出与锅底温度的关系不同。图26(a)中表示的锅在放射率为0.9时近似于黑体。(b)放射率为了0.57,(c)放射率为0.43,(d)放射率为0.24。当利用放射率计算(b)、(c)、(d)的电压值时,在图中以虚线表示,能够集中在一条曲线上。各输出Vt1与各锅的全放射能量成比例,利用放射率计算它是指如上述那样换算为黑体的全放射能量。并且,如果知道各锅的放射率,则表示能够将各锅的锅温度还原为黑体的放射温度。
图27表示在各锅中使用放射温度计计测的放射率与在图3使用反射率检测电路73得到的反射率的关系。根据锅,与法则有出入,但在放射率与反射率之间具有稳定的关系。偏离法则是由于在反射率的检测中,不会受到由在锅表面的散乱引起的反射红外线的全部。在求出反射率时,红外线LED50的反射光尽量与顶板2垂直地入射,期望利用锅的反射光尽量垂直地导入光断续器51。在本实施例中,在锅温度检测装置18内的热电堆25的顶板2位置的视野面与在该反射率检测发光的顶板2上的反射面是相同面。因此,如图7所示那样在锅温度检测装置18内排列热电堆25与反射式光断续器26而配置。
在以下,就本实施例的动作而言,作为在跟前右侧的圆显示4上放置烹饪锅7,在规定温度对规定时间烹饪锅进行加热并进行烹饪的场合进行说明。图28表示该动作的流程图。接通未图示的电源,利用放置了烹饪锅7的感应加热处的操作开关设定规定的温度及烹饪时间(步骤S1)并指示烹饪开始时(步骤S2),微型电脑60首先读取控制反射率检测电路73并载置的锅的反射数据(相当于反射率),并检测反射率(放射率)(步骤S3)。同样地,由于冷却加热线圈7及变换电路8等,因此驱动未图示的风扇而将外部大气导入冷却风道15a、15b及16a、16b。
使用图29所示的流程图详细地说明在此检测反射率的步骤S3。微型电脑60从口向反射率检测电路73的端子73-2输出红外线LED驱动信号(步骤S3-1)。在规定时间例如200ms后(步骤S3-2),由AD端子读取输出到端子73-8的电压Vr2。并且,停止红外线LED驱动信号(步骤S3-4)。接着,根据之前读取未放置预先存储的锅时的电压Vr1计算反射电压Vr(步骤S3-5)。并且,根据预先存储的反射电压与反射率的关系(图25所示)并由反射率得到放射率(=1-反射率)(步骤S3-6)。
接着反射率检测步骤S3,控制电力控制电路62、频率控制电路61、变换电路8并向加热线圈8供给电力而开始感应加热(步骤S4)。当向加热线圈7供给电力时,从加热线圈7产生感应磁场,对顶板2上的烹饪锅7进行感应加热。由于该感应加热,烹饪锅7的温度上升,开始烹饪锅7内的被加热物的烹饪。微型电脑60开始感应加热时,每隔一定时间读取锅温度检测装置18的输出,检测锅温度(步骤S5)。
在此,详细地说明锅温度检测动作(步骤S5)。图30表示锅温度检测的流程图。微型电脑60读取锅温度检测装置18(红外线检测电路72)的输出端子72-2的输出电压V(步骤S5-1),从该值减去设计Vbias=0.5V(平常室温25下设计的值),并将该值作为锅温度检测电压Vt(步骤S5-2)。
同时,从热敏电阻20与热敏电阻计算电路73读取顶板2的温度Ta(步骤S5-3)。并且,根据作为上述的预先目录TBLt存储的顶板温度Tt与热电堆温度检测电路72的输出V(端子72-2的关系)得到在温度Ta下的输出电压Va(步骤S5-4、顶板温度补偿电压获取的动作)。
接着,从之前的锅温度检测电压Vt减去上述Va(步骤S5-5)。根据该处理去除作为外部干扰的来自顶板2的红外线量。将该相减后的电压作为Vt(由相减进行的顶板温度补偿的动作)。
并且,利用在将要感应加热之前的放射率(=1-反射率)除以该相减后的锅温度检测电压Vt(步骤S5-6)(反射率修正的动作)。在相除后的Vt上加上上述Vbias=0.5V(步骤S5-7),拉出预先作为温度变换目录TBLn存储的Vt与锅温度T的关系即数据目录(步骤S5-8),并变换为锅温度而得到锅温度T。
在此,在烤架库6中处于烹饪中,假定锅温度检测装置18L的周围温度处于上升中。此时,如图14所示,在现有的红外线检测电路(图11)中,输出值减少(由于加上了在温度变化中减少而变低的入射到偏压的红外线成比例的电压)的上述的Vt(=读取的输出值-设计的平常25下的偏压0.5V)只比通常低。其结果,检测出检测温度比常温时相应得低。在周围温度下降过程中,相反地,检测出检测锅温度相应地比常温时高。在图15所示的本实施例的电路中,即使周围温度的变化中,红外线检测输出也不会变动,因此不会产生上述锅温度误差。
如果在锅温度检测动作(步骤S5)中检测的锅温度T未到达规定温度,则一边进行锅温度检测动作(步骤S5)一边持续进行感应加热(步骤S6)。接着,如果锅温度T到达规定温度,则进行异常加热的检查(步骤S7)。这是在空烧等中锅温度急剧上升,如果到达油的发火温度则危险,因此在锅温度超过30的场合,停止感应加热(步骤S12)。
当锅温度T到达规定温度时,减少感应加热的电流(步骤S8),固定烹饪时间时刻(步骤S9)。
接着,每隔一定时间进行锅温度检测(步骤S5),一边对锅温度进行检查(步骤S6)一边进行异常加热的检查(步骤S7),以规定量对供给到加热线圈7的电流进行增减(步骤S8、S10),将锅温度保持为一定(Tc)。并且,在经过了规定的烹饪时间后(步骤S11),利用蜂鸣器告知用于烹饪结束,停止向加热线圈7的电力接通(步骤S12)。这样,在设定了烹饪锅6的被烹饪物的温度及时间进行烹饪。在此,在烹饪中为空烧(没有水分),锅温度急剧上升,到达油的着火温度时是危险的,因此进行异常加热检测(步骤S7),当热锅温度超过330时,停止感应加热(步骤S12)。
另外,代替计算放射率的过程(步骤S5-6)与利用放射率除以锅温度检测电压Vt的过程(步骤S5-7),预先将倍率a=1放射率(a=1)的值(为1以上的值)与反射率(或反射电压Vr)的关系作为图表存储,从反射率(或反射电压Vr)利用上述目录得到倍率a,当在Vt上乘以了倍率后,拉出数据目录TBLn而输出锅温度输出。如果这样,则可以不使用需要微型电脑的处理时间的相除而实现处理的高速化。
在以上的说明中,表示在将要感应加热之前只进行一次反射率检测的例子,但并不限于此。在通常的锅中,感应加热中(即使温度变得高温),反射率也不会变化。另外,在红外线发光LED中,在长时间连续发光中存在寿命的问题。在本说明中,考虑这一点对一次烹饪限定为将要感应加热之前的一次的反射率检测。当然,可以降低发光电流并在烹饪中每一定周期例如两秒进行反射率检测。温度检测使用不久之前的反射率(放射率)进行修正处理(步骤S5-5)。尤其在薄的锅中,由于由高温引起的锅底变形,反射率变化。另外,在对底面实施了色图示的锅中,由于高温,涂装变性,反射率变化。在该场合,即使加热中,也期望定期地进行反射率检测。在该场合,为了避免当然磁场的影响,期望如实施例那样利用非磁性金属体包围反射式光断续器26及反射率检测电路73。
另外,还具有在烹饪中将锅换位别的锅的场合。此时反射率当然变化。在该场合,在退换某锅的时点,锅温度检测装置18检测的电压急剧地下降。并且,在放置其他温度的锅的时点,锅温度检测装置18检测的电压复归为与该锅底面温度对应的值。期望捕捉该变化而再次检测反射率。
另外,作为在平常时的温度检测元件,使用内置在热电堆25内的NTC热敏电阻45,但不限于此。即使是设在基板上的NTC热敏电阻也可以。另外,不限于NTC热敏电阻,可以是使用半导体元件例如二极管的顺方向电压的变化的温度检测元件。
(实施例二)
图31表示将热电堆25、26设置在相同红外线传感器壳体29内,利用由塑料部件75构成的热结合单元热结合的锅温度检测装置18。在实施例一(图7)中,热电堆25、26排列在基板28上而配置,中间是热传递率低的空气层。在本实施例中,利用比空气层热传递好的塑料部件75连结热电堆25、26的金属35彼此,金属35彼此的热电堆25、26的温度(环境)更相同。其结果,进一步提高温度变化补偿精度。部件75当然可以是热传递好的金属。
(实施例三)
图32表示昨晚温度变化补充用热电堆,对使用具有与红外线检测用热电堆25相同的入射红外线进行聚光的凸透镜48、安装了该凸透镜48的窗47的结构的热电堆76的红外线检测电路72。与图15相同的符号表示同一部件。昨晚温度变化补偿用,在OP放大器72-4上连接昨晚热电堆76的输出的热电偶输出(图中以(+)、(-)表示)。将热电堆76的负输出(以(-)表示)连接在OP放大器72-4的正转输入上,将正输出(以(+)表示)连接在R10上。其结果,利用增幅率G=(R10R9+1)的OP放大器72-4对与热电堆25相反相位的热电偶输出进行增幅,该输出电压昨晚偏压Vbias施加到以OP放大器72-1的图中b表示的偏压点上。与图15相同,但在该热电堆76上需要以来自锅底的红外线不会入射的方式内置的红外线传感器壳体29结构的改变。
图33表示该锅温度检测装置18的俯视及剖视图。与图7相同的符号表示相位部件。以来自锅的红外线不会入射到热电堆76的方式使红外线传感器壳体29的上表面延伸为热电堆76的前面视野,入射到热电堆25与热电堆26之间的红外线成为迷光,以不会入射到热电堆76的方式设置遮光隔壁77。通过这样,热电堆76不会受到来自锅7的红外线,但受到来自红外线传感器壳体29的内壁的红外线。热电堆25受到来自锅的红外线与来自红外线传感器壳体内壁的红外线,因此在该锅温度检测装置18中,能够防止由来自红外线传感器内壁的红外线即红外线传感器壳体内壁的温度引起的外部干扰(传感器输出电动)。在图7的说明中相同,如果OP放大器72-1、72-4的增幅率大致相同,则由内壁的温度引起的OP放大器72-1的输出由作为OP放大器72-4的偏压抵消。结果,能进行稳定的锅温度的检测。其他动作与实施例一相同,因此省略说明。
图34表示具备图32的红外线检测电路的锅温度检测装置18的俯视及剖视图。与图33相同的符号表示相同部件。在本锅温度检测装置18中,以热电堆76只将结晶化玻璃光学过滤器31进入前面视野的方式,将前面到达结晶化玻璃光学过滤器31的下表面的遮光筒78覆盖在热电堆76上。另外,如图所示,以来自锅7的红外线不会入射到热电堆76的方式配置传感器视野筒19与锅温度检测装置18的配置位置。如果热电堆76的视野角狭窄,则即使没有遮光筒78,也能热电堆76在前面视野只看见结晶化玻璃光学过滤器31。
结果,与在图33中的说明相同,由来自结晶化玻璃光学过滤器31的红外线即结晶化玻璃光学过滤器的温度引起的输出变动只要OP放大器25与76的增幅率大致相同,则在热电堆25与热电堆76中相同且为反相位,因此互相抵消,未表现为锅温度检测装置18的输出(端子72-2)。即,能够防止结晶化玻璃光学过滤器31的热外部干扰。
另外,以上说明作为红外线检测元件限定为热电堆,但并不限于此。可以是热敏电阻或量子式红外线检测元件。利用相反相位对相同结构的红外线检测元件进行增幅,并将其作为入射了红外线的红外线检测的增幅电路的偏压的本发明未限定于热电堆,只要能够适用于热敏电阻或光电二极管即可。

Claims (5)

1.一种感应加热烹饪器,其具备:
在上表面放置烹饪容器的顶板;
设在该顶板下且为了加热上述烹饪容器而产生感应磁场的加热线圈;
设在该加热线圈下且检测从上述烹饪容器的底部放射的红外线的红外线检测单元;
根据上述红外线检测单元的输出检测锅温度的锅温度检测单元;以及
向用于冷却上述加热线圈的冷却风道导入外部大气的风扇,
该感应加热烹饪器的特征在于,
上述红外线检测单元具备:
入射有从上述烹饪容器的底部放射的红外线且输出与红外线量成比例的直流电压的第一红外线传感器;
对该第一红外线传感器输出进行直流增幅的第一直流增幅器;
通过遮蔽从上述烹饪容器的底部放射的红外线而不使从上述烹饪容器的底部放射的红外线入射,并且输出与红外线量成比例的直流电压的第二红外线传感器;以及
对上述第二红外线传感器输出进行反转直流增幅的第二直流增幅器,
该感应加热烹饪器还设有:遮断从上述加热线圈放射的红外线,并将从上述烹饪容器的底部放射的红外线导向上述红外线检测单元的导光筒;以及
配置在该导光筒下且在上述第一红外线传感器前面具有使上述红外线透过的窗部件的防风壳体,
将上述第一红外线传感器及第二红外线传感器内置在上述防风壳体内,
将该防风壳体配置在上述冷却风道,
将上述第二直流增幅器的输出作为上述第一直流增幅器的偏压输入,将上述第一直流增幅器的输出作为上述红外线检测单元的输出,
在上述第一红外线传感器的内部或附近配置温度检测元件,
利用上述温度检测元件的检测温度控制上述第二直流增幅器输出的偏压。
2.根据权利要求1所述的感应加热烹饪器,其特征在于,
上述第一红外线传感器由金属桶覆盖,该金属桶具备使上述烹饪容器的底部放射的红外线透过的透镜,
上述第二红外线传感器由金属桶覆盖,该金属桶遮蔽上述烹饪容器的底部放射的红外线。
3.根据权利要求1所述的感应加热烹饪器,其特征在于,
利用热结合方法相互结合上述第一及第二红外线传感器。
4.根据权利要求1所述的感应加热烹饪器,其特征在于,
上述第一直流增幅器的增幅率与上述第二直流增幅器的增幅率大致相等。
5.根据权利要求1所述的感应加热烹饪器,其特征在于,
上述第一红外线传感器及上述第二红外线传感器是热电堆。
CN201310061482.7A 2012-03-28 2013-02-27 感应加热烹饪器 Expired - Fee Related CN103369754B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-072722 2012-03-28
JP2012072722A JP5492928B2 (ja) 2012-03-28 2012-03-28 誘導加熱調理器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103369754A CN103369754A (zh) 2013-10-23
CN103369754B true CN103369754B (zh) 2015-12-23

Family

ID=49370001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310061482.7A Expired - Fee Related CN103369754B (zh) 2012-03-28 2013-02-27 感应加热烹饪器

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5492928B2 (zh)
CN (1) CN103369754B (zh)
TW (1) TWI533761B (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015170396A (ja) * 2014-03-05 2015-09-28 日立アプライアンス株式会社 誘導加熱調理器
JP6221983B2 (ja) * 2014-07-29 2017-11-01 株式会社デンソー 輻射ヒータ装置
JP2016091838A (ja) * 2014-11-06 2016-05-23 日立アプライアンス株式会社 誘導加熱調理器
JP6488144B2 (ja) * 2015-02-20 2019-03-20 日立アプライアンス株式会社 誘導加熱調理器
JP6523866B2 (ja) * 2015-08-25 2019-06-05 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 誘導加熱調理器
CN105323887B (zh) * 2015-09-16 2017-12-19 厦门安东电子有限公司 一种功率开关级联加热电路和其控制方法以及加热装置
EP3177107B1 (de) 2015-12-02 2024-01-24 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Verfahren zum betrieb eines induktionskochfelds
KR101974263B1 (ko) * 2017-02-28 2019-08-23 엘지전자 주식회사 유도 가열 조리기
JP6831350B2 (ja) * 2018-06-20 2021-02-17 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 誘導加熱調理器
CN111044157A (zh) * 2018-10-15 2020-04-21 众智光电科技股份有限公司 红外线传感器及用于其的热电堆感测芯片
JP7316830B2 (ja) 2019-04-18 2023-07-28 三菱電機株式会社 誘導加熱調理器
CN110260366A (zh) * 2019-05-28 2019-09-20 广东万家乐厨房科技有限公司 一种具有防干烧功能的集成灶及防干烧系统
CN112543520B (zh) * 2019-09-20 2023-05-30 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种加热器、加热方法及等离子处理器
KR20240007148A (ko) * 2021-05-07 2024-01-16 트리나미엑스 게엠베하 복사 방출 요소의 방출 온도를 모니터링하는 디바이스 및 방법
EP4261505A1 (en) * 2022-04-14 2023-10-18 Melexis Technologies NV Reflectivity measurement apparatus and method of measuring reflectivity therefor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101816518A (zh) * 2009-02-27 2010-09-01 日立空调·家用电器株式会社 感应加热烹调器
CN102204779A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 三菱综合材料株式会社 感应加热烹调器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997017887A1 (fr) * 1995-11-13 1997-05-22 Citizen Watch Co., Ltd. Thermometre medical a rayonnement
JP2004063451A (ja) * 2002-06-07 2004-02-26 Ishizuka Electronics Corp 誘導加熱調理器の放射温度検知装置および該装置用演算装置
JP4123108B2 (ja) * 2003-08-28 2008-07-23 松下電器産業株式会社 誘導加熱調理器
JP4228883B2 (ja) * 2003-11-13 2009-02-25 パナソニック株式会社 誘導加熱調理器
JP2009295456A (ja) * 2008-06-06 2009-12-17 Hitachi Appliances Inc 誘導加熱調理器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101816518A (zh) * 2009-02-27 2010-09-01 日立空调·家用电器株式会社 感应加热烹调器
CN102204779A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 三菱综合材料株式会社 感应加热烹调器

Also Published As

Publication number Publication date
TWI533761B (zh) 2016-05-11
JP2013206644A (ja) 2013-10-07
CN103369754A (zh) 2013-10-23
TW201349941A (zh) 2013-12-01
JP5492928B2 (ja) 2014-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103369754B (zh) 感应加热烹饪器
JP5286140B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP5517720B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP2009295456A (ja) 誘導加熱調理器
Imaz et al. Infrared thermometry system for temperature measurement in induction heating appliances
JP5244861B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP2011216323A (ja) 誘導加熱調理器
JP6512689B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP6129680B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP5315089B2 (ja) 誘導加熱調理器
US6538238B1 (en) Long term calibration of sensor assembly for glass-ceramic cooktop appliance
JP6488144B2 (ja) 誘導加熱調理器
CN103687120B (zh) 感应加热烹调器
JP5868483B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP5135386B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP2013127990A (ja) 誘導加熱調理器
JP5677263B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP6831350B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP6506569B6 (ja) 誘導加熱調理器
JP2016154076A (ja) 誘導加熱調理器
JP2013101835A (ja) 誘導加熱調理器
JP2012173015A (ja) 温度センサ装置および誘導加熱調理器
JP6827370B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP6393626B2 (ja) 誘導加熱調理器
JP2016154075A (ja) 誘導加熱調理器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: Hitachi Global Living Program Co.,Ltd.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Hitachi Appliances, Inc.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151223

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee