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Die
Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen und insbesondere einen
Nahrungsmittelmengendetektor zum automatischen Erfassen der in den
Mikrowellenofen eingestellten Nahrungsmittelmenge, sowie ein Steuerungsverfahren
hierfür.
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Im
Allgemeinen erhitzt/kocht ein Mikrowellenofen die Nahrungsmittel
durch Mikrowellen. Ein solcher Mikrowellenofen umfaßt einen
Hochspannungstransformator und ein Magnetron. Der Hochspannungstransformator
transformiert die übliche Spannung
(220V/110V) auf eine Hochspannung zum Versorgen des Magnetrons,
das die Mikrowellen mit einer vorbestimmten Hochfrequenz erzeugt.
Dabei bringt die Mikrowelle die Wassermoleküle in den Nahrungsmitteln zum
Schwingen, so dass die Nahrungsmittel durch Reibungswärme, die
aufgrund der Schwingung der Wassermoleküle erzeugt wird, gekocht werden.
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1 ist eine teilweise aufgeschnittene,
perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Mikrowellenofens,
wie er ähnlich
aus der
JP-A-3-238786 bekannt
ist. In
1 bezeichnet
die Bezugsziffer
1 ein Gehäuse,
2 ist eine Kochkammer,
3 ist
eine Vorrichtungskammer,
4 ist eine Tür,
5 ist eine Drehplatte
und
6 bezeichnet eine Verkleidung. Der Innenraum des Gehäuses
1 ist
in einen linken und einen rechten Raum aufgeteilt, in denen jeweils
eine Kochkammer
2 und eine Vorrichtungskammer
3 definiert
sind. Die elektrischen Vorrichtungen sind in der Vorrichtungskammer
3 installiert.
Eine Verkleidung
6 umhüllt
das Gehäuse
1.
Eine Tür
4 ist
drehbar an einer Seite des Gehäuses
1 befestigt,
um die Vorderseite der Kochkammer
2 zu öffnen/schließen. Eine
Drehplatte
5 ist an der Bodenfläche der Kochkammer
2 angeordnet und
die zu kochenden Nahrungsmittel werden auf diese gestellt. Die Drehplatte
5 wird
durch einen Antriebsmotor (nachstehend als DM bezeichnet; siehe
2) gedreht, welcher an deren
Unterseite installiert ist. Außerdem
bezeichnet die Bezugsziffer
7 eine Frontplatte,
8 ist
ein Luftleiter,
9 ist ein Kühlgebläse, HVT ist ein Hochspannungstransformator,
HVC ist ein Hochspannungskondensator, HVD ist eine Hochspannungsdiode
und MGT bezeichnet ein Magnetron. Diese sind in der Vorrichtungskammer
3 installiert.
Der Hochspannungstransformator HVT transformiert die übliche Spannung
von 220V/110V auf eine Hochspannung von 2000V. Die Hochspannung
von 2000V wird durch den Hochspannungskondensator HVC und die Hochspannungsdiode
HVD auf 4000V verdoppelt. Das Magnetron MGT wird mit der so verdoppelten
Spannung von 4000V versorgt, um Mikrowellen von 2450 MHz zu erzeugen.
Das Kühlgebläse
9 bläst Luft
in die Vorrichtungskammer
3, um die darin installierten
erhitzten elektrischen Vorrichtungen, wie z.B. das Magnetron MGT,
den Hochspannungstransformator HVT oder dergleichen, zu kühlen. Der Luftleiter
8 ist
nahe dem Magnetron MGT installiert, um Luft, die erhitzt wurde,
während
das Magnetron MGT gekühlt
wird, in die Kochkammer
2 zu leiten. Die Frontplatte
7 ist
an der Vorderfläche
der Vorrichtungskammer
3 installiert. Der Benutzer gibt
die Daten über
Tasten in den Mikrowellenofen ein und seine Auswahl zum Ansteuern
des Mikrowellenofens wird auf der Frontplatte
7 angezeigt.
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2 ist ein schematisches
Blockdiagramm von 1.
In 2 bezeichnet die
Bezugsziffer 10 einen Entstörfilter, 20 ist eine
Versorgungseinheit, 30 ist ein Mikrowellengenerator, 40 ist
eine Steuerungseinrichtung, 50 ist ein Eingabemittel und 60 bezeichnet
eine Anzeige. Das Eingabemittel 50 gibt die Signale der
Auswahl des Benutzers in die Steuerungseinrichtung 40 ein.
Im Eingabemittel 50 ist eine Vielzahl von Funktionstasten 51 vorgesehen.
Hier sind die Funktionstasten für
die jeweiligen Betriebsbedingungen des Mikrowellenofens vorgesehen.
Insbesondere könnten
dort die Funktionstasten zum Einstellen der Kochtemperatur, der
Kochzeit, des Pegels der Mikrowellenenergie oder dergleichen nach Wunsch
des Benutzers sein. Außerdem
könnten
dort die Funktionstasten zum Auswählen des automatischen Kochvorgangs
sein, wobei der Benutzer die Daten über die Menge der Nahrungsmittel
eingibt, so dass die Nahrungsmittel gemäß den Kochdaten, die dafür vorgegeben
wurden, automatisch gekocht werden. Die Anzeige 60 zeigt
die Betriebsbedingungen des Mikrowellenofens an. Hier sind das Eingabemittel 50 und
die Anzeige 60 vorzugsweise an der Frontplatte 7,
die in 1 dargestellt
ist, vorgesehen. Die Versorgungseinheit 20 umfasst Antriebsmotoren
DM und FM zur jeweiligen Versorgung der Drehplatte 5 und
des Kühlgebläses 9.
Ferner umfaßt
die Versorgungseinheit 20 Relaisschalter RS1 bzw. RS2 zum Zuführen der
Versorgungsleistung zum Hochspannungstransformator HVT und zu den
Antriebsmotoren DM und FM. Wenn die Relaisschalter RS1 und RS2 der
Versorgungseinheit 20 eingeschaltet werden, wird folglich
die Versorgungsleistung dem Hochspannungstransformator HVT und den
Antriebsmotoren DM und FM zugeführt.
Ein gewöhnlicher
Mikrocomputer dient als Steuerungseinrichtung 40. Der Steuerungseinrichtung 40 steuert
zweckmäßig die Versorgungsbedingungen
des Mikrowellenofens durch selektives Ein-/Ausschalten der Relaisschalter RS1
und RS2 der Versorgungseinrichtung 20. Die Steuerungseinrichtung 40 sendet
auch die Signale zur Anzeige 60 und zeigt solche Betriebsbedingungen
des Mikrowellenofens an. Der Hochspannungstransformator HVT transformiert
die von der Versorgungseinrichtung 20 zugeführte übliche Spannung auf
eine Hochspannung und überträgt die Hochspannung
zum Mikrowellengenerator 30. Der Mikrowellengenerator 30 umfaßt den Hochspannungskondensator
HVC, die Hochspannungsdiode HVD und das Magnetron MGT. Der Mikrowellengenerator 30 wird durch
die vom Hochspannungstransformator HVT zugeführte Hochspannung versorgt,
genauso wie es vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Der Entstörfilter 10 empfängt die
Versorgungsleistung und überträgt die Versorgungsleistung
zur Versorgungseinrichtung 20. Ferner verhindert der Entstörfilter 10 die
Rückkopplung
der vom Mikrowellengenerator 30 erzeugten Hochfrequenzwellen
zu einer Eingangsleitung.
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Der
Betrieb des wie vorstehend konstruierten herkömmlichen Mikrowellenofens wird
nachstehend beschrieben. Zuerst zieht der Benutzer die Tür 4 des
Gehäuses 1 auf
und öffnet
die Kochkammer 2. Dann stellt der Benutzer die zu kochenden
Nahrungsmittel auf die Oberseite der Drehplatte 5. Als nächstes schließt der Benutzer
die Tür 4 und
wählt die
Kochbedingungen des Mikrowellenofens durch Auswählen der Funktionstasten 51 der
Eingabeeinrichtung 50, der an der Frontplatte 7 vorgesehen
ist. Durch Auswählen
der Funktionstasten 51 stellt der Benutzer die Kochzeit,
die Temperatur und den Pegel der Mikrowellenenergie ein, die er
für die
Menge der in dem Mikrowellenofen angeordneten Nahrungsmittel für zweckmäßig hält. Zusätzlich zu
einer solchen manuell ausgewählten
Betriebsbedingung kann eine automatisch ausgewählte Betriebsbedingung vorliegen,
wobei der Benutzer einfach Tasten auswählt, die für die Nahrungsmittel, die er
zubereitet, und deren Menge vorgesehen sind, so dass die Nahrungsmittel in
einer Art und Weise gekocht werden, die in dem Mikrowellenofen vorgegeben
wurde. Dementsprechend gibt der Eingabeeinrichtung 50 die
Signale von den ausgewählten
Tasten in die Steuerungseinrichtung 40 ein und die Steuerungseinrichtung 40 steuert die
Versorgungseinrichtung 20 entsprechend der Auswahl des
Benutzers an. Insbesondere schaltet die Steuerungseinrichtung 40 den
Relaisschalter RS1 ein, so dass die Leistung zum Hochspannungstransformator
HVT geliefert wird. Folglich transformiert der Hochspannungstransformator
HVT die übliche
Spannung von 220V/110V auf die Hochspannung. Und der Hochspannungskondensator
HVC und die Hochspannungsdiode HVD verdoppeln die Hochspannung auf
4000V und liefern dieselbe zum Magnetron MGT. Das Magnetron MGT
wird durch die so verdoppelte Hochspannung von 4000V angesteuert,
um Mikrowellen mit 2450 MHz zu erzeugen. Dann werden die Mikrowellen
in die Kochkammer 2 eingestrahlt, so dass die Nahrungsmittel
gekocht werden. Ferner schaltet die Steuerungseinrichtung 40 gleichzeitig
die Relaisschalter RS1 und RS2 ein, so dass die Steuerungseinrichtung 40 die
Antriebsmotoren DM bzw. FM antreibt. Folglich wird die Drehplatte 5 der
Kochkammer 2 gedreht, so dass die Mikrowellen gleichmäßig auf
die Nahrungsmittel eingestrahlt werden. In dieser Situation bläst das Kühlgebläse 9 der
Vorrichtungskammer 3 Luft in die Vorrichtungskammer 3,
um die elektrischen Vorrichtungen, wie z.B. den Hochspannungstransformator
HVT, das Magnetron MGT, die Hochspannungsdiode HVD und den Hochspannungskondensator
HVC usw., zu kühlen.
Hier schaltet die Steuerungseinrichtung den Relaisschalter RS1 regelmäßig ein/aus,
um die Betriebsbedingungen des Magnetrons MGT zu steuern. Folglich
wird die Leistung der von dem Magnetron MGT erzeugten Mikrowellenstrahlung
zweckmäßig eingestellt,
so dass die Nahrungsmittel in der Kochkammer 2 unter den
ausgewählten
Betriebsbedingungen gekocht werden.
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Unterdessen
besitzt der herkömmliche
Mikrowellenofen zusätzlich
zu den manuell ausgewählten
Betriebsbedingungen ferner eine automatisch ausgewählte Betriebsbedingung.
Mit einer solchen automatisch ausgewählten Betriebsbedingung kann jedoch
die Menge der Nahrungsmittel nicht vom Mikrowellenofen ermittelt
werden. Folglich muß der
Benutzer den besten Kochmodus für
die Nahrungsmittel abschätzen,
und auf der Basis seiner Abschätzung wählt er entsprechende Funktionstasten,
und der Mikrowellenofen kocht die Nahrungsmittel gemäß solcher
eingegebenen Daten. Wenn die Nahrungsmittel hier mehr Zeit oder
eine höhere
Mikrowellenleistung zum Kochen benötigen als der Benutzer eingegeben hat,
werden die Nahrungsmittel zu schwach gekocht. Ebenso, wenn die Nahrungsmittel
weniger Zeit oder eine niedrigere Mikrowellenleistung zum Kochen
benötigen
als der Benutzer eingegeben hat, werden die Nahrungsmittel zu stark
gekocht. Um die Nahrungsmittel angemessen zu kochen, ist es folglich
wichtig, dass der Benutzer die exakte Menge der Nahrungsmittel bewerten
kann und den Mikrowellenofen dementsprechend steuern kann.
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Der
herkömmliche
Mikrowellenofen kann jedoch nicht die Lösung für das vorstehend angeführte Problem
bieten, da der Benutzer die Menge der Nahrungsmittel abschätzen muß. Im Fall,
dass keine Funktionstasten für
die Menge der Nahrungsmittel, die der Benutzer kochen will, vorhanden
sind, muß der
Benutzer ferner die Daten für
die Kochzeit, die Mikrowellenleistung usw. manuell eingeben, so
dass die Zubereitung der Nahrungsmittel unpraktisch und komplex
wird.
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Da
der Benutzer ferner bei der Benutzung eines herkömmlichen Mikrowellenofens die
Menge der Nahrungsmittel, die er zubereitet, abschätzen muß, ist die
Genauigkeit der Nahrungsmittelmenge nicht gewährleistet, so dass der Kochvorgang
unangemessen ausgeführt
werden kann. Wenn der Benutzer durch seinen Fehler oder seine Fehleinschätzung eine
ungeeignete Funktionstaste auswählt,
können die
Nahrungsmittel zu stark oder zu schwach gekocht werden. Folglich
können
die Nahrungsmittel nicht angemessen gekocht werden.
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Es
wurde eine Lösung
für das
vorstehend angeführte
Problem vorgeschlagen, wie z.B. ein Gassensor, ein Gewichtssensor
usw., der in einem Mikrowellenofen verwendet werden könnte, um
die Menge der Nahrungsmittel zu ermitteln. Da diese Vorrichtungen
jedoch teuer sind und einen ziemlich komplexen Herstellungsprozeß erfordern,
werden die Herstellungskosten erhöht und der Nutzeffekt wird
dementsprechend verschlechtert.
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In
der
JP-A-64-65 794 (Abstract)
wird ein Mikrowellenofen mit einer geregelten Ausgangsleistung offenbart.
Der Mikrowellenofen ermittelt den Anodenstrom mit einem Shuntwiderstand
und die Anodenspannung des Magnetrons durch eine sekundäre Spule.
Die Anodenspannung wird zur Kompensation des Anodenstromes auf der
Basis der Ermittlungsschaltung durch eine Inverterregelungsschaltung verwendet.
Das Magnetron wird als Ergebnis der Schaltung gesteuert.
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Die
JP-A-63-281389 (Abstract)
betrifft einen Mikrowellenofen, der in der Lage ist, eine Überspannung
und einen Überstrom
basierend auf einer zu starken Kühlung
oder Erhitzung des Magnetrons zu vermeiden, um die Lebensdauer des
Magnetron zu erhöhen.
Damit betrifft die
JP-A-63-281389 neben der
JP-A-1-65794 (Abstract)
die vereinfachte Fertigung eines Magnetrons und eine einfache Steuerung der
Spannung am Magnetron bis zum Beginn der Oszillation und eine anschließende Stromsteuerung
im Hinblick auf möglichst
große
Wartungsintervalle.
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Der
JP-A-3-238786 (Abstract)
ist ein Gewichtssensor zur Nahrungsmittelmengendetektion zu entnehmen.
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Der
Abstract der
JP-A-08-035
666 beschreibt das Kochen bzw. Garen von Nahrungsmitteln
in Abhängigkeit
von der Nahrungsmittelart und -menge unter Einsatz eines Feuchtigkeitssensors.
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Beim
Mikrowellenofen nach der
EP
526 297 A1 wird die Art des Nahrungsmittels unter Ermittlung der Dielektrizitätskonstante
und des dielektrischen Verlustfaktors des Nahrungsmittels zur Steuerung herangezogen.
Das Gewicht des Nahrungsmittels wird durch einen Gewichtssensor
bestimmt.
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Der
Mikrowellenofen der
GB
2 117 925 A hat einen Sensor mit dem der Auftauvorgang
beim Auftauen eines Lebensmittels überwacht wird. Auch hier wird
der dielektrische Verlust der Strahlung im Nahrungsmittel überwacht
und das Auftauen in Abhängigkeit
dieses Wertes gesteuert. Während
des Auftauens ändert
sich der dielektrische Verlust und liefert ein Maß für den Auftaufortschritt.
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Bei
einer Stromversorgung für
ein Magnetron gemäß der
US 4,903,183 wird an der
Ausgangsseite eines Transformators der Strom zum Magnetron gemessen
und ein primärseitiger
Leistungssteller in dessen Abhängigkeit
zur Leistungsstabilisierung des Magnetrons angesteuert.
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Der
Ofen der
US 4,673,800 umfasst
einen Gewichtssensor nach Art einer Federwaage zur Feststellung
des Gewichts des im Ofen befindlichen Nahrungsmittels. Die Heizleistung
einer Heizquelle wird in Abhängigkeit
des ermittelten Gewichts gesteuert.
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Bei
der Stromversorgung für
ein Magnetron nach
US 4,900,989 sind
Detektoren vorgesehen, die den Primärstrom zu einem Hochspannungstransformator
und die Spannung an der Sekundärseite
zum Magnetron (Kathodenspannung) erfassen. Unter Vermeidung von
Kurzschlüssen
soll an das Magnetron eine möglichst
hohe Startspannung zur Anregung der Oszillationen angelegt werden.
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Vorbemerkung:
Bei der Mikrowellenanregung werden die im Nahrungsmittel enthaltenen Wassermoleküle zum Schwingen
angeregt. Die Schwingung wird an die umgebenden Moleküle abgegeben
und umverteilt, bis bei fortgesetzter Mikrowellenbestrahlung eine
Gesamterwärmung
des Nahrungsmittels stattfindet. Die Mikrowellenabsorption ist abhängig von
der mittleren Temperatur der Wassermoleküle und der Dielektrizitätskonstante
der Umgebung der Wassermoleküle
(siehe z.B. obige
GB
2 117 925 A ). Die Wassermenge und Dielektrizitätskonstante
sind wiederum von der Art des zu erwärmenden Nahrungsmittels abhängig. Der
hier verwendete Begriff "Nahrungsmittelmenge" bezieht sich auf eine
Art bzw. einen Typ von Nahrungsmittel. Bei verschiedenen Nahrungsmittelarten
können
bezogen auf eine "fiktive
Nahrungsmittelmengeneinheit" das jeweilige
Gewicht und vor allem das Volumen unterschiedlich sein. Da aber
in Nahrungsmitteln in der Regel der Wassergehalt den höchsten Massenanteil darstellt,
wird die Erwärmungsenergie überwiegend für die Erhitzung
des Wassers im Nahrungsmittel benötigt, so dass schließlich die
Unterschiede zwischen der fiktiven Nahrungsmittelmenge und der Nahrungsmittelmasse
bei verschiedenen Nahrungsmittelarten nicht groß ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Nahrungsmittelmengendetektor für einen
Mikrowellenofen, einen Mikrowellenofen mit einem Nahrungsmittelmengendetektor
sowie ein Verfahren zur Mikrowellenofensteuerung vorzusehen, bei
denen eine Erfassung der Nahrungsmittelmenge einfach und kostengünstig durchführbar ist.
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Die
vorstehende Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 bzw.
2 (Nahrungsmitteldetektor) und 9 bzw. 10 (Verfahren) angegebenen
Merkmalen gelöst.
Ein Mikrowellenofen entsprechend der Erfindung ist in Anspruch 6
definiert.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der
erfindungsgemäße Nahrungsmittelmengendetektor
ist in der Lage, die exakten Daten für die Betriebsbedingungen des
Mikrowellenofens in Abhängigkeit
der Menge der Nahrungsmittel einzustellen und die Nahrungsmittel
zweckmäßig zu kochen.
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Dabei
kann der Nahrungsmittelmengendetektor aus kostengünstigen
Teilen bestehen, so dass die Herstellungskosten minimiert werden
können
und der Nutzeffekt verbessert wird.
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Da
die Menge der Nahrungsmittel durch den Mikrowellenofen automatisch
ermittelt wird und die Nahrungsmittel unter günstigen Betriebsbedingungen
des Mikrowellenofens gekocht werden, findet der Benutzer folglich
die Verwendung des Mikrowellenofens praktisch, und Fehler des Benutzers
bei der Bedienung des Mikrowellenofens werden verhindert. Da außerdem die
Bauteile preisgünstig
sind, werden die Herstellungskosten verringert und der Herstellungsprozeß wird einfach,
so dass die Produktivität
gesteigert wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung unter Bezugnahme
auf den Stand der Technik näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
teilweise aufgeschnittene, perspektivische Ansicht eines herkömmlichen
Mikrowellenofens;
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2 ein
schematisches Blockdiagramm zu 1;
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3 ein
Blockdiagramm eines Mikrowellenofens mit einem Nahrungsmittelmengendetektor gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung;
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4 einen
Schaltplan zur Darstellung eines Details des Mikrowellenofens von 3;
-
5 eine
Abwandlung des Schaltplans von 4;
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6 eine
Abwandlung des Schaltplans von 4 mit einem
Invertierer;
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7 ein
Blockdiagramm eines Mikrowellenofens mit einem Nahrungsmittelmengendetektor gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung;
-
8 einen
Schaltplan zum Mikrowellenofen von 7;
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9 eine
Abwandlung des Schaltplans von 8;
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10 eine
Abwandlung eines Schaltplans von 8 mit einem
Invertierer; und
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11 ein
Kurvenbild zur Darstellung einer Verteilung der Werte der Impedanz
und der Cutoff-Spannung, die sich gemäß der Menge der Nahrungsmittel ändern.
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3 ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Mikrowellenofens mit einem
Nahrungsmittelmengendetektor gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung, und 4 ist ein Schaltplan zur Darstellung
eines Detailausschnitts des Mikrowellenofens von 3.
In 3 ist die Bezugsziffer 100 ein Entstörfilter, 110 ist
eine Versorgungseinrichtung, 120 ist ein Mikrowellengenerator, 130 ist
ein Spannungsfühler, 140 ist
eine Steuerungseinrichtung, 150 ist eine Eingabeeinrichtung
und 160 bezeichnet eine Anzeige. Eine Versorgungseinrichtung 110 liefert
die Versorgungsleistung an einen Hochspannungstransformator HVT.
Der Hochspannungstransformator HVT transformiert die gelieferte Spannung
von 220V/110V auf eine Hochspannung (etwa 2000V) und überträgt die Hochspannung
zu einem Mikrowellengenerator 120. Der Mikrowellengenerator 120 wird
durch die vom Hochspannungstransformator HVT gelieferte Hochspannung
versorgt, um Mikrowellen mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen.
Ein Spannungsfühler 130 erfasst
die Spannung, die sich ändert,
wenn der Mikrowellengenerator 120 betrieben wird. Ein Mikrocomputer
dient vorzugsweise als Steuerungseinrichtung 140. Die Steuerungseinrichtung 140 ermittelt
die Menge der Nahrungsmittel in einer Kochkammer 2 anhand
der mit dem Spannungsfühler 130 erfassten
Spannung des Mikrowellengenerators 120. Auf der Basis der
so wie vorstehend erfassten Menge der Nahrungsmittel steuert die
Steuerungseinrichtung 140 die Betriebsbedingungen der Versorgungseinrichtung 110,
so dass der Mikrowellenofen gemäß der zweckmäßigen Kochzeit,
der zweckmäßigen Mikrowellenleistung usw.
betrieben wird. Die Eingabeeinrichtung 150 gibt die Daten
von den Funktionstasten, die durch den Benutzer ausgewählt wurden,
in die Steuerungseinrichtung 140 ein, und die Anzeige 160 gibt
die Anzeigesignale von der Steuerungseinrichtung 140 ein, um
die Betriebsbedingungen des Mikrowellenofens anzuzeigen. Der Entstörfilter 100 empfängt den Wechselstrom
und legt den Wechselstrom nach Beseitigen des Rauschfaktors des
Wechselstroms an die Versorgungseinrichtung 110 an. Der
Entstörfilter 100 verhindert
auch die Rückkopplung
der Hochfrequenzwellen, die vom Mikrowellengenerator 120 erzeugt
werden.
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In 4 umfaßt die Versorgungseinrichtung 110 ein
Relais RY1 zum Zuführen
der Versorgungsleistung zum Hochspannungstransformator HVT. Das
Relais RY1 umfaßt
eine Relaisspule L1 und einen Relaisschalter RS1. Der Strom fließt nacheinander
durch die Relaisspule L1 und einen Transistor Q1, wobei der Relaisschalter
RS1 durch die Relaisspule L1 ein-/ausgeschaltet wird. Ferner bezeichnet in 4 das
Bezugszeichen R1 einen Widerstand und D1 bezeichnet eine Diode zum
Verhindern der Spannungsumkehr. Der Mikrowellengenerator 120 umfaßt den Hochspannungskondensator
HVC, die Hochspannungsdiode HVD und das Magnetron MGT. Der Hochspannungskondensator
HVC und die Hochspannungsdiode HVD verdoppeln die Hochspannung von
2000V, die durch den Hochspannungstransformator HVT transformiert
wurde, auf 4000V. Das Magnetron MGT wird durch die so verdoppelte
Hochspannung von 4000V betrieben und erzeugt Mikrowellen mit 2450
MHz. Der Spannungsfühler 130 erfasst
die Ausgangsspannung Vap des Magnetrons MGT. Für diesen Zweck umfaßt der Spannungsfühler 130 zumindest
einen Spannungsteiler mit den Widerständen R10 und R11, die mit einer
Kathode des Magnetrons MGT verbunden sind. Das Verhältnis der
Werte der Spannungsteilerwiderstände
R10 und R11 ist etwa 1000:1. Es ist vorzuziehen, dass die Spannung
Vb in einem vorbestimmten Verhältnis
geteilt und ausgegeben wird. Das Bezugszeichen ZD in den Figuren
bezeichnet die Zenerdiode. Die Steuerungseinrichtung 140 umfasst
eine Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 141, eine Versorgungssteuerungseinrichtung 142 und
eine Anzeigesteuerungseinrichtung 143. Die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 141 empfängt die
Ausgangsspannung Vap des Mikrowellengenerators 120, die
durch den Spannungsfühler 130 erfasst
wurde, und ermittelt dann die Menge der Nahrungsmittel durch Vergleichen
der Werte der Spannungsänderung
pro vorbestimmte Zeiteinheit mit der Bezugsspannungsänderung.
Die Versorgungssteuerungseinrichtung 142 steuert die Versorgungseinrichtung 110 auf
der Basis der Menge der Nahrungsmittel, die durch die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 141 ermittelt
wurde. Die Anzeigesteuerungseinrichtung 143 steuert die Anzeige 160 auf
der Basis der Menge der Nahrungsmittel, die durch die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 141 ermittelt
wurde.
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5 ist
eine Abwandlung des Schaltplans von 4. In 5 ist
der detaillierte Aufbau der Versorgungseinrichtung 110,
des Hochspannungstransformators HVT, des Mikrowellengenerators 120 und
der Steuerungseinrichtung 140 wie vorher mit Bezug auf 4 beschrieben.
Das in 5 gezeigte einzigartige Merkmal besteht darin,
dass der Spannungsfühler 130 durch
Anlegen der Vorspannung Vbs an einem Ende des Spannungsteilerwiderstandes
R11 der Steuerungseinrichtung 140 eine gleichgerichtete,
positive Spannung zuführt.
Da die Signale aus der gleichgerichteten, positiven Spannung in
der Steuerungseinrichtung 140 mit dem Mikrocomputer verarbeitet
werden, werden die Signale zweckdienlich verarbeitet, wenn die gleichgerichtete
Spannung an die Steuerungseinrichtung 140 angelegt wird.
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6 ist
eine Abwandlung des Schaltplans von 4, bei der
ein Invertierer OP verwendet wird. In 6 ist der
detaillierte Aufbau der Versorgungseinrichtung 110, des
Hochspannungstransformators HVT, des Mikrowellengenerators 120 und
der Steuerungseinrichtung 140 identisch zu jenem, der vorher mit
Bezug auf 4 beschrieben wurde. Das in 6 gezeigte
einzigartige Merkmal besteht darin, dass im Spannungsfühler 130 ein
Eingang des Invertierers OP am Spannungsteilerwiderstand R10 angeschlossen
ist, um eine invertierte Phase der gleichgerichteten Spannung an
die Steuerungseinrichtung 140 anzulegen. Das Bezugszeichen
R13 bezieht sich auf einen Widerstand.
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Der
Betrieb des Mikrowellenofens gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlicher mit Bezug auf 3 bis 6 beschrieben.
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Zuerst
stellt der Benutzer die zu kochenden Nahrungsmittel in die Kochkammer 2,
schließt
die Tür
und drückt
die Starttaste (nicht dargestellt) der Eingabeeinrichtung 150 ohne
Eingabe der Menge der Nahrungsmittel. Somit wird der Mikrowellenofen angesteuert.
Hier wird das Signal von der Starttaste durch die Eingabeeinrichtung 150 in
die Steuerungseinrichtung 140 eingegeben und die Steuerungseinrichtung 140 steuert
die Versorgungseinrichtung 110 gemäß dem empfangenen Signal an.
Demzufolge legt die Steuerungseinrichtung 140 den Basisstrom an
den Transistor Q1 der Versorgungseinrichtung 110 an, so
dass der Transistor Q1 durchgesteuert wird. Folglich fließt der Strom
durch die Relaisspule L1, und die Relaisspule L1 schaltet den Relaisschalter
RS1 ein. Dann wird die Versorgungsleistung zum Hochspannungstransformator
HVT geliefert, wo die Versorgungsleistung auf die Hochspannung von 2000V
transformiert und zum Mikrowellengenerator 120 übertragen
wird. Der Hochspannungskondensator HVC und die Hochspannungsdiode
HVD des Mikrowellengenerators 120 verdoppeln die Hochspannung
von 2000V, die durch den Hochspannungstransformator HVT transformiert
wurde, auf 4000V. Das Magnetron MGT wird mit der so verdoppelten Spannung
von 4000V versorgt, um Mikrowellen mit 2450 MHz zu erzeugen. Dabei
liegt die Ausgangsspannung Vap der Kathode des Magnetrons an den Spannungsteilerwiderständen R10
und R11 des Spannungsfühlers 130 an
und wird gemäß des Widerstandsverhältnisses
geteilt. Die so geteilte Spannung Vb wird zur Steuerungseinrichtung 140 übertragen.
Hier ist es vorzuziehen, dass der Wert des Widerstandsverhältnisses
der Spannungsteilerwiderstände
R10 und R11 etwa 1000:1 beträgt.
Wenn die ausgegebene Spannung von etwa 4000V an der Kathode des
Magnetrons MGT erzeugt wird, wird folglich die Spannung von etwa
4V an die Steuerungseinrichtung 140 angelegt. Da unterdessen
die Spannungsausgabe Vap der Kathode des Magnetrons MGT als negative,
gleichgerichtete Spannung abgegriffen wird, wird eine gleichgerichtete,
positive Spannung in die Steuerungseinrichtung 140 eingegeben, um
die Verarbeitung der Steuerungseinrichtung 140 leichter
zu machen, durch Anlegen der Vorspannung Vbs an die Seite des Spannungsteilerwiderstandes R11,
wie in 5 gezeigt, oder durch Anschließen des Invertierers OP an
die Seite des Spannungsteilerwiderstandes R10, wie in 6 gezeigt.
Die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 141 der Steuerungseinrichtung 140 nimmt
die Ausgangsspannung Vap des Mikrowellengenerators 120 auf,
die wie vorstehend für
eine vorbestimmte Zeit erfasst wurde, und vergleicht die Spannungsänderungen
pro vorbestimmte Zeiteinheit mit der Bezugsspannungsänderung,
um die Menge der Nahrungsmittel zu ermitteln. Wenn die Menge der
Nahrungsmittel ermittelt ist, steuert die Versorgungssteuerungseinrichtung 142 die
Versorgungseinrichtung 110 in Abhängigkeit der Menge der Nahrungsmittel,
die durch die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 141 ermittelt
wurde. Insbesondere schaltet die Versorgungssteuerungseinrichtung 142 das
Relais RY1 der Versorgungseinrichtung 110 in Abhängigkeit
der Menge der Nahrungsmittel für
eine vorbestimmte Zeit selektiv ein/aus, so dass die Versorgungssteuerungseinrichtung 142 das
Magnetron MGT steuert. Folglich werden die Nahrungsmittel unter
den zweckmäßigen Betriebsbedingungen
gekocht. Ferner steuert die Versorgungssteuerungseinrichtung 143 die
Anzeige 160 gemäß der Menge
der Nahrungsmittel, so dass die Daten über die Menge der Nahrungsmittel
auf der Anzeige 160 angezeigt werden. Dementsprechend wird
die Menge der Nahrungsmittel automatisch durch den Mikrowellenofen
ermittelt, und die Nahrungsmittel werden unter den zweckmäßigen Bedingungen
gekocht. Folglich wird der Mikrowellenofen leichter zu bedienen,
und Fehler des Benutzers bei der Bedienung des Mikrowellenofens
werden verhindert. Ferner werden mit den Bauteilen mit annehmbaren
Preisen die Herstellungskosten verringert und der Herstellungsprozeß wird vereinfacht,
so dass die Produktivität
gesteigert wird.
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7 ist
ein Blockdiagramm des Mikrowellenofens, der den Nahrungsmittelmengendetektor gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet, und 8 ist ein
Schaltplan zu 7. In 7 bezeichnet
die Bezugsziffer 200 einen Entstörfilter, 210 ist eine
Versorgungseinrichtung, 220 ist ein Mikrowellengenerator, 250 ist
eine Eingabeeinrichtung und 260 ist eine Anzeige. Der Aufbau
und der Betrieb sind identisch zu jenen, die vorher mit Bezug auf 4 beschrieben wurden.
Das einzigartige Merkmal dieser weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Spannungsfühler 230 Spannungen
Va und Vap vom Mikrowellengenerator 220 erfasst und dass
die Steuerungseinrichtung 240 die Menge der Nahrungsmittel
auf der Basis der Ausgangsspannungen Va und Vap des Mikrowellengenerators 220,
die durch den Spannungsfühler 230 erfasst
wurden, ermittelt.
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Mit
Bezug auf 8 erfasst der Spannungsfühler 230 die
Ausgangsspannung Vap des Magnetrons MGT bzw. eine dem Strom im in
der Hochspannungswicklung des Hochspannungstransformators entsprechende
Spannung Va. Für
diesen Zweck umfaßt
der Spannungsfühler 230 zumindest
einen Spannungsteiler mit Widerständen R10 und R11, die mit der
Kathode des Magnetrons MGT verbunden sind, und einen spannungserniedrigenden
Widerstand R12, der mit einer Erdung des Hochspannungstransformators
HVT verbunden ist. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Werte der Widerstände R10
und R11 etwa 1000:1. Folglich wird die Spannung Vb, die in einem
solchen Widerstandsverhältnis
geteilt wird, an die Steuerungseinrichtung 240 angelegt.
Die Steuerungseinrichtung 240 umfasst die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241,
eine Berechnungseinrichtung 242, die Versorgungssteuerungseinrichtung 243 und
die Anzeigesteuerungseinrichtung 244. Die Berechnungseinrichtung 242 empfängt die
Spannungen Vb und Va vom Spannungsfühler 230 und berechnet
eine Impedanz Rm und eine Cutoff-Spannung Ez (Sperrspannung) des
Mikrowellengenerators 220. Die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241 vergleicht
die Impedanz Rm und die Cutoff-Spannung Ez, die durch die Berechnungseinrichtung 242 berechnet
wurden, mit Daten über
die Impedanz Rm und die Cutoff-Spannung Ez, die darin vorgegeben
wurden (siehe 10), und ermittelt die Menge
der Nahrungsmittel durch das Vergleichsergebnis. Die Versorgungssteuerungseinrichtung 243 steuert
die Versorgungseinrichtung 210 in Abhängigkeit der Menge der Nahrungsmittel,
die durch die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241 ermittelt
wurde. Die Anzeigesteuerungseinrichtung 244 steuert die Anzeige 260 auf
der Basis der Menge der Nahrungsmittel, die durch die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241 ermittelt
wurde.
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9 ist
eine Abwandlung des Schaltplans von 8. Mit Bezug
auf 9 ist der detaillierte Aufbau des Versorgungseinrichtung 210,
des Hochspannungstransformators HVT, des Mikrowellengenerators 220 und
der Steuerungseinrichtung 240 identisch zu jenem, der vorher
mit Bezug auf 8 beschrieben wurde. Das in 9 gezeigte
einzigartige Merkmal besteht darin, dass der Spannungsfühler 230 die
Vorspannung Vbs an die Seite des Spannungsteilerwiderstandes R11
anlegt, um eine gleichgerichtete, positive Strom an die Steuerungseinrichtung 140 anzulegen.
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Ferner
ist 10 eine Abwandlung des Schaltplans von 8 mit
einem Invertierer OP. Mit Bezug auf 10 ist
der detaillierte Aufbau der Versorgungseinrichtung 210,
des Hochspannungstransformators HVT, des Mikrowellengenerators 220 und der
Steuerungseinrichtung 240 identisch zu jenem, der vorher
mit Bezug auf 8 beschrieben wurde. Das in 10 gezeigte
einzigartige Merkmal besteht darin, dass der Invertierer OP an eine
Seite des Spannungsteilerwiderstandes R10 angeschlossen ist, so
dass der Spannungsfühler 230 eine
gleichgerichtete, positive Spannung an die Steuerungseinrichtung 140 anlegt.
Die Bezugsziffer R13 ist ein Widerstand.
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11 ist
ein Kurvenbild zur Darstellung einer Verteilung der Werte der Impedanz
und der Cutoff-Spannung, die sich gemäß der Menge der Nahrungsmittel ändern. Mit
Bezug auf 11 ist die Menge der Nahrungsmittel
gleichmäßig entlang
einer Linie verteilt, die die Positionen verbindet, welche die Impedanz
Rm und die Cutoff-Spannung Ez schneiden. Die Daten sind in der Steuerungseinrichtung 240 vorgespeichert.
Die Steuerungseinrichtung 240 vergleicht die Daten mit
der erfassten Impedanz Rm und der erfassten Cutoff-Spannung Ez und
ermittelt die Menge der Nahrungsmittel auf der Basis des Vergleichsergebnisses.
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Nachstehend
wird der Betrieb des Mikrowellenofens gemäß der weiteren bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 7 bis 11 ausführlicher
beschrieben.
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Zuerst
stellt der Benutzer die zu kochenden Nahrungsmittel in die Kochkammer,
schließt
die Tür und
drückt
die Starttaste der Eingabeeinrichtung 250, um den Mikrowellenofen
zu betätigen,
ohne Eingeben der Daten über
die Menge der Nahrungsmittel. Die Eingabeeinrichtung 250 gibt
das Signal von den ausgewählten
Tasten in die Steuerungseinrichtung 240 ein, und die Steuerungseinrichtung 240 erfasst derartige
Signale und steuert die Versorgungseinrichtung 210 dementsprechend
an. Die Versorgungsleistung wird gemäß dem Betrieb der Versorgungseinrichtung 210 zum
Hochspannungstransformator HVT geliefert, und der Hochspannungstransformator HVT
transformiert die gelieferte Spannung auf die Hochspannung von etwa
2000V und überträgt die Hochspannung
zum Mikrowellengenerator 220. Dann verdoppeln der Hochspannungskondensator HVC
und die Hochspannungsdiode HVD des Mikrowellengenerators 220 die
Hochspannung von 2000V – die
durch den Hochspannungstransformator HVT transformiert wird – auf etwa
4000V. Das Magnetron MGT wird mit der so verdoppelten Hochspannung versorgt,
um Mikrowellen mit 2450 MHz zu erzeugen. Dabei wird die Ausgangsspannung
Vap der Kathode des Magnetrons MGT an die Spannungsteilerwiderstände X10
und X11 des Spannungsfühlers 230 angelegt
und auf der Basis der jeweiligen Widerstandsverhältnisse geteilt. Die geteilte
Ausgangsspannung Vb wird zur Steuerungseinrichtung 240 übertragen. Ferner
wird die Ausgangsspannung Va vom spannungserniedrigenden Widerstand
X12, der mit der Erdung des Hochspannungstransformators HVT verbunden
ist, zur Steuerungseinrichtung 240 übertragen. Dann berechnet die
Berechnungseinrichtung 242 der Steuerungseinrichtung 240 die
Impedanz Rm und die Cutoff-Spannung
Ez durch die Werte der jeweiligen Widerstände X10, X11 und X12 und der Spannungen
Va, Vb und Vap, die durch den Spannungsfühler 230 erfasst wurden.
Wenn man einen solchen Berechnungsprozeß ausführlicher beschreibt, sind die
Ausgangsspannungen Va und Vb hinsichtlich der folgenden Gleichungen
(1) und (2) durch das Ohmsche Gesetz definiert. Va = im X
R12 [Gleichung 1] Vb = R11/(R11 + R10) X Vap [Gleichung 2]
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Hier
ist im der in der Sekundärspule des Hochspannungskondensators
HVC induzierte Strom, X10, X11 und X12 sind die jeweiligen Widerstände und
Va, Vb und Vap sind die jeweils den Widerständen entsprechenden Ausgangsspannungen.
Unterdessen ist die Ausgangsspannung Vap durch die folgende Gleichung
(3) gemäß einer
Spannungsgleichgewichtsgleichung definiert. Vap = Ez + im X Rm [Gleichung 3]
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Hier
sind Vap und im die Werte der Gleichungen
1 und 2, Rm bezieht sich auf die Impedanz und Ez bezieht sich auf
die Cutoff-Spannung. Folglich wird die folgende Gleichung (4) durch
Ersetzen von Vap und im, die durch die Gleichung
(3) definiert sind, durch die Gleichungen (1) und (2) und Bilden
der Ableitung nach einer Zeitvariable (t) erhalten. Rm/R12 X (dVa/dt) = (R10
+ R11)/R11 X (dVb/dt) [Gleichung
4]
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Dann
werden schließlich
die Impedanz Rm und die Cutoff-Spannung
Ez durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) berechnet. Rm = R12(R10 + R11)/R11 X ΔVb/ΔVa [Gleichung 5] Ez = (R10 + R11)/R11 X Vb – Rm/R12
X Va [Gleichung 6]
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Folglich
berechnet die Berechnungseinrichtung 242 die Impedanz Rm
und die Cutoff-Spannung Ez durch Einsetzen der vom Spannungsfühler 230 erfassten
Ausgangsspannungen Va, Vb und Vap und der Werte der Widerstände R10,
R11 und R12 in die Gleichungen 5 und 6. Dann vergleicht/ermittelt
die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241 die berechnete
Impedanz Rm und die berechnete Cutoff-Spannung Ez, die von der Berechnungseinrichtung 242 berechnet
wurden, mit den Daten über
die Impedanz Rm und die Cutoff-Spannung Ez, die darin vorgegeben
wurden (siehe 10), und ermittelt die Menge der
Nahrungsmittel durch das Vergleichsergebnis. Insbesondere wenn die
Nahrungsmittel mit einer unbekannten Menge in die Kochkammer gestellt
werden und wenn die Impedanz Rm und die Cutoff-Spannung Ez als 300Ω bzw. 3500V
ermittelt werden, wird durch der Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241 auf
der Basis der vorgespeicherten Daten, die in 10 dargestellt
sind, festgestellt, dass die Menge der Nahrungsmittel 900 cm3 beträgt.
Folglich ist die Menge der Nahrungsmittel ermittelt und die Versorgungssteuerungseinrichtung 243 steuert
die Versorgungseinrichtung 210 in Abhängigkeit der Menge der Nahrungsmittel,
die durch die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241 ermittelt
wurde. Das heißt,
die Versorgungssteuerungseinrichtung 243 schaltet selektiv
das Relais RY1 der Versorgungseinrichtung 210 gemäß der Menge
der Nahrungsmittel für
eine vorbestimmte Zeit ein/aus, so dass die Nahrungsmittel unter
den zweckmäßigen Bedingungen
gekocht werden. Ferner steuert die Anzeigesteuerungseinrichtung 244 die
Anzeige 260 gemäß der Menge
der Nahrungsmittel, die durch die Vergleichs-/Ermittlungseinrichtung 241 ermittelt
wurde, so dass die Daten über
die Menge der Nahrungsmittel auf der Anzeige 260 angezeigt
werden. Folglich kann die Menge der Nahrungsmittel von dem Mikrowellenofen
automatisch erfasst werden und die Nahrungsmittel können unter
den zweckmäßigen Bedingungen
gekocht werden, so dass der Benutzer die Verwendung des Mikrowellenofens
praktisch findet und dass die Fehler des Benutzers bei der Bedienung
des Mikrowellenofens verhindert werden können. Ferner werden unter Verwendung
von Bauteilen mit annehmbaren Preisen die Herstellungskosten verringert
und der Herstellungsprozeß wird
einfacher, so dass die Produktivität verbessert wird.
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Gemäß dem Nahrungsmittelmengendetektor dieses
Mikrowellenofens und dem Mikrowellenofen, der den Nahrungsmittelmengendetektor
verwendet, und dem Steuerungsverfahren dafür muß der Benutzer, wie vorstehend
beschrieben, die Menge der Nahrungsmittel nicht selbst ermitteln
oder die Betriebsbedingungen des Mikrowellenofens, wie z.B. die
Kochzeit, die Kochtemperatur und die Leistung der Mikrowellenstrahlung
oder dergleichen, einstellen, sondern der Benutzer drückt einfach
die Starttaste, durch die der Mikrowellenofen automatisch die Erfassung der
Ausgangsspannung des Mikrowellengenerators und die Ermittlung der
Menge der Nahrungsmittel gemäß den erfassten
Daten durchführt.
Folglich wird die Bedienung dieses Mikrowellenofens viel praktischer.
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Da
die Nahrungsmittel ferner unter den Betriebsbedingungen des Mikrowellenofens
entsprechend deren Menge, die durch diesen Mikrowellenofen ermittelt
wird, gekocht werden, werden die Nahrungsmittel unter den exakten
Betriebsbedingungen gekocht.
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Da
der Mikrowellenofen gemäß der vorliegenden
Erfindung darüber
hinaus keine zusätzlichen Vorrichtungen
zum Erfassen der Menge der Nahrungsmittel, wie z.B. einen Gassensor,
einen Gewichtssensor oder dergleichen, benötigt, sondern einfach die preiswerten
Bauteile, wie z.B. Widerstände
usw., benötigt,
um die Menge der Nahrungsmittel zu ermitteln, werden die Herstellungskosten
verringert und die Herstellungsprozesse werden vereinfacht. Demzufolge
wird die Produktivität
verbessert.