KR940003015B1 - 초전센서를 이용한 전자레인지의 자동 가열장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초전센서를 이용한 전자레인지의 자동 가열장치

제1도는 종래의 습도센서를 이용한 전자레인지 가열장치의 블록구성도.

제2도는 종래의 전자레인지 가열장치에서 습도 감지신호 처리부의 상세회로도.

제3도는 본 발명의 초전센서를 이용한 전자레인지의 블록구성도.

제4도는 본 발명에 적용한 초전센서의 평면구성도.

제5도는 본 발명의 자동 가열장치에서 감지신호 처리수단의 실시예 회로도.

제6도는 본 발명에 적용한 초전센서의 온도에 따른 정전용량값 변화관계를 나타낸 특성도.

제7도는 제5도에 도시된 감지신호 처리수단의 감지결과에 따른 회로 각부분의 신호파형도.

제8도는 본 발명의 가열제어 과정을 도시한 플로우챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 가열실 12 : 음식물

18 : 마그네트론 23 : 초전센서

24 : 감지신호 처리수단 26 : 제어수단

27 : 제1측정수단 28 : 제1기록수단

29 : 감지주파수 선정수단 30 : 제2측정수단

31 : 제2기록수단 32 : 비교/판별수단

33 : 출력제어수단

본 발명은 초전센서를 이용한 전자레인지의 자동 가열장치에 관한것으로 특히 초전센서의 온도에 따른 유전율 변화를 정전용량값 변화에 따른 주파수 변화로 해석하여 최적의 음식물 가열제어가 이루어지도록 하는 가열장치에 관한 것이다.

종래의 습도센서를 이용한 전자레인지 가열장치는 제1도에 도시된 바와 같이, 음식물 조리를 위한 가열 제어부(1)와 요리조작을 위한 키이조작부(2), 음식물의 요리정도를 검출하기 위하여 배기구 주변에서 배출가스의 습도를 감지하는 습도센서(3)와, 감지된 습도를 전기신호로 변환하여 제어부(1)에 공급하는 습도 감지신호 처리부 (4)와, 제어부(1)의 제어를 받아 마그네트론 발진을 위한 고압트랜스(6)와 팬 및 턴테이블(7)과 표시램프(8) 등을 구동시키는 출력 구동회로(5)를 구비하여 구성된다.

또한 상기 습도 감지신호 처리부(4)는 제2도에 도시된 바와 같이, 가열실의 배기구 주변에 설치되며 습도센서(3)를 이루는 개방형 서미스터(Rth1) 및 밀폐형 서미스터(Rth2)와 함께 저항(R5,R6)으로 브릿지 회로를 구성하고, 브릿지 회로에서 출력되는 신호변화를 감지하여 증폭하는 비교증폭기 (9)로 구성된다.

제 2도에서 미설명부호 R1,R2,R3,R4는 저항, D1은 다이오드, -VCC는 전원이다.

이와 같이 구성된 종래의 전자레인지 가열장치 동작은 다음과 같다.

제1도에서 사용자가 가열실내에 음식물을 넣고 키이조작부(2)를 조작하여 요리를 수행시키면 가열제어부(1)에서 출력 구동회로(5)를 통해 고압트랜스(6)를 구동시켜 마그네트론을 발진시키고 팬 및 턴테이블(7)을 구동시키는 한편 표시램프(8)를 점등시켜 요리진행 상황을 표시한다.

팬 및 턴테이블(7)의 구동에 따라 팬의 송풍력으로 마그네트론을 냉각시키면서 가열실내로 외부공기가 주입되고 요리가 진행됨에 따라 음식물에서 발생하는 수증기가 배출구를 통해 배출되며 배출되는 수증기는 습도센서(3)에 의하여 감지된다.

즉, 제2도에서와 같이 개방향 서미스터 (Rth1)에 접촉되는 수증기에 의하여 개방향 서미스터 (Rth1)의 내부저항값이 변화되고 이와 같은 저항값 변화는 브릿지회로(Rth1,Rth2,R5,R6)의 전압 평형상태를 변화시키며 변화된 전압치가 비교증폭기(9)에 의하여 비교증폭되어 가열제어부(1)에 공급된다.

가열제어부(1)는 입력된 습도감지 신호에 따라 음식물의 요리진행 상황을 판별하고 판별결과에 준하여 가열시간과 가열종료를 제어한다.

그러나 이와 같이 습도센서(3)를 이용하는 가열제어 장치는 습도센서(3)가 절대 습도센서인 경우에는 소자표면에 흡착되어진 수증기에 의한 저항값 변화로 요리정도를 감지하므로 습도센서(3) 특히 개방형 서미스터(Rth1)의 표면오염에 따른 감도저하가 필연적으로 초래되고 누설전파의 영향을 배제하기 어려워 감지오차가 커지게되는 단점이 있고, 상대 습도센서를 사용한 경우에는 고온에서의 사용이 불가하여 오븐 요리후의 자동요리가 어렵게되며 음식물이 끓게되는 경우의 급격한 습도변화를 감지하기 때문에 과도한 요리가 진행되는 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위하여 습도센서의 사용을 배제하고 초전센서를 이용하여 음식물 요리진행 정도를 감지하며 초전센서로 감지되는 신호에 준하여 발진출력의 주파수 변화로 요리진행정도를 판별하므로서 감지오차를 줄이고 정확한 요리감지가 가능한 초전센서를 이용한 전자레인지의 자동 가열장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 초전센서를 이용한 전자레인지는 제3도에 도시된 바와 같이, 전자레인지(10)의 가열실(11) 하측에는 음식물(12)이 놓여지는 턴테이블(13)이 설치되고 턴테이블(13) 하측으로 턴테이블 구동모터(14)가 설치되며 가열실(11) 일측벽에는 공기흡인구(15)와 마이크로와 도파관(16)이 구비되는 한편 타측벽에는 공기와 수증기의 배출구(17)가 구비된다.

또한 공기흡입구(15) 주변에 마그네트론(18)이 설치되며 마그네트론(18)을 냉각시키고 공기를 가열실(11)내로 송풍하기위한 팬(19)과 팬모터(20)가 설치되며 상기 턴테이블 구동모터(14)와 마그네트론(18) 및 팬모터(20) 그리고 마그네트론 발진을 위한 고압트랜스(21)를 구동시키는 구동수단(22)이 구비된다.

또한 상기 배출구(17)에는 초전센서(23)가 설치되고 초전센서(23)의 정전용량값 변화를 주파수 변화로 판독하여 요리진행 정보를 출력하는 감지신호 처리수단(24 )이 구비되고 상기 감지신호 처리수단(24)에서 제공되는 요리진행 정보와 키이조작부 (25) 조작신호에 따라 구동수단(22)을 통해 음식물(12)의 가열수단을 제어하는 제어수단(26)이 구비된다.

한편 상기 제어수단(26)에는 가열개시후 소정시간이 경과되면 증기 감지신호를 읽어서 주파수를 측정하는 제1측정수단(27)과, 제1측정수단(27)의 데이타를 저장하는 제1기록수단(28)과. 음식물의 종류 및 제1기록수단(28)의 데이타에 따라 적합한 기준주파수를 선택하는 주파수 선정수단(29)과, 증기 감지신호를 식별하여 신호의 변화량을 측정하는 제2측정수단(30)과, 제2측정수단(30)의 데이타를 저장하느 제2기록수단(31)과, 상기 제2기록수단(31)의 데이타와 주파수 선정수단(29)의 기준주파수를 비교하여 음식물(12)의 가열상태를 판별하는 비교/판별수단(32)과, 상기 비교판별수단(32)의 판별결과에 준하여 가열지속 또는 종료여부를 제어하는 출력 제어수단 (33)을 구비하여 구성된다.

제3도에서 34는 음식물 용기, 35는 램프, 36은 배기구, 37은 흡기구이다.

이와 같이 구성된 본 발명 전자레인지 자동 가열장치의 동작을 설명한다.

제3도에서 사용자가 키이조작부(25)를 조작하여 요리를 진행시키면 제어수단(26)이 이를 감지하고 출력제어수단(33)이 구동수단(22)을 통하여 턴테이블 구동모터(14), 마그네트론(18), 팬모터(20), 고압트랜스(21)를 구동시켜 가열을 시작한다.

음식물(12)이 가열됨에 따라 발생된 수증기는 배출구(17)를 통해 배출되면서 초전센서 (23)의 온도를 증가시킨다.

초전센서 (23)는 온도증가에 비례하여 자체 정전용량값(Cp)이 변화되고 이 정전용량값(Cp)변화는 감지신호 처리수단(24)에서 자체 발진기의 출력신호의 주파수 변화(즉, 주기의 변화)로 판독하여 감지된다.

초전센서(23)와 감지신호 처리수단(24)의 예로서 제4도 및 제5도에 도시된 초전센서와 감지신호 처리회로가 구비된다.

초전센서 (23)는 제4도에 도시된 구성으로 이루어진다.

즉, 온도에 비례하여 유전율이 증가되도록 세라믹판(38)이 금속판(39)에 접촉되고 세라믹판(38) 상측면에는 전극(40)이 리드선(41)에 연결되어 유전율 증가에 따른 자체 정전용량값(Cp)변화가 리드선(41)을 통해 출력된다.

초전세서 (23)와 온도에 따른 정전용량값 변화관계의 그래프가 제6도에 도시되어 있다.

제6도와 같은 특성을 갖는 초전센서 (23)와 감지신호 처리수단(24)의 구성은 제6도와 같다.

즉, 초전센서 (23)의 정전용량값(Cp) 변화에 따라 상이한 주기(=주파수)의 신호가 출력되도록 다수의 게이트수단(42,43,44,45)의 일단은 접지시키고 타단은 종속 접곡하며 초기 가열개시후 안정된 주파수값 판독을 위한 조절용 가변저항(VR)이 구비된다.

제5도에서 P1점의 파형은 제7a도와 같고, P2점의 파형은 제7b도와 같다.

제5도 및 제7a, b도의 감지신호 처리수단(24)에서 출력되는 신호의 주기(T)와 주파구(f)는 다음과 같은식에 의하여 결정된다.

T1=RCln(2Vss-Vt) / (Vss-Vt), T2=RCln(Vss+Vt)/Vt이다.

여기서 R은 가변저항(VR)으로 정해지는 저항값이고 C=Cp이며 Vss는 전원, Vt는 게이트 수단의 임계전압이다.

따라서 주기 (T) =T1+T2이다.

그러므로 주파수(f)=1/T로서 제어수단(26)에 공급된다.

따라서 주기(T)는 R값과 C값에 비례하여 증감된다.

그런데 초전센서(23)는 음식물(12)에서 발생되는 고온의 수증기에 의하여 시간이 경과함에 따라 정전용량값(Cp)이 증가되므로 주기(T) 또한 증가하게 된다.

즉, 주파수(f)가 감소된다.

그러나 가열초기에 주위온도가 너무높거나 낮을경우 주기(T)가 지나치게 길어지거나 또는 짧아져서 제어수단(26)에서 주기(T)를 인식하기 곤란해지는 경우(즉, 오파발생)를 배제하기 위하여 가열개시후 소정시간이 경과되면 가변저항(VR)값을 조절하여 제어수단(26)이 인식가능한 범위이내에 주기 (T)가 포함되게 조정한다.

상기한 바와 같이 제5도와 제7a, b도에 도시된 파형에 의하면 감지신호 처리수단(24)은 초전센서(23)의 정전용량값(Cp) 변화를 정전용량값(Cp)에 추종하여 주파수(주기)가 가변되는 구형파 발진회로의 동작을 수행한다.

주파수 감지에 따른 감지신호 처리수단(22)과 제어수단(26)의 동작을 제7도를 참조하면서 제3도에서 설명한다.

가열개시후에 소정시간(Tp)이 경과되면 상기한 바와 같이 가변저항(VR)조절에 이어서 제 1측정수단(27)이 감지신호 처리수단(24)에서 공급된 증기 감지신호(제7b도 참조)가 하이레벨에서 로우레벨 또는 로우레벨에서 하이레벨로 변화될때를 감지하여 일정한 시간동안 변화수를 카운트하므로서 그 주파수(f1)를 측정하여 측정된 데이타를 제 1기록수단(28)에 저장한다.

한편 주파수 선정수단(29)은 제 1기록수단(28)에 저장된 데이타(f1정보)와 키이조작부(25)로부터 입력된 음식물 종류 데이타로부터 신호 감지주파수를 선정하다.

선정조건은 음식물(a,b,c,‥‥‥) 종류에 따른 고유값(fa,fb,fc,‥‥‥)에 제 1기록수단(28)에 저장된 데이타(f1)의 감산값(f1+fa,f1+fb,f1+fc,‥‥‥)이다.

이어서 제 2측정수단(30)은 요리가 진행됨에 따라 감지신호 처리수단(24)에서 공급되는 증기 감지신호의 주파수(f2)를 측정하고 측정된 데이타를 제 2기록수단 (31)에 저장한다.

비교/판별수단(32)은 제 2기록수단(31)에 저장된 데이타(f2)와 주파수 선정수단(29)에 선정된 기준주파수(f1+fa 또는 f1+fb 또는 f1+fc 또는 ‥‥‥)를 비교한 다.

제7도의 예에서는 음식물(b)의 경우이고 기준주파수는 f1+fb이다.

비교/판별수단(32)의 비교결과 기준주파수(f1-fb) 보다 제2기록수단(31)에 저장된 데이타가 동일하거나 또는 작은값으로 판별되면 이와 같이 판별되는 경우가 소정횟수(N : 예, 3회)에 도달하였을때를 음식물(12)의 가열상태가 적당한 상태에 도달한 것으로 판별하고 그 시간(Ts)을 저장한다. Ts는 음식물(12)의 가열성과에 의하여 결정되는 감지시간이다.

감지시간(Ts)에서는 음식물(12)이 적당하게 가열완료된 경우와 음식물(12)의 종류(혼합물, 습기 함유상태 등등)에 따라 소정시간 동안 추가로 가열해야 되는 경우가 있으므로 추가 가열의 경우에는 추가가열 시간=α×Ts(단, α는 정수)를 선정하여 추가가열후 요리를 종료한다.

제8도는 상기한 본 발명 자동 가열장치로 수행되는 가열제어 과정의 플로우 챠트이다.

이 방법은 가열개시후 초기 가열시간(Tp)의 경과여부를 판별하는 제 1과정과, 경과된 경우 제 1측정수단(27)으로 초전센서(23) 감지신호의 주파수(f1)를 측정하여 제 2기록수단(28)에 저장하고 이어서 주파수(f1) 및 음식물 종류에 준하여 주파수 선정수단(29)으로 기준주파수(f1+fa,f1+fb,f1+fc,‥‥‥)를 선정하는 제2과정과, 이어서 제2측정수단(30)으로 감지신호의 주파수(f2)를 측정하여 제2기록수단(31)에 저장한후 감지신호의 주파수(f2)이 기준주파수(f1+fa,f1+fb,f1+fc,…) 이하의 값이 되는 경우가 소정(N) 횟수 이상 반복되기까지 주파수(f2)를 측정하여 비교하는 제3과정과, 제3과정 수행결과 기준주파수 이하가 되는 경우가 소정횟수(N)에 이르면 요리가 완료되는 상태를 알리는 감지수단(Ts)을 기록후 감지시간(Ts)의 α배의 시간동안 추가 가열하고 종료하는 제4과정으로 이루어진다.

상기한 가열제어 과정에서 제1과정은 제어수단(26)에 의하여 구동수단(22)을 통해 마그네트론(18)을 발진시켜 음식물(12)을 가열시키기 시작하고 이 가열개시 시점으로부터 소정시간(Tp) 동안 기다렸다가 초전센서(23)에 의한 음식물(12)가열정도 감지 및 제어를 수행하기 위한 것이다.

제2과정은 가열을 진행하면서 제1측정수단(27)으로 초전센서(23)로 감지되는 감지신호 주파수(f1)를 측정하고 측정된 주파수(f1)와 음식물 종류별로 미리 결정되는 고유값(f1,f2,f3,‥‥‥)으로부터 기준주파수(f1+fa,f1+fb,f1+fc)를 결정하는 과정이다.

제3과정에서는 요리가 진행됨에 따라 점차증가되는 수증기에 의하여 초전센서 (23) 및 감지신호 처리수단(24)으로 감지되는 감지신호의 주파수(f1)를 선정된 기준주파수와 비교하여 요리완료 상태에 도달하였는지의 여부를 판별한다.

제4과정에서는 요리가 완료되어 감에 따라 추가 가열시간(=αTs)을 결정하고 추가 가열후에 본 발명의 모든 과정을 종료한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 요리정도를 감지하는 센서 주변회로 구성이 종래의 습도센서 보다 간소하고 종래의 습도센서를 구동하기 위하여는 제어수단의 제어포트수가 다수개 소요되나 본 발명에 의하면 1개의 포트로 구동이 가능하므로 원가절감을 기할 수 있고 센서표면의 오염 우려를 경감시킬 수 있기 때문에 오염에 의한 감도저하를 개선하여 요리제어에 신뢰성과 정밀을 기할 수 있으며 주위온도(초기 온도)에 대한 보상(가변저항(VR)조절)을 수행하여 연속조리시에도 동일한 가열정도로 자동요리를 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전자레인지 가열실(11)의 공기 및 수증기에 배출구(17)에 설치되어 수증기 온도감지에 따라 정전용량값이 가변되는 초전센서(23)와, 초전센서(23)의 정전용량값을 발진팩터로 하는 발진기가 구비되어 정전용량값 변화를 주파수 변화로 판독하여 요리 진행정보로 출력하는 감지신호 처리수단(24)과, 가열개시후 소정시간이 경과되면 상기 감지신호 처리수단(24)에서 공급되는 감지신호의 신호주파수를 측정하는 제1측정수단(27)과, 제1측정수단(27)의 데이타를 저장하는 제1기록수단(28)과, 음식물의 종류 및 제1기록수단(28)의 주파수 데이타에 따라 각각의 음식물의 요리완료 상태판별의 기준이되는 기준 주파수를 선별하는 주파수 선정수단(29)과, 요리진행중에 감지신호 처리수단(24)에서 출력되는 감지신호의 신호 주파수를 측정하는 제2측정수단(30)과, 제2측정수단(30)의 데이타를 저장하는 제2기록수단(31)과, 상기 제2기록수단(31)의 데이타와 주파수 선정수단(29)의 기준주파수를 비교하여 음식물(12)의 가열상태를 판별하는 비교/판별수단(32)과, 상기 비교/판별수단(32)의 판별결과에 준하여 추가가열 또는 가열 종료여부를 제어하는 출력 제어수단(33)을 구비하여 구성된 초전센서를 이용한 전자레인지의 자동가열장치.