FR3112593A1 - Four micro-ondes comportant un capteur de température infrarouge - Google Patents
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Abstract
Four micro-ondes comportant un capteur de température infrarouge L’invention concerne dans le domaine des appareils de cuisson que sont les fours micro-ondes, un dispositif de mesure de la température des aliments. Pour mesurer la température de l’aliment, le four micro-ondes selon l’invention comporte un capteur de température infra-rouge pour mesurer la température des aliments à une distance de plusieurs centimètres en étant positionné intégré dans le four micro-ondes à une hauteur supérieure à celle de l’emplacement de l’aliment et en pouvant mesurer la température au niveau de la face supérieure de l’aliment. La présence selon l’invention d’un capteur de température infra-rouge (IR) permet de transformer une simple commande électronique de four micro-ondes (MW) en une véritable commande optimale de processus au sens de l’automatique. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
L’invention concerne dans le domaine des appareils de cuisson que sont les fours micro-ondes, un dispositif de mesure de la température des aliments.
ART ANTERIEUR
La mesure de température à l’intérieur d’un four micro-ondes notamment des aliments en cours de cuisson ou de réchauffage n’est pas évidente.
Tel que représenté figure 1, un four micro-ondes (MW) comprend usuellement un corps (10) et une porte (11).
Pour procéder à la cuisson des aliments solides ou liquides des ondes électromagnétiques d'une fréquence de l'ordre de quelques gigahertz, typiquement 2 450 MHz, sont émises à l'intérieur de cet espace intérieur.
Ces ondes permettent de chauffer et cuire rapidement des aliments, par l'agitation des molécules d'eau qu'ils contiennent, sous l'effet de ce rayonnement électromagnétique.
Pour protéger l'extérieur de ces ondes électromagnétiques, il faut que cet espace se comporte en une cage de Faraday pour la longueur d'onde émise par le four.
Pour cette raison le fond du four est en métal ainsi que la porte d'accès (11) qui comporte une fenêtre (12) pour voir l'intérieur du four.
Cette fenêtre (12) comporte une sorte de grille (13) métallique perforée pour faire obstacle aux ondes dites centimétriques du four micro-ondes.
Pour mesurer la température de l’aliment, il est possible par exemple d’utiliser un thermomètre à alcool placé dans l’aliment et de lire la valeur à travers la vitre en façade du four micro-ondes.
Par contre tous les dispositifs classiques contenant des parties métalliques sont à proscrire à l’intérieur du four micro-ondes.
De plus des dispositifs de mesure électroniques pourraient être détruits par la présence des ondes centimétriques du four micro-ondes et ne pourraient pas être connectés vers l’extérieur du fait de l’effet recherché de chambre de Faraday de l’espace intérieur du four micro-ondes.
De plus souvent le four micro-ondes est équipé d’un plateau tournant entraînant l’aliment pour homogénéiser l’effet des micro-ondes ce qui complique d’un point de vue mécanique la mise en œuvre d’une solution technique.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
Pour mesurer la température de l’aliment, le four micro-ondes selon l’invention comporte au moins un capteur de température infra-rouge pour mesurer la température des aliments à distance.
Pour cela le capteur de température infra-rouge mesure la température des aliments à une distance de plusieurs centimètres en étant positionné intégré dans le four micro-ondes à une hauteur supérieure à celle de l’emplacement de l’aliment et en pouvant mesurer la température au niveau de la face supérieure de l’aliment.
Le capteur de température infra-rouge est protégé des micro-ondes par un écran conducteur électrique faisant cage de Faraday pour la longueur d’ondes des micro-ondes du four micro-ondes.
De préférence l’écran conducteur électrique faisant cage de Faraday est une couche conductrice transparente qui peut être en ITO (oxyde d'indium-étain).
La température ainsi mesurée par le capteur de température infra-rouge peut être directement affichée à l’attention de l’utilisateur du four micro-ondes qui peut l’utiliser à sa convenance.
Pour des modèles de fours micro-ondes plus sophistiqués, la mesure de la température peut être un paramètre d’entrée de l’électronique de commande du four micro-ondes pour réaliser une commande optimale au sens de l’automatique.
A titre d’exemple, la variation de la température de l’aliment mesurée par le capteur de température infra-rouge est un paramètre d’entrée pour que l’électronique de commande du four micro-ondes estime la masse de l’aliment en fonction de la puissance électrique produite.
Si de plus, l’électronique de commande du four micro-onde dispose de la masse de l’aliment mesurée par une balance électronique intégrée et de la variation de la température de l’aliment mesurée par le capteur de température infra-rouge, il est alors possible d’estimer la capacité calorique de l’aliment en fonction de la puissance électrique produite.
Quand le four micro-ondes dispose d’un plateau tournant, alors il est avantageux qu’au moins un capteur soit placé à la verticale dans l’axe de rotation du plateau tournant.
Il est même possible d’ajouter un deuxième capteur est positionné désaxé par rapport à l’axe de rotation du plateau tournant.
Il est également possible que le rayon optique d’un capteur soit oblique avec un angle d’inclinaison commandé par l’électronique de commande du four micro-ondes.
Quand le four micro-ondes dispose d’un plateau tournant, alors la variation sur un tour de la température mesurée par un capteur de température infra-rouge positionné désaxé par rapport à l’axe de rotation du plateau tournant permet à l’électronique d’estimer l’homogénéité de la température de l’aliment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Pour mesurer la température de l’aliment (A), le four micro-ondes (MW) selon l’invention comporte au moins un capteur (IR) de température infra-rouge pour mesurer la température des aliments (A) à distance.
A noter que dans le cas d’un four micro-ondes (MW), il n’est pas possible de mesurer la température des aliments (A) depuis l’extérieur par un capteur de température infra-rouge (IR) du fait que le rayon optique est diffracté par la présence de la grille métallique perforée (13).
Comme illustré figure 2, pour cela le capteur de température infra-rouge (IR) mesure la température des aliments (A) à une distance de plusieurs centimètres en étant positionné intégré dans le four micro-ondes à une hauteur supérieure à celle de l’emplacement de l’aliment (A) et en pouvant mesurer la température au niveau de la face supérieure de l’aliment (A).
Le capteur de température infra-rouge est protégé des micro-ondes par un écran conducteur électrique faisant cage de Faraday pour la longueur d’ondes des micro-ondes du four micro-ondes.
Cet écran conducteur électrique peut être classiquement une grille métallique perforée avec la difficulté que les trous doivent être suffisamment petits pour faire obstacle aux micro-ondes du four micro-ondes (MW) et suffisamment grands pour ne pas diffracter le rayon de mesure du capteur de température infra-rouge (IR).
De préférence l’écran conducteur électrique faisant cage de Faraday est une couche conductrice transparente.
Cette couche conductrice transparente (T) peut être réalisée à base d’ITO (oxyde d'indium-étain). C’est notamment la technologie disponible des pistes conductrices transparentes des écrans à cristaux liquides.
Par sécurité, l’élément conducteur électrique est de plus connecté à la masse du four micro-ondes (MW) pour garantir l’effet cage de Faraday et bien protéger le capteur de température infra-rouge (IR).
La température ainsi mesurée par le capteur de température infra-rouge (IR) peut être directement affichée à l’attention de l’utilisateur du four micro-ondes qui peut l’utiliser à sa convenance.
En particulier dans le cas d’un liquide, cela permet d’utiliser la puissance maximale du four micro-ondes (MW) pour obtenir au plus vite la température désirée.
Dans le cas d’un aliment (A) solide, cela permet au contraire de réguler la puissance du four micro-ondes (MW) par exemple si on souhaite uniquement réchauffer un plat sans le recuire. Dans ce cas il est recommandé de rester à basse température sans dépasser la température de coagulation de l’aliment (A).
Pour des modèles de fours micro-ondes (MW) plus sophistiqués, la mesure de la température peut être un paramètre d’entrée de l’électronique de commande du four micro-ondes.
Cela présente l’intérêt d’une commande optimale pour réaliser une action spécifique.
A titre d’exemple, l’électronique de commande peut réaliser une commande optimale à la place de l’utilisateur comme dans les deux exemples précédents.
De plus l’électronique de commande réalisée classiquement par un microprocesseur dispose de moyens de calculs temps réels dont ne dispose l’utilisateur.
A titre d’exemple, la variation de la température de l’aliment (A) mesurée par le capteur de température infra-rouge (IR) est un paramètre d’entrée pour que l’électronique de commande du four micro-ondes estime la masse de l’aliment (A) en fonction de la puissance électrique produite.
En effet l’électronique de commande connaît d’une part la puissance électrique effectivement employée par rapport à la puissance électrique maximale typiquement 750 W.
D’autre part, l’observation en conséquence de la variation de température de l’aliment (A) en °C par seconde en regard de la puissance électrique moyennée va déterminer la valeur en eau de l’aliment (A). A défaut de connaître l’aliment (A), on peut estimer qu’il a une capacité calorique voisine de celle de l’eau et donc une masse égale à celle de la valeur en eau précédemment calculée.
Si de plus, l’électronique de commande du four micro-ondes (MW) dispose de la masse de l’aliment (A) mesurée par une balance électronique intégrée au four micro-ondes (MW) et de la variation de la température de l’aliment (A) mesurée par le capteur de température infra-rouge (IR) , il est alors possible d’estimer la capacité calorique de l’aliment (A) en fonction de la puissance électrique produite. La capacité calorique est obtenue en comparant la valeur en eau précédemment calculée à celle obtenue en divisant par la masse effectivement mesurée par la balance électronique intégrée.
Quand le four micro-ondes (MW) dispose d’un plateau tournant (14), alors il est avantageux qu’au moins un capteur (IR) soit placé à la verticale dans l’axe (Z) de rotation du plateau tournant (14).
On mesure ainsi la température de la surface de l’aliment (A) en un point central. Ceci est satisfaisant par exemple dans le cas où l’aliment (A) est un liquide car alors la température de l’aliment (A) à sa surface est homogène.
Il est même possible d’ajouter un deuxième capteur (IR, IR2) positionné désaxé par rapport à l’axe (Z) de rotation du plateau tournant (14).
Ceci présente l’intérêt de mesurer l’homogénéité en température sur sensiblement un cercle à la surface de l’aliment (A), cercle dont le rayon est la distance du désaxage du capteur (IR) dans le cas où le rayon optique (R, R2) est vertical.
Le terme de cercle est une simplification dans la mesure où il s’agit plus précisément de l’intersection de la surface balayée par le rayon optique du capteur de température infra-rouge (IR) avec la surface de l’aliment (A) qui n’a pas de raison d’être une forme géométrique, pendant une rotation de 360°.
En variante il est possible d’utiliser un capteur de température infra-rouge (IR) dont le rayon optique n’est par vertical mais un rayon oblique (R, R1), voire même de commander l’angle d’inclinaison par l’électronique de commande du four micro-ondes (MW).
Dans ce cas, l’électronique de commande peut progressivement changer l’angle d’inclinaison du rayon optique (R, R1) pour balayer à l’intérieur d’un cône comprenant le plateau tournant (14) par exemple pour détecter la présence d’aliments (A). Si malgré la présence d’ondes micro-ondes, aucun échauffement n’est détecté, il devient plausible qu’aucun aliment (A) ne soit présent et que par sécurité il faille désactiver le four micro-ondes.
Quand le four micro-ondes (MW) dispose d’un plateau tournant (14), alors la variation sur un tour de la température mesurée par un capteur de température infra-rouge (IR) dont le rayon optique est oblique ou décalé permet d’estimer l’homogénéité de la température de l’aliment (A) sur sensiblement un cercle (C) à la surface de l’aliment (A).
De par cette conception de l’invention, cela permet une commande optimale de l’électronique du four micro-ondes par exemple pour réduire la durée nécessaire au minimum tout en contraignant de respecter par un asservissement en boucle fermée, une consigne concernant les températures mesurées sur sensiblement le cercle (C) à la surface de l’aliment (A).
Cette consigne peut être une température maximale à ne pas dépasser, ou un écart type à ne pas dépasser, ou un écart moyen plus facile à calculer à ne pas dépasser.
Par exemple cela peut se traduire par un mode optimisé de décongélation consistant à faire succéder des périodes courtes à la puissance maximale suivies de périodes d’attente sans puissance tant que la chaleur soit suffisamment bien répartie pour reprendre une nouvelle séquence.
De plus le capteur de température infra-rouge (IR) étant un capteur optique peut donner des mesures physiques optiques autres que la température telles que des coefficients de diffusion, d’émissivité ou de polarisation. A titre d’exemple un liquide, une purée, un récipient en pyrex ou une paroi métallique à une même température et à une même distance optique du capteur vont être différenciés par ces mesures physiques différentes de la seule mesure de température.
La surface d’un liquide aura une réflexion polarisée, la purée aura un coefficient de diffusion important, le pyrex aura une réflexion vitreuse et une paroi métallique une réflexion non polarisée à forte émissivité.
De ce point de vue, si l’utilisateur a besoin d’un capteur pour mesurer uniquement la température, l’électronique de commande contrairement à l’utilisateur peut optimiser son processus de commande en fonction de ces mesures physiques optiques différente de la seule mesure de température.
La présence selon l’invention d’un capteur de température infra-rouge (IR) permet de transformer une simple commande électronique du four micro-ondes (MW) en une véritable commande optimale de processus au sens de l’automatique.
En termes d’application industrielle, l’invention s’applique à la mesure de températures des aliments (A) à l’intérieur d’un four micro-ondes (MW).
La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit pour une gamme de produits avec différents niveaux de sophistications.
Claims (10)
- Four micro-ondes (MW) caractérisé en qu’il ce qu’il comporte au moins un capteur de température infra-rouge (IR) pour mesurer la température des aliments (A) à distance.
- Four micro-ondes selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le capteur de température infra-rouge (IR) mesure la température des aliments (A) à une distance de plusieurs centimètres en étant positionné à une hauteur supérieure à celle de l’emplacement de l’aliment (A) et en pouvant mesurer la température au niveau de la face supérieure de l’aliment (A).
- Four micro-ondes selon l’une quelconques des revendications 1 à 2 caractérisé par le fait que le capteur de température infra-rouge (IR) est protégé des micro-ondes par un écran conducteur électrique faisant cage de Faraday pour la longueur d’ondes des micro-ondes du four micro-ondes.
- Four micro-ondes selon la revendication 3 caractérisé par le fait que l’écran conducteur électrique faisant cage de Faraday est une couche conductrice transparente.
- Four micro-ondes selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la couche conductrice transparente est en ITO (oxyde d'indium-étain).
- Four micro-ondes selon l’une quelconques des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la variation de la température de l’aliment (A) mesurée par le capteur de température infra-rouge (IR) est un paramètre d’entrée pour que l’électronique de commande du four micro-ondes estime la masse de l’aliment (A) en fonction de la puissance électrique produite.
- Four micro-ondes selon l’une quelconques des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que l’électronique de commande du four micro-onde dispose de la masse de l’aliment (A) mesurée par une balance électronique intégrée et qu’associée à la variation de la température de l’aliment (A) mesurée par le capteur de température infra-rouge (IR) est un paramètre d’entrée pour que le l’électronique du four micro-ondes estime la capacité calorique de l’aliment (A) en fonction de la puissance électrique produite.
- Four micro-ondes selon l’une quelconques des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que le four micro-ondes dispose d’un plateau tournant (14) et qu’au moins un capteur est placé à la verticale dans l’axe (Z) de rotation du plateau tournant (14).
- Four micro-ondes selon l’une quelconques des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait le four micro-ondes dispose d’un plateau tournant (14) et qu’un deuxième capteur est positionné désaxé par rapport à l’axe (Z) de rotation du plateau tournant (14).
- Four micro-ondes selon l’une quelconques des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que par le fait le four micro-ondes dispose d’un plateau tournant (14) et que la variation sur un tour de la température mesurée par un capteur de température infra-rouge (IR) à la surface de l’aliment sur sensiblement un cercle permet à l’électronique d’estimer l’homogénéité de la température de l’aliment (A).
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