EP0294872A1 - Four à micro-ondes détectant la fin de décongélation d'un produit - Google Patents

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EP0294872A1
EP0294872A1 EP19880201084 EP88201084A EP0294872A1 EP 0294872 A1 EP0294872 A1 EP 0294872A1 EP 19880201084 EP19880201084 EP 19880201084 EP 88201084 A EP88201084 A EP 88201084A EP 0294872 A1 EP0294872 A1 EP 0294872A1
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EP
European Patent Office
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sensor
temperature
product
microwave oven
microwave
Prior art date
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EP19880201084
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German (de)
English (en)
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EP0294872B1 (fr
Inventor
Michel Steers
Gilles Delmas
Jean-Pierre Hazan
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.)
Laboratoires dElectronique Philips SAS
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Electronique & Physique
Laboratoires dElectronique Philips SAS
Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/666—Safety circuits

Definitions

  • the invention relates to a microwave oven comprising a microwave source and a sensor placed in the oven near a product to be treated, the absorbed microwave energy being distributed between the sensor and the product, causing their temperature rise, the temperature of the sensor being measured by a measuring device.
  • Microwave ovens are now widely used to defrost and reheat food previously placed in a freezer. This defrosting is generally carried out by an empirical method: the user determines an approximate weight of the food to be defrosted and deduces therefrom an approximate time too during which his microwave oven must operate. It follows a more or less complete thawing, even a beginning of cooking.
  • water an essential constituent of most foods, absorbs microwaves very differently around 2.45 GHz depending on whether its temperature is below or above 0 ° C. Below 0 ° C the ice is very substantially transparent to microwaves, on the other hand for a temperature above 0 ° C water very strongly absorbs microwaves.
  • Document FR 2 571 830 describes a microwave oven provided with a standard load placed in the oven next to the food to be treated.
  • the standard load absorbs microwave energy according to a distribution taking place as a function of the loads constituted by the standard load and the load of the food to be treated.
  • the heating speed of the standard load is practically independent of the temperature of the sensor.
  • the technical problem posed by the invention is therefore to follow the evolution of the temperature of the product to be thawed and to determine the end of thawing in order to be able to operate the next step.
  • the oven includes a calculation and control device which determines the end of the thawing of the product by calculating the values of the second derivative of the rise in temperature of the sensor as a function of time, and which acts on the operation of the oven at the end of defrosting when the values of the second derivative are less than a predetermined value.
  • the calculation and control device acts on the operation of the oven at the end of defrosting when the values of the second derivative are less than a predetermined value.
  • the oven can thus be programmed either manually or automatically for a subsequent cooking stage, or be stopped if only the defrosting stage was planned.
  • ⁇ P. ⁇ t / mc
  • ⁇ the temperature variation during the time difference ⁇ t for a mass m of a specific heat body c.
  • P is the microwave power available in the oven.
  • thermodynamic characteristics of one of the charges are known, the temperature variation of the defrosting sensor will be dependent on the presence and the thermodynamic state of the product to be thawed.
  • the sensor must have determined and stable thermodynamic parameters.
  • the temperature rise of the sensor will depend on the state of the product to be thawed. In particular if the product which by its nature contains a lot of water leaves the freezer at a temperature of around -20 ° C, it will only very slightly absorb microwaves. Therefore all the power available in the microwave will be used to raise the temperature of the sensor. As soon as the thawing process of the product is started, it will absorb more and more microwave power and consequently the temperature rise of the sensor will be slower.
  • the slope (first derivative) of the temperature rise curve of the sensor as a function of time will therefore constantly decrease until all the ice present in the product to be thawed is completely transformed into water. Thereafter in accordance with the calorimetric law of temperature rise in a microwave oven as a function of time, the temperature rise of the product will be a linear function of time if the thermodynamic characteristics of the product do not vary.
  • the temperature measuring device delivers an electrical signal whose variations as a function of time are determined by a calculation and control device. These variations are processed by the calculation device which compares said variations as a function of time at successive instants. It thus determines the values of the second derivative of the curve representing the evolution over time of the temperature of the sensor measured by the measuring device. The device then intervenes to control the operating cycle of the microwave source when two successive values of said variations are substantially equal, that is to say when the values of the second derivative are less than a predetermined value.
  • the presence of the sensor eliminates the need for the oven energy change switch. It suffices to operate the oven at the start with a low repetition rate of waves and then measure the slope (first derivative) of the temperature rise curve of the sensor as a function of time. If this slope is decreasing (with an absolute value of the second derivative greater than the predetermined value) the product present in the oven is being thawed. If this slope is small (with an absolute value of the second derivative lower than the predetermined value) the oven can automatically increase its microwave emission cycle because the product present in the oven is already thawed and is therefore only to be reheated .
  • the criterion for stopping the defrosting function must take into account the fact that if the product to be defrosted is essentially composed of ice, the second derivative may be constant and therefore resemble that of an already thawed product. The distinction is then made by the value of this second derivative: - if it is substantially equal to that of the sensor alone, the product present in the oven is frozen, - if it is significantly lower, the product in the oven is therefore thawed.
  • the substance of the defrosting sensor must have losses greater than the dielectric losses of the ice.
  • the substance of the sensor can be a liquid such as water, oil or a solid solid or deposited on a non-absorbent support. It can be placed in a box that lets microwaves pass.
  • the defrost sensor can be removable or integral with the microwave oven. When it is removable it can easily be removed for cleaning and positioned anywhere in the cavity. It can also be integral with the oven and form an integral part of the oven itself. In this case, it may consist of a liquid substance which circulates in a pipeline, the member for measuring temperature variations determining the temperature difference between the inlet and the outlet of the pipeline. Circulation can be ensured by a pump.
  • FIG. 1a represents the variations in temperature 10 of a sensor formed by a mass m1 of 100 grams of water and the variations in temperature 11 in a product formed by a mass m2 of water both placed in a microwave oven for temperatures above ambient temperature and this for a period determined as a function of the mass m2.
  • the mass m2 increases the temperature rise of the two masses decreases.
  • the mass m1 of the sensor undergoes a rise in temperature greater than that undergone by the higher mass m2.
  • FIG. 1b represents the variations in temperature 12 of a mass of m1 + m2 grams of water.
  • the curve 13 is formed of the points obtained by calculating from equation 1 the elevation that a mass of m1 + m2 grams of water would undergo. We see that the two curves overlap. This makes it possible to demonstrate that the microwave energy dissipated in thermal form is distributed in the two loads for raise their temperature inversely proportional to their mass and their specific heat. The rise in temperature of the sensor will therefore make it possible to follow the rise in temperature of the product located nearby and in particular to follow the thawing steps.
  • FIG. 2a indicates the variations in temperature 21 as a function of time of a sensor formed of water during the thawing of a mass of 200 grams of ice.
  • the slope (first derivative) of curve 21 is represented by curve 22.
  • the slope of curve 22 (the second derivative of curve 21) is represented by curve 25.
  • the second derivative 25, presented here in the form of line segments begins by increasing and then decreasing, in absolute value, during the thawing step. When this is finished, the second derivative has a low value. When this value becomes lower than a predetermined value, the calculation and control device can intervene to position the oven for a new operation: cooking, slow reheating, off, etc.
  • Figure 2b shows a curve similar to that of Figure 2a.
  • the first and second derivatives are determined with a finer calculation step.
  • Curve 1 represents the temperature variation of the sensor.
  • Curve 2 represents the first derivative of curve 1.
  • Curve 3 represents the second derivative of curve 1. The zeros of the scales for curves 2 and 3 are indicated on the right.
  • FIG. 3 represents a nonlimiting example of embodiment of a defrosting sensor 30. It represents a substance 31 which can absorb microwaves, the subs tance being in contact with a member 32 for measuring its temperature. This can be formed by a thermocouple, a thermistor, a semiconductor detector or any other temperature measuring element. It is connected to the outside by the connections 33.
  • the substance 31 can be liquid. It is then placed in a housing 34 or a container. Substance 31 can be solid. It may or may not be placed in a housing 34. The substance can also be deposited on a support which does not absorb or only slightly absorb microwaves.
  • the liquid substance can be water, oil or any other liquid having sufficient dielectric losses to ensure usable heating of the sensor.
  • the solid substance can be a ferrite, a solid partially containing metal ions or any other solid having sufficient losses to ensure usable heating of the sensor.
  • FIG. 4a represents a microwave oven 40 provided with a defrosting sensor 30. It is placed next to the product to be defrosted 41.
  • a microwave source 42 emits microwaves which are picked up by the product 41 and the sensor 30.
  • the temperature measurement carried out on the sensor 30 is transmitted to a calculation and control device 43 which acts on the microwave source to modify its operation.
  • FIG. 4b represents another microwave oven in which the defrosting sensor consists of the substance 31 which is separated from the temperature measurement member 32.
  • This consists of an infrared light radiation detector of pyroelectric type. It thus remotely determines the temperature of the substance 31.
  • the measurement is itself transmitted to the calculation and control device 43 which acts on the microwave source 42.
  • FIG. 4c represents another microwave oven 40 in which the sensor consists of a pipe containing a liquid, a part being located in the cavity of the oven. Circulation can be ensured by a pump 45.
  • the temperature measurement device takes the temperatures at the inlet and at the outlet of the pipe portion located in the cavity and delivers its data to the calculation and control device 43 which acts on the microwave source 42.
  • FIG. 5 represents an electrical diagram for the implementation of the control of the operation of the microwave source from measurements made by the sensors.
  • the electrical signals coming from the sensor 30 penetrate into the calculation and control device 43.
  • it is formed by an A / D converter 51 joined to a microprocessor 52 provided with a memory 53. It operates with an operating clock 54.
  • the microprocessor 52 will determine the variations in slope of the electrical signal received and store the values in memory 53.
  • the value at time t is compared to that determined at time t-1, and when the two successive values are substantially equal, the microprocessor intervenes on the supply 55 of the magnetron 56 which constitutes the microwave source.
  • An alarm 57 can warn of the progress of operations.
  • the operating mechanism is as follows.
  • the temperature of the sensor is converted into an electrical signal which is transformed into a digital signal via an analog to digital converter.
  • This signal is subsequently memorized by a RAM memory and processed by the microprocessor.
  • the processing consists, in the case of defrosting, of measuring the temperature at a fixed time interval and of comparing the different measurements with one another in order to determine a slope (first derivative) of the temperature rise curve of the sensor as a function of the time then to determine the evolution (second derivative) of said slope. For example, during a complete defrost, a measurement point can be taken every two seconds, and a measurement of the slope of the temperature rise can be made every 100 points by a method such as least squares method.
  • Such a measurement shows a variation in slope in function tion of time, the characteristics of which may be as follows in the case of a body containing a lot of water. - At first, the load is frozen. The temperature rise of the sensor is rapid and follows a curve which would be that if the sensor were alone. Under these conditions the slope measured by the method of least squares is substantially a straight line substantially parallel to the time axis. - Then the load begins to thaw. The temperature rise of the sensor is slower. The curve of the slope as a function of time then has a negative derivative.

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Abstract

Four à micro-ondes comprenant une source micro-­ondes et un capteur placé dans le four à proximité d'un pro­duit à traiter, l'énergie micro-onde absorbée se répartissant entre le capteur et le produit en provoquant leur élévation de température, la température du capteur étant mesurée par un organe de mesure. Il comprend un dispositif de calcul et de contrôle qui détermine la fin de la décongélation du produit en calculant les valeurs de la dérivée seconde de la courbe d'élévation de la température du capteur en fonction du temps. Le dispositif de calcul et de contrôle agit sur le fonctionne­ment du four en fin de décongélation lorsque les valeurs de la dérivée seconde sont inférieures à une valeur prédéterminée.

Description

  • L'invention concerne un four à micro-ondes compre­nant une source micro-ondes et un capteur placé dans le four à proximité d'un produit à traiter, l'énergie micro-onde absor­bée se répartissant entre le capteur et le produit en provo­quant leur élévation de température, la température du capteur étant mesurée par un organe de mesure.
  • Les fours à micro-ondes sont maintenant couramment employés pour décongeler et réchauffer des aliments préalable­ment placés dans un congélateur. Cette décongélation s'effec­tue généralement par une méthode empirique : l'utilisateur dé­termine un poids approximatif de l'aliment à décongeler et en déduit un temps lui aussi approximatif pendant lequel doit fonctionner son four à micro-ondes. Il s'ensuit une décongéla­tion plus ou moins complète, voire un commencement de cuisson. D'autre part il est connu dans la littérature que l'eau, cons­tituant essentiel de la plupart des aliments, absorbe très différemment les micro-ondes vers 2,45 GHz selon que sa tempé­rature est inférieure ou supérieure à 0°C. En dessous de 0°C la glace est très sensiblement transparente aux micro-ondes, par contre pour une température supérieure à 0°C l'eau absorbe très fortement les micro-ondes. Ce phénomène est dû aux varia­tions de pertes diélectriques de l'eau en fonction de la tem­pérature. Le document FR 2 571 830 décrit un four à micro-on­des muni d'une charge-étalon placée dans le four à côté des aliments à traiter. La charge-étalon absorbe l'énergie micro-­onde selon une répartition s'effectuant en fonction des char­ges constituées par la charge-étalon et la charge des aliments à traiter.
  • Il est ainsi possible, à partir de l'échauffe­ment de la charge-étalon, de connaître la quantité d'aliments se trouvant dans le four et de déterminer automatiquement le temps de cuisson. D'après ce document la vitesse d'échauffe­ment de la charge-étalon serait pratiquement indépendante de la température du capteur.
  • Bien que l'opération de décongélation soit nom­mée, aucun moyen n'est révélé qui permette de suivre et de contrôler cette transition délicate qui concerne le passage pour l'élément d'un état congelé en un état décongelé.
  • Le problème technique posé par l'invention est donc de suivre l'évolution de la température du produit à dé­congeler et de déterminer la fin de la décongélation afin de pouvoir opérer l'étape suivante.
  • La solution de ce problème technique consiste en ce que le four comprend un dispositif de calcul et de contrôle qui détermine la fin de la décongélation du produit en calcu­lant les valeurs de la dérivée seconde de la courbe d'éléva­tion de la température du capteur en fonction du temps, et qui agit sur le fonctionnement du four en fin de décongélation lorsque les valeurs de la dérivée seconde sont inférieures à une valeur prédéterminée.
  • Dans cette situation le dispositif de calcul et de contrôle agit sur le fonctionnement du four en fin de dé­congélation lorsque les valeurs de la dérivée seconde sont in­férieures à une valeur prédéterminée. Le four peut ainsi être programmé soit manuellement, soit automatiquement pour une étape de cuisson subséquente, ou être arrêté si seule l'étape de décongélation était prévue.
  • Dans un four à micro-ondes l'élévation de tempé­rature d'une charge en fonction du temps suit une loi du type calorimétrique :
        Δϑ = P.Δt/mc
    où Δϑ est la variation de température pendant l'écart de temps Δt pour une masse m d'un corps de chaleur spécifique c. P est la puissance micro-onde disponible dans le four.
  • Il a été vérifié expérimentalement que cette loi se vérifie lorsque cette masse est séparée en deux masses m₁ et m₂ tel que m = m₁+m₂.
  • La loi devient alors :
    • (1)      m₁Δϑ₁ + m₂Δϑ₂ = mΔϑ
      Δϑ₁ et Δϑ₂ sont alors respectivement les élévations de tempé­rature des deux masses m₁ et m₂ et Δϑ serait l'élévation de température de la masse m si elle avait été soumise aux micro-­ondes dans le four dans les mêmes conditions que les masses m₁ et m₂, en particulier pendant le même temps de chauffage. Cette loi se vérifie encore lorsque deux masses de chaleurs spécifiques différentes sont introduites dans le four :
    • (2)      m₁c₁Δϑ₁ + m₂c₂Δϑ₂ = mcΔϑ.
  • De ces lois il s'ensuit que si deux charges sont introduites en même temps dans un four à micro-ondes, la puis­sance totale disponible se répartie dans les deux charges pour élever la température de chaque charge d'une valeur de tempé­rature inversement proportionnelle à leur masse et à leur ca­pacité calorifique. Ainsi si les caractéristiques thermodyna­miques de l'une des charges sont connues la variation de tem­pérature du capteur de décongélation sera dépendante de la présence et de l'état thermodynamique du produit à décongeler. Le capteur doit présenter des paramètres thermodynamiques dé­terminés et stables.
  • Mais la loi représentée par les relations (1) ou (2) concerne des substances pour lesquelles l'absorption des micro-ondes est la même. Si cela n'est pas le cas, les élé­vations de température de la substance de masse m₁ et de la substance de masse m₂ vont être modifiées en conséquence. En particulier, et c'est la situation exploitée par l'invention, lorsque l'une des substances est de la glace, son coefficient d'absorption est très faible. L'énergie micro-onde sera donc absorbée principalement par le capteur lui-même qui, lui, est prévu pour avoir un coefficient d'absorption suffisant. Le passage par la substance de l'état de glace à l'état d'eau va faire que la substance va progressivement absorber de plus en plus d'énergie micro-onde donc s'échauffer de plus en plus. L'énergie absorbée par le capteur va elle diminuer progressi­vement. Ainsi l'évolution de la température du capteur va per­mettre de suivre l'évolution de la température du produit en cours de décongélation placé à proximité. La vitesse d'échauf­fement du capteur ne sera alors pas pratiquement indépendante de sa température comme l'indique le document FR 2 571 830 mais au contraire sera révélatrice du changement d'état ther­modynamique de la substance du produit.
  • L'élévation de température du capteur dépendra de l'état du produit à décongeler. En particulier si le produit qui par sa nature contient beaucoup d'eau sort du congélateur à une température avoisinant -20°C, il n'absorbera que très faiblement les micro-ondes. Par suite toute la puissance dis­ponible dans le four à micro-ondes sera utilisée pour élever la température du capteur. Dès que le processus de décongéla­tion du produit est engagé celui-ci absorbera de plus en plus la puissance micro-onde et par suite l'élévation de températu­re du capteur sera moins rapide. La pente (dérivée première) de la courbe d'élévation de température du capteur en fonction du temps va donc constamment décroître jusqu'à ce que toute la glace présente dans le produit à décongeler soit complètement transformée en eau. Par la suite conformément à la loi calori­métrique d'élévation de température dans un four à micro-ondes en fonction du temps, l'élévation de température du produit sera une fonction linéaire du temps si les caractéristiques thermodynamiques du produit ne varient pas.
  • Pour déterminer la température du capteur l'organe de mesure de la température délivre un signal électrique dont les variations en fonction du temps sont déterminées par un dispositif de calcul et de contrôle. Ces variations sont trai­tées par le dispositif de calcul qui compare lesdites varia­tions en fonction du temps à des instants successifs. Il dé­termine ainsi les valeurs de la dérivée seconde de la courbe représentant l'évolution dans le temps de la température du capteur mesurée par l'organe de mesure. Le dispositif inter­vient ensuite pour contrôler le cycle de fonctionnement de la source micro-ondes lorsque deux valeurs successives desdites variations sont sensiblement égales, c'est-à-dire lorsque les valeurs de la dérivée seconde sont inférieures à une valeur prédéterminée.
  • La présence du capteur rend inutile le commutateur de variations d'énergie du four. Il suffit en effet de faire fonctionner le four au début avec un taux de répétition d'é­mission des ondes faible et de mesurer alors la pente (dérivée première) de la courbe d'élévation de température du capteur en fonction du temps. Si cette pente est décroîssante (avec une valeur absolue de la dérivée seconde supérieure à la va­leur prédéterminée) le produit présent dans le four est en cours de décongélation. Si cette pente est faible (avec une valeur absolue de la dérivée seconde inférieure à la valeur prédéterminée) le four peut automatiquement augmenter son cy­cle d'émission des micro-ondes car le produit présent dans le four est déjà décongelé et est donc seulement à réchauffer.
  • Le critère d'arrêt de la fonction décongélation doit tenir compte du fait que si le produit à décongeler est essentiellement composé de glace, la dérivée seconde peut être constante et par suite ressembler à celle d'un produit déjà décongelé. La distinction se fait alors par la valeur de cette dérivée seconde :
    - si elle est sensiblement égale à celle du capteur seul, le produit présent dans le four est congelé,
    - si elle est nettement inférieure, le produit présent dans le four est donc décongelé.
  • Lorsqu'il est nécessaire d'avoir une très bonne sensibilité de détection au début de la décongélation, il est possible d'utiliser comme substance un liquide dont la capa­cité calorifique et/ou l'absorption hyperfréquence diminue très fortement avec la température, de l'huile par exemple. Dans ces conditions lorsque le produit sera encore congelé, la température du liquide s'élèvera très rapidement et dès que la décongélation débutera il y aura apparition d'un pa­lier très net sur la courbe d'évolution de la température du capteur en fonction du temps. Ce phénomène s'explique par la très forte diminution du produit mcΔϑ du capteur. Il est éga­lement envisageable d'utiliser plusieurs capteurs aux caracté­ristiques thermodynamiques différentes.
  • Le produit à décongeler étant généralement formé d'une grande partie de glace, la substance du capteur de dé­congélation doit présenter des pertes supérieures aux pertes diélectriques de la glace.
  • La substance du capteur peut être un liquide tel que l'eau,l'huile ou un solide massif ou déposé sur un support non absorbant. Elle peut être placée dans un boîtier qui laisse passer les micro-ondes.
  • Le capteur de décongélation peut être amovible ou solidaire du four à micro-ondes. Lorsqu'il est amovible il peut aisément être retiré pour être nettoyé et positionné dans un endroit quelconque de la cavité. Il peut également être so­lidaire du four et faire partie intégrante du four lui-même. Dans ce cas il peut être constitué d'une substance liquide qui circule dans une canalisation, l'organe de mesure des varia­tions de température déterminant l'écart de température entre l'entrée et la sortie de la canalisation. La circulation peut être assurée par une pompe.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide des figu­res suivantes données à titre d'exemples non limitatifs et qui représentent :
    • figure 1a : les courbes de variations de tempéra­ture d'un capteur de masse m₁ = 100 grammes et d'un produit de masse m₂ formés tous deux d'eau à l'état liquide en fonction de la masse m₂.
    • figure 1b : les courbes de variations montrant la concordance des mesures expérimentales de température effec­tuées sur une masse m₁+m₂ et celles déduites du calcul de l'é­ quation 1.
    • figure 2a : les courbes de la température et des variations de la température en fonction du temps d'un capteur d'eau placé à côté d'un produit à décongeler formé d'une masse de glace au cours de la décongélation de la masse de glace.
    • figure 2b : une courbe analogue à celle de la fi­gure 2a représentant la fin de décongélation d'un produit mais avec un pas de calcul plus fin pour la mesure des dérivées première et seconde.
    • figure 3 : une représentation schématique d'un capteur.
    • figure 4a, figure 4b, figure 4c : trois représen­tations schématiques d'un four à micro-ondes utilisant diffé­rents capteurs.
    • figure 5 : un schéma électrique selon l'invention pour la mise en oeuvre du contrôle du fonctionnement de la source micro-ondes à partir des mesures effectuées par le cap­teur afin de contrôler la décongélation.
  • La figure 1a représente les variations de la tem­pérature 10 d'un capteur formé d'une masse m₁ de 100 grammes d'eau et les variations de la température 11 d'un produit for­mé d'une masse m₂ d'eau placés tous deux dans un four à micro-­ondes pour des températures au-dessus de la température am­biante et ceci pendant une durée déterminée en fonction de la masse m₂. Lorsque la masse m₂ croît l'élévation de température des deux masses décroît. La masse m₁ du capteur subit une élé­vation de température supérieure à celle subit par la masse m₂ plus élevée.
  • La figure 1b représente les variations de la tem­pérature 12 d'une masse de m₁+m₂ grammes d'eau. La courbe 13 est formée des points obtenus en calculant à partir de l'équa­tion 1 l'élévation que subirait une masse de m₁+m₂ grammes d'eau. On constate que les deux courbes se superposent. Ceci permet de mettre en évidence que l'énergie micro-onde dissipée sous forme thermique se répartie dans les deux charges pour élever leur température de manière inversement proportionnelle à leur masse et à leur chaleur spécifique. L'élévation de tem­pérature du capteur va donc permettre de suivre l'élévation de température du produit situé à proximité et en particulier de suivre les étapes de décongélation.
  • La figure 2a indique les variations de la tempéra­ture 21 en fonction du temps d'un capteur formé d'eau au cours de la décongélation d'une masse de 200 grammes de glace. La pente (dérivée première) de la courbe 21 est représentée par la courbe 22. La pente de la courbe 22 (la dérivée seconde de la courbe 21) est représentée par la courbe 25. On constate qu'au moment du départ cette dérivée première présente en va­leur absolue une valeur élevée qui décroît d'abord lentement puis assez rapidement enfin pour se stabiliser. Cette stabili­sation va être prise pour décider de la fin de décongélation et utilisée par le dispositif de calcul et de contrôle. La dé­rivée seconde 25, présentée ici sous la forme de segments de droite, commence par croître puis décroître, en valeur abso­lue, au cours de l'étape de décongélation. Lorsque celle-ci est terminée, la dérivée seconde présente une faible valeur. Lorsque cette valeur devient inférieure à une valeur prédé­terminée, le dispositif de calcul et de contrôle peut inter­venir pour positionner le four pour une opération nouvelle : cuisson, réchauffage lent, arrêt, etc...
  • La figure 2b représente une courbe analogue à celle de la figure 2a. Les déterminations des dérivées premiè­re et seconde sont effectuées avec un pas de calcul plus fin. La courbe 1 représente la variation de température du capteur. La courbe 2 représente la dérivée première de la courbe 1. La courbe 3 représente la dérivée seconde de la courbe 1. Les zéros des échelles pour les courbes 2 et 3 sont indiqués sur la partie droite.
  • La figure 3 représente un exemple non limitatif de réalisation d'un capteur de décongélation 30. Elle représente une substance 31 qui peut absorber des micro-ondes, la subs­ tance étant en contact avec un organe de mesure 32 de sa tem­pérature. Celui-ci peut être formé d'un thermocouple, d'une thermistance, d'un détecteur à semiconducteur ou de tout autre élément de mesure de température. Il est relié à l'extérieur par les connexions 33. La substance 31 peut être liquide. Elle est alors placée dans un boîtier 34 ou un récipient. La subs­tance 31 peut être solide. Elle peut être ou non placée dans un boîtier 34. La substance peut aussi être déposée sur un support n'absorbant pas ou peu les micro-ondes.
  • La substance liquide peut être l'eau, l'huile ou tout autre liquide ayant des pertes diélectriques suffisantes pour assurer un échauffement exploitable du capteur.
  • La substance solide peut être une ferrite, un so­lide contenant en partie des ions métalliques ou tout autre solide ayant des pertes suffisantes pour assurer un échauffe­ment exploitable du capteur.
  • La figure 4a représente un four à micro-ondes 40 muni d'un capteur de décongélation 30. Il est placé à côté du produit à décongeler 41. Une source micro-ondes 42 émet des micro-ondes qui sont captées par le produit 41 et le capteur 30. La mesure de température effectuée sur le capteur 30 est transmise à un dispositif de calcul et de contrôle 43 qui agit sur la source micro-onde pour modifier son fonctionnement.
  • La figure 4b représente un autre four à micro-on­des dans lequel le capteur de décongélation est constitué par la substance 31 qui est séparée de l'organe de mesure de tem­pérature 32. Celui-ci est constitué d'un détecteur de rayonne­ment lumineux infrarouge de type pyroélectrique. Il détermine ainsi à distance la température de la substance 31. La mesure est elle-même transmise au dispositif de calcul et de contrôle 43 qui agit sur la source micro-onde 42.
  • La figure 4c représente un autre four à micro-on­des 40 dans lequel le capteur est constitué d'une canalisation renfermant un liquide, une partie étant située dans la cavité du four. La circulation peut être assurée par une pompe 45. L'organe de mesure de température prélève les températures à l'entrée et à la sortie de la portion de canalisation située dans la cavité et délivre ses données au dispositif de calcul et de contrôle 43 qui agit sur la source micro-onde 42.
  • La figure 5 représente un schéma électrique pour la mise en oeuvre du contrôle du fonctionnement de la source micro-onde à partir des mesures effectuées par les capteurs. Les signaux électriques issus du capteur 30 pénêtrent dans le dispositif de calcul et de contrôle 43. Selon un exemple de réalisation, il est formé d'un convertisseur A/N 51 réuni à un micro-processeur 52 muni d'une mémoire 53. Il opère avec une horloge de fonctionnement 54. Le micro-processeur 52 va effectuer les déterminations de variations de pente du signal électrique reçu et stocker les valeurs dans la mémoire 53. La valeur à l'instant t est comparée à celle déterminée à l'ins­tant t-1, et lorsque les deux valeurs successives sont sensi­blement égales, le microprocesseur intervient sur l'alimenta­tion 55 du magnétron 56 qui constitue la source micro-ondes. Une alarme 57 peut avertir du déroulement des opérations.
  • Le mécanisme de fonctionnement est le suivant. La température du capteur est convertie en un signal électrique qui est transformé en un signal numérique par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique numérique. Ce signal est par la suite mémorisé par une mémoire RAM et traité par le micro-pro­cesseur. Le traitement consiste, dans le cas de la décongéla­tion, à mesurer la température à intervalle de temps fixe et à comparer les différentes mesures entre elles afin de déter­miner une pente (dérivée première) de la courbe d'élévation de température du capteur en fonction du temps puis à déterminer l'évolution (dérivée seconde) de ladite pente. A titre d'exem­ple, au cours d'une décongélation complète, un point de mesure peut être pris toutes les deux secondes, et une mesure de la pente de l'élévation de température peut se faire tous les 100 points par une méthode comme la méthode des moindres carrés. Une telle mesure montre alors une variation de pente en fonc­ tion du temps dont les caractéristiques peuvent être les sui­vantes dans le cas d'un corps contenant beaucoup d'eau.
    - Dans le premier temps la charge est congelée. L'élévation de température du capteur est rapide et suit une courbe qui serait celle si le capteur était seul. Dans ces conditions la pente mesurée par la méthode des moindres carrés est sensiblement une droite sensiblement parallèle à l'axe des temps.
    - Ensuite, la charge commence à décongeler. L'élévation de température du capteur est moins rapide. La courbe de la pente en fonction du temps présente alors une dérivée néga­tive.
    - Lorsque la charge est complètement décongelée, l'élévation de température du capteur redevient monotone avec une pente inférieure à la pente au début de l'expérience si aucun au­tre changement d'état n'intervient, ébullition par exemple. Ce phénomène se révèle sur la courbe des moindres carrés par une stabilisation de la courbe qui se retrouve parallè­le à l'axe des temps. C'est cette nouvelle stabilisation qui est reconnue par le micro-processeur comme une fin de décongélation. Le micro-processeur peut alors par l'inter­médiaire d'interfaces entrée/sortie adéquates arrêter la source de rayonnement micro-ondes et éventuellement préve­nir l'utilisateur ou démarrer une phase de réchauffement.

Claims (7)

1. Four à micro-ondes comprenant une source micro-­ondes et un capteur placé dans le four à proximité d'un pro­duit à traiter, l'énergie micro-onde absorbée se répartissant entre le capteur et le produit en provoquant leur élévation de température, la température du capteur étant mesurée par un organe de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend un disposi­tif de calcul et de contrôle qui détermine la fin de la décon­gélation du produit en calculant les valeurs de la dérivée se­conde de la courbe d'élévation de la température du capteur en fonction du temps, et qui agit sur le fonctionnement du four en fin de décongélation lorsque les valeurs de la dérivée se­conde sont inférieures à une valeur prédéterminée.
2. Four à micro-ondes selon la revendication 1, ca­ractérisé en ce que le dispositif de calcul et de contrôle comprend un convertisseur analogique numérique, réuni à un microprocesseur muni d'une mémoire.
3. Four à micro-ondes selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur comprend un matériau solide absorbant les micro-ondes.
4. Four à micro-ondes selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur comprend un matériau liquide absorbant les micro-ondes.
5. Four à micro-ondes selon la revendication 4, ca­ractérisé en ce que le liquide circule dans une canalisation, l'organe de mesure des variations de température déterminant l'écart de température entre l'entrée et la sortie de la cana­lisation.
6. Four à micro-ondes selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe de mesure des élévations de température est une thermistance, un thermocouple ou un dé­tecteur à semiconducteur.
7. Four à micro-ondes selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'organe de mesure des éléva­tions de température est constitué d'un détecteur de rayonne­ment lumineux infrarouge de type pyroélectrique.
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