DE3751125T2

DE3751125T2 - Feuchtigkeitsmesskreis.

Info

Publication number: DE3751125T2
Application number: DE3751125T
Authority: DE
Inventors: Yuzi Ando; Masanobu Fujii; Yuichi Mori; Masato Nakatani; Hirokazu Tahara; Tatsuya Tsuda
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-02-04
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2007-01-31
Also published as: KR870008181A; US4768378A; NZ219136A; EP0232817A2; KR890004076B1; AU574947B2; AU6828787A; EP0232817A3; DE3751125D1; EP0232817B1; CA1287986C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine elektronische Schaltung und insbesondere eine Feuchtigkeitserkennungsschaltung zum Erkennen des Endes eines Kochvorgangs anhand der Feuchtigkeit in einem Kochgerät, beispielsweise einem Mikrowellenofen oder dergleichen.
Eine solche Feuchtigkeitserkennungsschaltung ist in einer Feuchtigkeitserkennungsvorrichtung vorhanden, die in einem Mikrowellenofen oder dergleichen verwendet wird.
Eine herkömmliche Feuchtigkeitserkennungsschaltung ist zum Beispiel wie in Fig. 1 dargestellt aufgebaut. Bei Verwendung eines ersten Temperaturerkennungswiderstands H' und eines zweiten Temperaturerkennungswiderstands N' zieht der erste Temperaturerkennungswiderstand H' eine Ausgangsspannung VH, indem er sich selbst über eine einen großen und konstanten Strom liefernde Schaltung IH heizt, wobei beide Temperaturerkennungswiderstände H' und N' durch Verwendung von Metallfilmen über die Temperatur in ihren Widerstandswerten mit positiven Temperaturkoeffizienten linear verändert werden. Andererseits zieht der zweite Temperaturerkennungswiderstand N' über eine einen sehr geringen und konstanten Strom liefernde Schaltung IN eine Spannung VN, die proportional zur Umgebungstemperatur ist. Wenn ein Konstantstromwert derart eingestellt ist, daß die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Temperaturerkennungswiderständen H' und N', d.h. der Wert von VN-VH, im trockenen Zustand Null wird, wird auch die Differenzspannung, unabhängig von der Umgebungstemperatur Null. Wenn die Luft bei fortschreitendem Kochen in der Mikrowelle zunehmend dampfhaitiger wird, wird dem auf 150ºC bis 200ºC selbstgeheizten ersten Temperaturerkennungswiderstand H' durch den Dampf Wärme entzogen, wodurch dessen Temperatur verringert wird, so daß die Spannung auf seiten des ersten Temperaturerkennungswiderstands H' gesenkt wird. Da sich die Ausgangsspannung VN auf seiten des zweiten Temperaturerkennungswiderstands N' nicht verändert, wird VN-VH dementsprechend nicht Null. Diese Spannung wird von einem Operationsverstärker CP3 durch eine Rf'/RS'-Verstärkung verstärkt, um das Vorhandensein von Feuchtigkeit zu erkennen. Ein Operationsverstärker CP1 und ein Operationsverstärker CP2 sind Spannungsfolger zum Übertragen der Ausgangsspannungen VN und VH an den Operationsverstärker CP3.
Es gilt die folgende Gleichung, wobei die Widerstandswerte des ersten bzw. des zweiten Temperaturerkennungswiderstands H' und N' bei 0ºC mit RH bzw. RN, die jeweiligen Temperaturkoeffizienten mit αH und αN und die jeweiligen Widerstandswerte bei den Temperaturen tH und tN mit rH bzw. rN bezeichnet sind.
rH = RH(1+αH tH) ..... (1)
rN = RN(1+αN tN) ..... (2)
Ein Temperaturanstieg (tH-tN) durch das Selbstheizen steht in linearer Beziehung mit der vorn ersten Temperaturerkennungswiderstand H' verbrauchten elektrischen Leistung.
Da tN gleich der Umgebungstemperatur ist, gilt
rH IH² = hm(tH-tN)S ..... (3)
Hier bezeichnet hm einen Wärmeübertragungskoeffizienten und S die Oberfläche des ersten Temperaturerkennungswiderstands H'.
Aus den Gleichungen (1) und (3) kann die folgende Gleichung erhalten werden.
Da das erste Glied der Gleichung (4) eine Konstante wird, wenn hm im trockenen Zustand konstant ist, weist der selbstgeheizte erste Temperaturerkennungswiderstand H' bis 0ºC den folgenden Widerstandswert aur.
Dementsprechend ist der erste Temperaturerkennungswiderstand H' in diesem Fall äquivalent zu dem Temperaturerkennungswiderstand mit dem Temperaturkoeffizienten αH.
Die Ausgangsspannungen der Operationsverstärker CP1 und CP2 von Fig. 1 sind wie folgt.
VN = rN IN = RN IN(1+αN tN) ..... (6)
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers CP3 läßt sich wie folgt ausdrücken.
Wenn IN und IH derart gewählt. sind, daß
zum Einstellen einer Konstanten gebildet werden kann, wird Vout der Gleichung (7) normalerweise Null, da hm im trockenen Zustand konstant ist. Die folgende Gleichung kann durch Umschreiben aus der Gleichung (7) gebildet werden.
Zwar ist hm im trockenen Zustand konstant, jedoch steigt hm, wenn im Verlauf des Kochvorgangs Dampf aus dem Kochgut zu steigen beginnt. In diesem Moment steigt Vout schnell von Null an, so daß die Feuchtigkeitserkennung erfolgen kann. Die Veränderung von Vout im Verlauf der Zeit ist in Fig. 2 dargestellt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Feuchtigkeitserkennungsschaltung ist es jedoch erforderlich, eine große Zahl von Schaltungselementen vorzusehen, beispielsweise zwei Konstantstromquellen IH und IN, drei Operationsverstärker CP1, CP2 und CP3 und dergleichen. Ferner war es sehr schwierig, die beiden Konstantstromquellen IH und IN in die Schaltung so zu integrieren, daß die Bedingungen der Gleichung (9) erfüllt werden.
In Patent Abstracts of Japan, Bd. 9, Nr. 203 (P-381), 1926, 21. August 1985, ist eine Feuchtigkeitserkennungsschaltung offenbart, bei der zwei Thermistoren in einer Brückenschaltung vorgesehen sind. Die Brückenschaltung hat zwei Zweige, wobei ein Zweig eine Reihenschaltung bestehend aus den beiden Thermistoren und der andere Zweig eine aus zwei Widerständen bestehende Reihenschaltung aufweist. Die Abgleichspannungen der Brückenschaltung werden einem Differentialverstärker zugeführt, dessen Ausgangssignal einer Steuerschaltung zugeführt wird. Die Steuerschaltung empfängt an einem anderen Eingang die Spannung des Verbindungspunkts der beiden Widerstände, um einen Wert der absoluten Feuchtigkeit zu liefern, selbst wenn die Temperatur während des Messens schwankt. Diese Schaltung erfordert eine Brückenschaltung und ihre Genauigkeit hängt von den Toleranzen und Veränderungen der Brückenwiderstände ab.
Die vorliegende Erfindung wurde daher mit der Absicht entwickelt, die zuvor beschriebenen Nachteile der bekannten Feuchtigkeitserkennungsschaltung im wesentlichen zu eliminieren und hat als Hauptaufgabe, eine verbesserte Feuchtigkeitserkennungsschaltung zu schaffen, bei der das gemeinsame Vorsehen zweier Konstantstromquellen in der Schaltung nicht erforderlich ist.
Eine weitere wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Feuchtigkeitserkennungsschaltung des vorgenannten Typs zu schaffen, deren Aufbau einfach und deren Funktion zuverlässig ist, und die mit geringem Kostenaufwand leicht hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Feuchtigkeitserkennungsschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen gleiche Teile stets mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und welche zeigen:
Fig. 1 - ein Schaltbild der elektronischen Schaltung der herkömmlichen Feuchtigkeitserkennungsschaltung zum Erkennen des Abschlusses des Kochvorgangs in einem Mikrowellenofen (wie zuvor bereits erwähnt);
Fig. 2 - eine graphische Darstellung der Kurve der von der herkömmlichen Feuchtigkeitserkennungsschaltung nach Fig. 1 erzeugten Ausgangsspannung über der Zeit (wie zuvor bereits erwähnt);
Fig. 3 - ein Grundschaltbild einer erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserkennungsschaltung zum Erkennen des Abschlusses eines Kochvorgangs in einem Mikrowellenofen;
Fig. 4 - eine graphische Darstellung der Kurve der von der Feuchtigkeitserkennungsschaltung nach Fig. 3 erzeugten Ausgangsspannung über der Zeit;
Fig. 5 - ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Feuchtigkeitserkennungsschaltung von Fig. 3;
Fig. 6 - eine graphische Darstellung der Kurve der von der Feuchtigkeitserkennungsschaltung nach Fig. 5 erzeugten Ausgangsspannung über der Zeit;
Fig. 7 - ein Grundschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung zum Erkennen des Abschlusses eines Kochvorgangs in einem Mikrowellenofen;
Fig. 8 - eine perspektivische Darstellung des Mikrowellenofens, in dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet;
Fig. 9 - eine Seitenansicht einer Abluftleitung mit einem daran angebrachten Feuchtigkeitssensor, der in einer Feuchtigkeitserkennungsschaltung integriert ist;
Fig. 10 - eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitssensors von Fig. 9;
Fig. 11 - eine vergrößerte Seitenansicht eines der Temperaturerkennungswiderstände, bei dem eine ungleichmäßige Temperatur erzeugt wird, wenn keine Gleichrichterbox vorhanden ist;
Fig. 12 - eine graphische Darstellung der Ausgangsspannung des Feuchtigkeitssensors der Fig. 10, wenn keine Gleichrichterbox vorgesehen ist;
Fig. 13 - eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitssensors;
Fig. 14 - eine vergrößerte Seitenansicht eines der in dem Feuchtigkeitssensor von Fig. 13 vorgesehenen Temperaturerkennungswiderstände, bei dem Abluft gegen den Temperaturerkennungswiderstand gerichtet ist;
Fig. 15 - eine Seitenansicht von Fig. 14, ähnlich der Fig. 11, welche den Abluftstrom darstellt;
Fig. 16 - ist eine graphische Darstellung ähnlich derjenigen in Fig. 12, die die Ausgangsspannung des Feuchtigkeitssensors von Fig. 13 darstellt;
Fig. 17 - eine perspektivische Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitssensors;
Fig. 18 - eine graphische Darstellung der Ausgangsspannungen der Feuchtigkeitserkennungsscha1tung von Fig. 5 bei nicht vorgesehener und bei vorgesehener Gleichrichterbox, wobei ein in dem Mikrowellenofen befindliches Kühlgebläse betätigt wurde;
Fig. 19 - eine graphische Darstellung der Ausgangsspannungen der Feuchtigkeitserkennungsschaltung von Fig. 5 wobei die Betriebsspannung des Kühlgebläses verändert wurde, während die Ausgangsspannung konstant gehalten wurde;
Fig. 20 - eine Darstellung ähnlich Fig. 13, die ein viertes Ausführungsbeispiel des Feuchtigkeitssensors zeigt;
Fig. 21 - eine Vorderansicht des Feuchtigkeitssensors von Fig. 20;
Fig. 22 - eine vergrößerte perspektivische Explosionsdarstellung des Temperaturerkennungswiderstands, ähnlich Fig. 14, welche die ungleichmäßige Temperatur eines Temperaturerkennungsbereichs desselben für den Fall darstellt, daß die Abluft gegen Leitungsschenkelbereiche desselben gerichtet ist;
Fig. 23 - eine der Fig. 17 ähnliche Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitssensors;
Fig. 24 - eine graphische Darstellung der Feuchtigkeitserkennungsschaltung von Fig. 5, wobei zwei unterschiedliche Arten von Materialien für die Gleichrichterbox verwendet wurden und das Kühlgebläse betätigt wurde;
Fig. 25 - eine der Fig. 17 ähnliche Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitssensors;
Fig. 26 - eine der Fig. 17 ähnliche Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitssensors;
Fig. 27 - eine Schnittdarstellung der Temperaturerkennungswiderstände der Fig. 26:
Fig. 28 - eine der Fig. 10 ähnliche Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels des Feuchtigkeitssensors; und
Fig. 29 - eine graphiszhe Darstellung des Einflusses einer Zeitkonstante des Temperaturerkennungswiderstands auf die Ausgangsspannung der Feuchtigkeitserkennungsschaltung von Fig. 5 in bezug auf die Wärme.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Im folgenden wird das Prinzip der erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserkennungsschaltung zum Erkennen des Abschlusses eines Kochvorgangs in einer Mikrowelle anhand der Fign. 3 und 4 beschrieben.
Obwohl die erfindungsgemäße elektronische Schaltung gemäß Fig. 3 dahingehend im wesentlichen die gleiche ist wie die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche elektronische Schaltung, daß ein erster Temperaturerkennungswiderstand H durch eine Konstantstromquelle Io selbstgeheizt ist, unterscheidet sich die erstere von der letzteren dadurch, daß ein zweiter Temperaturerkennungswiderstand N zwischen einem Ausgang des ersten Temperaturerkennungswiderstands H und einem Invertiereingang eines Operationsverstärkers OP angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung weist einen ersten Temperaturerkennungswiderstand H, der zum Erkennen der Feuchtigkeit einen Selbstheizvorgang durchführt, einen zweiten Temperaturerkennungswiderstand N zum Erkennen der Umgebungstemperatur, eine Konstantstromquelle Io, einen Operationsverstärker OP und einen mit dem Operationsverstärker OP verbundenen Rückkopplungswiderstand Rf auf. Ein Anschluß des ersten Temperaturerkennungswiderstands H ist direkt mit dem Ausgangsanschluß der Konstantstromquelle Io, so daß der erste Temperaturerkennungswiderstand H durch die Konstantstromquelle Io selbstgeheizt ist, während die anderen Anschlüsse des ersteren und der letzteren mit Masse verbunden sind. Die Anschlußspannung des ersten Temperaturerkennungswiderstands H wird über den zweiten Temperaturerkennungswiderstand N an den Invertiereingang (d.h. den negativen Anschluß) des Operationsverstärkers OP angelegt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP wird über den Rückkopplungswiderstand Rf negativ an seinen Invertiereingang zurückgeführt, wobei der nicht invertierende Eingangsanschluß (d.h. der positive Anschluß) mit Masse verbunden ist. Daher kann die Zahl der Elemente der erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserkennungsschaltung im Vergleich zur herkömmlichen Feuchtigkeitserkennungsschaltung erheblich verringert werden.
Ausgehend von der Annahme, daß in Fig. 3 das Verhältnis rH « rN ist, ist die Anschlußspannung VH des ersten Temperaturerkennungswiderstands H beim Selbstheizen gemäß Gleichung (5) wie folgt.
Da die Verstärkung des Operationsverstärkers OP unter der Bedingung rH « rN
ist, kann die Ausgangsspannung Vout wie folgt erhalten werden, wenn αH = αN gesetzt wird.
Da der Wärmeübertragungskoeffizient hm im trockenen Zustand konstant ist, nimmt die Ausgangsspannung Vout einen negativen Wert an. Mit durch den während des Kochvorgangs erzeugten Dampf ansteigendem hm wird der Absolutwert von Vout gering, so daß das in der Fig. 4 dargestellte Zeitverhalten der Ausgangsspannung erhalten werden kann.
Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Obwohl in der elektronischen Schaltung von Fig. 3 sowohl die positive als auch die negative Leistungsquelle für den Operationsverstärker OP erforderlich ist, ist die elektronische Schaltung nach Fig. 5 derart vereinfacht, daß nur die positive Leistungsquelle erforderlich ist.
Wie in Fig. 5 dargestellt, besteht die Konstantstromquelle aus einem ersten Operationsverstärker OP1, einem Transistor Q, einem Widerstand RS und einer Referenzleistungsquelle Vref, welche den Konstantstrom Io = Vref/RS dem ersten Temperaturerkennungswiderstand H zuführt. Die Ausgangsspannung der Referenzleistungsquelle Vref wird an den nicht invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 angelegt, und ein Anschluß des ersten Temperaturerkennungswiderstands H ist direkt mit dem Emitter des Transistors Q verbunden, welcher den Ausgangsstrom des ersten Operationsverstärkers OP1 verstärkt, wobei das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers OP1 an die Basis des Transistors Q angelegt wird. Der andere Anschluß des ersten Temperaturerkennungswiderstands H ist über den Widerstand RS mit Masse verbunden und ferner mit dem invertierenden Eingangsanschluß (d.h. dem negativen Anschluß des ersten Operationsverstärkers OP1 verbunden, so daß beim Verstärken des Ausgangssignals des ersten Operationsverstärkers OP1 dieses negativ an den invertierenden Eingangsanschluß des ersten Operationsverstärkers OP1 über den ersten Temperaturerkennungswiderstand H zurückgeführt wird. Ferner wird eine Anschlußspannung des ersten Temperaturerkennungswiderstands H über den zweiten Temperaturerkennungswiderstand N an den invertierenden Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers OP2 angelegt, wobei der zweite Temperaturerkennungswiderstand wie in Fig. 3 der Erkennung der Umgebungstemperatur dient. Die andere Anschlußspannung des ersten Temperaturerkennungswiderstands H wird direkt an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des zweiten Qperationsverstärkers OP2 angelegt. Das Ausgangssignal dem zweiten Operationsverstärkers OP2 wird über einen Rückkopplungswiderstand Rf negativ an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers zurückgeführt. Die Verbindung zwischen dem zweiten Temperaturerkennungswiderstand N und dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers OP2 ist über den Widerstand RB mit Masse verbunden. Ferner ist in dieser elektronischen Schaltung eine weitere Leistungsquelle Vcc vorgesehen, so daß die Ausgangsspannung der ersten Leistungsquelle Vcc an den ersten Operationsverstärker OP1, den zweiten Operationsverstärker OP2 und den Kollektor des Transistors Q angelegt wird.
Die Ausgangs spannung des zweiten Operationsverstärkers OP2 von Fig. 5 wird bei αH = αN wie folgt abgeleitet.
Zunächst wird der Widerstand RB, der mit dem negativen Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers OP2 verbunden ist, abgeglichen gehalten, so daß Vout im Anfangszustand des Kochvorgangs ein konstanter Wert ist. Wenn hm durch den im Verlauf des Kochvorgangs erzeugten Dampf des Kochguts ansteigt, nimmt der erste Term in der Gleichung (10) ab. Demzufolge steigt Vout schnell an und liefert eine Kurve in bezug auf die Zeit, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist.
Obwohl dasin Fig. 3 dargestellte Prinzip es erfordert, daß αH = αN ist, ist es schwierig, diesen Zustand in bezug auf die Leistung des Temperaturerkennungswiderstands zu erreichen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserkennungsschaltung ist die Feuchtigkeitserkennung daher möglich, selbst wenn das Verhältnis αH = αN nicht erfüllt werden muß.
Dieses andere Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserkennungsschaltung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.
Der Unterschied zu der zuvor in Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen elektronischen Schaltung liegt darin, daß die Anschlußspannung VH des ersten Temperaturerkennungswiderstands H an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers OP über den zweiten Temperaturerkennungswiderstand N und einen zusätzlich in Reihe damit verbundenen Widerstand Rc angelegt wird.
Es ist ein erster Temperaturerkennungswiderstand H, der zum Erkennen der Feuchtigkeit einen Selbstheizvorgang durchführt, ein zweiter Temperaturerkennungswiderstand N zum Erkennen der Umgebungstemperatur, eine Konstantstromquelle Io, ein Operationsverstärker OP, ein mit dem Operationsverstärker OP verbundener Rückkopplungswiderstand Rf und ein Widerstand Rc vorgesehen, der mit dem zweiten Temperaturerkennungswiderstand N in reihe verbunden ist. Der erste Temperaturerkennungswiderstand H ist durch die Konstantstromquelle Io selbstgeheizt und die Anschlußspannung des ersten temperaturerkennungswiderstands H kann an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers OP über den zweiten Temperaturerkennungswiderstand N und den Widerstand Rc angelegt werden.
Die Feuchtigkeitserkennungsschaltung kann derart ausgebildet werden, daß ein Gleichmachen von αH und αN durch diese Schaltung nicht erforderlich ist.
Die Verstärkung des Operationsverstärkers von Fig. 7 läßt sich folgendermaßen ausdrücken.
Dementsprechend wird die Ausgangsspannung Vout wie folgt abgeleitet.
Wenn Rc derart gewählt wird, daß die folgende Gleichung gilt,
wird die Ausgangsspannung Vout wie folgt abgeleitet:
In dieser Gleichung ist C als Konstante abgeleitet.
Da hm im trockenen Zustand konstant ist, hat die Ausgangsspannung Vout einen konstanten Wert. Mit durch den im Verlauf des Kochvorgangs erzeugten Dampf ansteigenden hm wird der Absolutwert von Vout geringer, so daß ein zeitverhalten erreicht wird, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.
Aufgrund des zuvor beschriebenen Aufbaus der erfindungsgemaßen Feuchtigkeitserkennungsschaltung kann das Ende des Kochvorgangs in einem Mikrowellenofen oder dergleichen anhand der Feuchtigkeit einfach durch den Abgleichvorgang der in Reihe geschalteten Widerstände erfolgen, ohne daß das Angleichen der jeweiligen Feuchtigkeitskoeffizienten αH und αN des ersten und des zweiten Temperaturerkennungswiderstands H und N erforderlich ist, wodurch ein deutlicher Effekt beim automatischen Erwärmungsvorgang des Nahrungsmittels erreicht wird.
Im folgenden werden verschiedene Beispiele für den Aufbau eines Feuchtigkeitserkennungssensors beschrieben, der in einer Feuchtigkeitserkennungsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung Anwendung findet, enthalten ist.
Fig. 8 zeigt einen Mikrowellenofen mit einer Feuchtigkeitserkennungsvorrichtung, die die erfindungsgemäße Feuchtigkeitserkennungsschaltung aufweist. Der in Fig. 8 dargestellte Mikrowellenofen weist ein Magnetron 1, einen Hochspannungstransformator 2, ein Kühlgebläse 3 zum Kühlen des Magnetrons 1 und des Hochspannungstransformators 2, eine Heizkammer 4 und eine Abluftleitung 7 auf, wobei das Magnetron 1, der Hochspannungstransformator 2 und das Kühlgebläse 3 in einem Hauptkörper 5 außerhalb der Heizkammer 4 angeordnet sind. Die Strahlung des Magnetrons 1 selbst wird über die Abluftleitung 7 zusammen mit in der Heizkammer 4 enthaltener warmer Luft (a), die durch ein zu erwärmendes Objekt erzeugt wird, über eine Lüftungsöffnung 6 abgeleitet, die in einer Kammerwand der Heizkammer 4 ausgebildet ist. Ein Feuchtigkeitssensor 8 ist, wie in Fig. 9 dargestellt, an der Abluftleitung 7 angebracht, über welche der von dem in der Heizkammer 4 befindlichen erwärmten Objekt erzeugte Dampf aus der Heizkammer 4 abgeführt wird.
Fig. 10 ist ein erstes Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8 zum Erkennen der Feuchtigkeit in der Atmosphäre innerhalb der als Ventilationsdurchlaß dienenden der Abluftleitung 7, wobei der Sensor 8 den selbstgeheizten oder durch eine Wärmequelle geheizten ersten Temperaturerkennungswiderstand H, den dem ersten Temperaturerkennungswiderstand H benachbarten zweiten Temperaturerkennungswiderstand N zum Erkennen von Feuchtigkeit in der Umgebungsluft und einer Basisplatte 11 zum Stützen des ersten und des zweiten Temperaturerkennungswiderstands H und N.
Der Feuchtigkeitssensor 8 ist vorzugsweise ferner mit einer Gleichrichterbox versehen, wie in den nachfolgend beschriebenen Beispielen erläutert.
Fig. 13 zeigt ein zweites Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8A, der mit einer Gleichrichterbox 12A in Form eines rechtwinkligen Quaders mit offenem Boden versehen ist, der den ersten und den zweiten Temperaturerkennungswiderstand H und N umgibt. Die Gleichrichterbox 12A weist eine Frontplatte 12A-a mit einer rechteckigen Einlaßöffnung 13 und eine Rückplatte 12A-b mit einer rechteckigen Auslaßöffnung 14 auf, wobei die in die Gleichrichterbox 12A geleitete Ventilationsluft sowohl durch die Einlaß- als auch die Auslaßöffnung 13 und 14 mengenmäßig geregelt wird, wobei die Gleichrichterbox 12A derart angeordnet ist, daß die Front- und die Rückplatte 12A-a und 12A-b die Strömungsrichtung der Ventilationsluft im Ventilationsdurchlaß in rechtem Winkel kreuzen.
Aufgrund des zuvor beschriebenen Aufbaus strömt die in die Gleichrichterbox 12A durch die Abluftleitung 7 eingetretene Luft C gegen den ersten und den zweiten Temperaturerkennungswiderstand H und N. Wenn bei einer Umgebungstemperatur von beispielsweise 20ºC die Abluft, die Dampf von 50ºC enthält, gegen die Temperaturerkennungsbereich 9 und 10 der Temperaturerkennungswiderstände H und N strömt, wie in Fig. 14 dargestellt, kann, falls keine Gleichrichterbox vorgesehen ist, das starke oder schwache Auftreffen der Abluft auf die Oberfläche der Temperaturerkennungswiderstände H und N wie in Fig. 11 dargestellt derart erfolgen, daß ungleiche Temperaturen A1 und A2 erzeugt werden, das die Strömungsgeschwindigkeit der Abluft C so hoch ist, daß keine Gleichrichtung erfolgt. Dementsprechend entsteht auch eine unerwünschte Ungleichheit der Ansprechzeit in bezug auf die Temperatur der Abluft, was zu der in Fig. 12 dargestellten erheblichen Schwankung der Ausgangswerte der Temperaturerkennungswiderstände H und N führt.
Wenn jedoch die Abluft in die Gleichrichterbox 12A geleitet wird, um die Strömungsgeschwindigkeit zu verringern und das Gleichrichten zu bewirken, wird das Auftreffen der Abluft gleichmäßig, so daß die Abluft entlang der gesamten Oberflächen der Temperaturerkennungswiderstände H und N strömt, wie in Fig. 15 dargestellt, was dazu führt, daß die ungleich Temperatur an den Oberflächen der Temperaturerkennungswiderstände H und N oder die ungleiche Ansprechgeschwindigkeit ausgeglichen wird.
Es ergibt sich daraus ein stabilisiertes Ausgangssignal D, wie in Fig. 16 dargestellt. Das derart erhaltene stabilisierte Ausgangssignal hat den Effekt, daß die korrekte Heizzeit berechnet werden kann.
Fig. 17 zeigt ein drittes Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8B. Wenn die Einlaßöffnung 1:3 der Gleichrichterbox 12A nach Fig. 13 klein ist, kann die Öffnung 13 durch Fremdstoffe wie Öl, Essensteile oder dergleichen, die in dem im Verlauf des Kochvorgangs entstehenden Dampf enthalten sind, verstopft werden. In diesem Fall kann die dampfhaltige Luft nicht gegen den ersten und den zweiten Temperaturerkennungswiderstand H und N strömen, so daß die Feuchtigkeit nicht erkennt werden kann.
Bei diesem Beispiel ist daher die Gleichrichterbox 12B mit einer Frontplatte 12B-a versehen, die mehrere Einlaßöffnungen 13a aufweist. Die Gleichrichterbox 12B ist fest an der Basisplatte 11B derart angebracht, daß Schenkelteile 12a der Gleichrichterbox 12B zunächst durch die jeweiligen Löcher 11a der Basisplatte 11B geführt und anschließend umgebogen werden. Der übrige Aufbau ist ähnlich demjenigen des zweiten Beispiels.
Es sei angenommen, daß bei einem zuvor beschriebenen Aufbau eine Einlaßöffnung 13a durch Fremdpartikel verstopft sei, wobei die Luft C jedoch immer noch durch die anderen Einlaßöffnungen 13a in die Gleichrichterbox 12B strömen kann, so daß eine stabile Feuchtigkeitserkennung weiterhin möglich bleibt.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem zweiten und dem dritten Beispiel die Ausgangsschwankungen verringert werden können, da die Luftgeschwindigkeit verringert wird, selbst wenn die zu liefernde Spannung verändert wurde. Wenn die in Fig. 5 dargestellte Feuchtigkeitserkennungsschaltung verwendet wird, zeigt Fig. 18 in graphischer Darstellungsweise die Ausgangsspannungen Vout in bezug auf den im ersten Beispiel beschriebenen Feuchtigkeitssensor 8 und den als zweites bzw. drittes Beispiel beschriebenen Feuchtigkeitssensor 8A bzw. 8B bei eingeschaltetem Kühlgebläse 3. In Fig. 18 ist die Ausgangsspannung Vout des Feuchtigkeitssensors 8 des ersten Beispiels mit X gekennzeichnet, während die Ausgangsspannung Vout des Feuchtigkeitssensors 8A bzw. 8B des zweiten bzw. dritten Beispiels mit Y gekennzeichnet ist. Im letzteren Fall ist die Spannungsänderung verringert, da die Geschwindigkeit der gegen die Temperaturerkennungswiderstände H und N strömenden Luft verringert ist.
Fig. 19 ist eine graphische Darstellung der Charakteristiken für den Fall, daß sich die dem Kühlgebläse 3 zugeführte Spannung verändert, wenn die Ausgangsspannung Vout durch das Drehen des Kühlgebläses 3 konstant wird. In Fig. 19 gilt X1 für das erste Beispiel und Y1 gilt für das zweite bzw. das dritte Beispiel. Im letzteren Fall wird die Ausgangsspannungsschwankung auf ein extrem geringes Maß geregelt.
Die Fign. 20 und 21 zeigen ein viertes Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8C, bei dem die Einlaßöffnung 13b und die Auslaßöffnung 14b, die jeweils langgestreckt horizontal verlaufen, im unteren Bereich der Gleichrichterbox 12C ausgebildet sind, wobei die horizontale Breite jeder länglichen Öffnung 13b und 14b kürzer als der Abstand zwischen zwei voneinander beabstandeten Leitungsschenkelteilen 9A und 10A der jeweiligen Temperaturerkennungswiderstände H oder N ist, so daß die in die Gleichrichterbox 12C eingeleitete Luft C nicht direkt auf den ersten und den zweiten Temperaturerkennungswiderstand H bzw. N auftrifft. Demzufolge wird die Strömungsgeschwindigkeit der warmen Luft zum Durchführen des Gleichrichtvorgangs verringert und trifft im wesentlichen gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche der Temperaturerkennungswiderstände H bzw. N auftrifft, um die an diesen auftretenden Temperaturschwankungen auszugleichen. Der übrige Aufbau des Feuchtigkeitssensors 8C ist bei diesem Beispiel ähnlich dem zuvor beschriebenen zweiten Beispiel.
Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau wird die in die Gleichrichterbox 120 eingeleitete Luft C zu einer turbulenten Strömung, die die gesamte Oberfläche der Temperaturerkennungswiderstände H bzw. N umströmt, wie in Fig. 15 dargestellt, so daß das Auftreffen der Abluft C gleichmäßig wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn die horizontale Breite jeder Öffnung 13b oder 14b länger ist als der Abstand zwischen den beiden Leitungsschenkelteilen 9A bzw. 10A der jeweiligen Temperaturerkennungswiderstände H oder N, die durch die Einlaßöffnung 13b einströmende Abluft direkt auf die Schenkelteile 9A und 10A der Temperaturerkennungswiderstände H und N trifft, wie in Fig. 22 dargestellt, so daß die Wärmeableitung von den Schenkelteilen 9A und 10A zunächst zu einer Erhöhung der Temperaturen an den beiden Endbereichen A1 der Temperaturerkennungsbereiche 9 und 10 führt, wodurch eine unerwünschte Temperaturdifferenz zwischen den beiden Endbereichen A1 und dem Mittelteil A2 auftritt. Die Ungleichmäßigkeit tritt auch bei der Reaktionszeit in bezug auf die Temperatur der Abluft auf, so daß eine Schwankung wie in Fig. 12 dargestellt in der Ausgangsspannung Vout der Elemente 9 und 10 auftritt.
Bei diesem Beispiel jedoch strömt die in die Gleichrichterbox 120 eingeströmte Luft in turbulenter Strömung entlang der gesamten Oberfläche der Temperaturerkennungswiderstände H und N, da die horizontale Breite jeder der Öffnungen 13b und 14b kleiner ist als der Abstand zwischen den Schenkelteilen 9A oder 10A, und die Abluft trifft somit gleichmäßig auf diese auf, wodurch die ungleiche Temperatur an den Oberflächen der Temperaturerkennungsbereiche 9 und 10 oder die ungleiche Reaktionszeit in bezug auf die Temperatur ausgeglichen wird. Demzufolge ist das Ausgangssignal D in erwünschter Weise stabilisiert, wie in Fig. 16 dargestellt.
Ein fünftes Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8D ist in den Fign. 23 und 24 dargestellt, wobei die Gleichrichterbox 12D aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder dergleichen, besteht, das eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Es sei bei diesem Beispiel darauf hingewiesen, daß eine wärmeisolierende Abdichtung 15 vorgesehen ist, um eine thermische Beeinflussung der Basisplatte 11D zu verhindern. Der übrige Aufbau des Feuchtigkeitssensors BD dieses Beispiels ist ähnlich demjenigen des vorgenannten dritten Beispiels.
Fig. 24 zeigt die Oharakteristiken der Zeit, die vom Beginn der Rotation des Kühlgebläses 3 bis zum Stabilisieren der Schaltungsausgangsspannung bei einer aus Polypropylenharz mit einer Dicke von 1 mm und bei einer aus Aluminium mit einer Dicke von 0,6 mm bestehenden Gleichrichterbox 12D erforderlich ist. Wie Fig. 24 deutlich zeigt, benötigte die Stabilisierung des Ausgangs der Schaltung bei dem durch W symbolisierten Polypropylen drei Minuten, während bei dem eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Metall, beispielsweise Aluminium oder dergleichen, vorteilhafterweise nur ungefähr 50 Sekunden erforderlich waren.
Ein sechstes Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8E ist in Fig. 25 dargestellt, wobei zwischen dem ersten Temperaturerkennungswiderstand H und dein zweiten Temperaturerkennungswiderstand N eine Trennplatte 16 in der Gleichrichterbox 12E vorgesehen ist, um die beiden Widerstände H und N voneinander zu trennen, wobei in der Trennplatte 16 eine oder mehrere Öffnungen 16a ausgebildet sind, die den Durchtritt der Abluft durch diese ermöglichen. Der übrige Aufbau des Feuchtigkeitssensors 8E nach diesem Beispiel ist ähnlich demjenigen es vorgenannten dritten Beispiels.
Durch den zuvor beschriebenen Aufbau kann die Geschwindigkeitsveränderung der in die Gleichrichterbox 12E eingeleiteten Luft C verringert werden. so daß die ansonsten dadurch bewirkte Veränderung von hm in der Gleichung (9) zum Zwecke eine korrekten Feuchtigkeitserkennung minimiert werden kann.
Ein siebtes Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8F ist in den Fign. 26 und 27 dargestellt, wobei auf dem ersten und dem zweiten Temperaturerkennungswiderstand H und N jeweils ein Kunstharzfilm 17 und 18 ausgebildet ist. Die Kunstharzfilme 17 und 18 bestehen aus einem hitzebeständigen Material wie Siliziumharz, Polyimid oder dergleichen, und bedecken beide Schenkelbereiche 9A und 10A und die Temperaturerkennungsbereiche 9 und 10 der Temperaturerkennungswiderstände H und N. Der übrige Aufbau des Feuchtigkeitssensors 8F dieses Beispiels ist ähnlich demjenigen des vorgenannten dritten Beispiels.
Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau kann eine hochgenaue Feuchtigkeitserkennung erfolgen, da der erste und der zweite Temperaturerkennungswiderstand H bzw. N eine erhöhte thermische Kapazität aufweisen, durch Eliminieren des Einflusses der ungleichmäßig auftreffenden Luft die durch diese ansonsten bewirkte Schwankung von hm verringert und die und die Schwankung der Ausgangsspannung zum Zwecke der Stabilisierung derselben verhindert wird.
Die Fign. 28 und 29 zeigen ein achtes Beispiel des Feuchtigkeitssensors 8G, bei dem die Temperaturerkennungsbereiche 9 und 10 des ersten und des zweiten Temperaturerkennungswiderstands H und N von der Basisplatte 11 einen Abstand (S) von 5 mm oder mehr aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, daß der übrige Aufbau des Feuchtigkeitssensors 8G dieses Beispiels ähnlich demjenigen des zuvor genannten zweiten Beispiels ist.
Da das Kühlgebläse 3 bei abgeschaltetem Mikrowellenofen nicht dreht und die Temperaturerkennungswiderstände H und N in engem Kontakt mit der Basisplatte 11 auf dieser montiert sind, wie in den Fign. 9 und 10 dargestellt, strömt die Abluft nicht gegen die Temperaturerkennungswiderstände H und N und die Basisplatte 11, so daß die Basisplatte 11 durch den selbstheizenden Temperaturerkennungswiderstand H erwärmt wird. Wenn sich das Kühlgebläse 3 während des Kochens dreht, strömt die Abluft aus dem Inneren des Mikrowellenofens gegen die Temperaturerkennungswiderstände H und N und die Basisplatte 11. Da jeder der Temperaturerkennungswiderstände H und N eine kleine Zeitkonstante in bezug auf die Wärme hat, wird er nach ungefähr dreißig Sekunden nach Beginn des Drehens des Kühlgebläses 3 in einen thermischen Gleichgewichtszustand gebracht.
Da die Basisplatte 11 jedoch eine hohe thermische Kapazität hat, weist sie eine Zeitkonstante von ungefähr drei Minuten bezüglich der Wärme auf. Wenn daher die Temperaturerkennungswiderstände H und N in engem Kontakt mit der Basisplatte 11 an dieser montiert sind, wird die Schaltungsausgangsspannung nicht vor Ablauf von ungefähr drei Minuten nach dem Beginn des Drehens des Kühlgebläses 3 stabilisiert, wie durch die durchgezogene Linie W in Fig. 29 dargestellt.
Wenn jedoch die Temperaturerkennungsbereiche 9 und 10 der Temperaturerkennungswiderstände H und N ungefähr 5 mm oder mehr von der Basisplatte 11 entfernt montiert sind, wie bei diesem Beispiel der Fall, wird die Erwärmung der Basisplatte 11 durch den selbstheizenden Temperaturerkennungswiderstand H verringert. Da zwischen der Basisplatte 11 und den Temperaturerkennungswiderständen H und N durch die Drehung des Kühlgebläses 3 wärmeisolierende Luft schichten gebildet werden, übt die in der Basisplatte 11 gespeicherte Wärme nur einen extrem geringen Einfluß auf die Temperaturerkennungswiderstände H und N aus, wodurch die Schaltungsausgangsspannung in ungefähr dreißig Sekunden stabilisiert ist, wie in Fig. 29 durch die gestrichelte Linie U dargestellt, da die Ausgangsspannung im wesentlichen von der Zeitkonstanten der Temperaturerkennungswiderstände H und N in bezug auf die Wärme abhängt.
Der zuvor beschriebene einfache Aufbau des Feuchtigkeitssensors, bei dem die mit Einlaß- und Auslaßöffnungen für den Luftdurchtritt versehene Gleichrichterbox lediglich dazu vorgesehen ist, die Temperaturerkennungswiderstände in der Feuchtigkeitserkennungsvorrichtung zu umschließen, bewirkt vorteilhafterweise, daß die durch den ungleichmäßigen Luftstrom erzeugte ungleichmäßige Temperatur der Temperaturerkennungsbereiche eliminiert werden und eine korrekte Feuchtigkeitserkennung erfolgen kann.

Claims

1. Feuchtigkeitserkennungsschaltung zum Erkennen von Umgebungsfeuchtigkeit in der Umgebung, mit:

- einer Konstantstromquelle (Io);

- einem ersten Temperaturerkennungswiderstand (H), der zum Erkennen der Umgebungsfeuchtigkeit durch die Konstantstromquelle selbstgeheizt ist;

- einer Einrichtung zum Verbinden eines Anschlusses des ersten Temperaturerkennungswiderstands (H) mit einem Ausgangsanschluß der Konstantstromquelle (Io);

- einem zweiten Temperaturerkennungswiderstand (N) zum Erkennen der Umgebungstemperatur;

- einem Operationsverstärker (OP; OP2) mit einem invertierenden Eingangsanschluß, einem nicht invertierenden Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß; und

- einem dem Operationsverstärker zugeordneten Rückkopplungswiderstand (Rf);

- einer Einrichtung zum Verbinden des Rückkopplungswiderstands (Rf) zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers,

gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung zum Verbinden des zweiten Temperaturerkennungswiderstands (N) zwischen den einen Anschluß des ersten Temperaturerkennungswiderstands (H) und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers, derart, daß die Anschlußspannung des ersten Temperaturerkennungswiderstands über den zweiten Temperaturerkennungswiderstand in den invertierenden Eingangsanschluß eingegeben wird;

wobei die Ausgangsspannung (Vout) des Operationsverstärkers sich beim Auftreten von Feuchtigkeit in der Umgebung von einem konstanten Wert aus verändert.

2. Feuchtigkeitserkennungsschaltung nach Anspruch 1, ferner mit einem dritten Widerstand (Rc) und einer Einrichtung zum Verbinden des dritten Widersands zwischen den zweiten Temperaturerkennungswiderstand (N) und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (OP), derart, daß die Anschlußspannung des ersten Temperaturerkennungswiderstands über den zweiten Temperaturerkennungswiderstand (N) und den dritten Widerstand (Rc) in den invertierenden Eingangsanschluß eingegeben wird.

3. Mikrowellenofen mit einer Feuchtigkeitserkennungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2.