KR970002015B1

KR970002015B1 - 마이크로파전력 검출장치

Info

Publication number: KR970002015B1
Application number: KR1019920025659A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 히라마; 마사미 코시무라; 사카에 모리; 지로오 요시다
Original assignee: 미쯔비시마테리알 카부시키가이샤; 후지무라 마사야
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1997-02-20
Also published as: GB9226657D0; NL9202189A; FR2685772B1; US5378875A; CA2085527C; DE4243597C2; CA2085527A1; NL193485B; DE4243597A1; GB2263173A; NL193485C; KR930015952A; GB2263173B; FR2685772A1

Abstract

내용없음.

Description

마이크로파전력 검출장치

제1도는 본 발명의 제1실시예의 마이크로파전력 검출장치의 구성도이다.

제2도는 제1실시예의 마이크로파전력 검출장치의 마이크로파센서의 단면도이다.

제3도는 피가열물이 없을 때에 제1실시예의 마이크로파전력 검출장치에 의해 검출된 전력량의 변화를 나타내는 그래프이다.

제4도는 얼음을 해동할때에 제1실시예의 마이크로파전력 검출장치에 의해 검출된 전력량의 변화를 나타내는 그래프이다.

제5도는 본 발명의 제5실시예의 마이크로전력 검출장치의 구성도이다.

제6도는 온도를 보정한 경우와 온도를 보정하지 않은 경우에 피가열물이 없을때에 제2실시예의 마이크로파전력 검출장치에 의해 검출된 전력량의 변화를 나타내는 그래프이다.

제7도는 마이크로파출력을 4단계로 변화시켜서, 피가열물이 없을때에 제2실시예의 마이크로파전력 검출 장치에 의해 검출된 전력량의 변화를 나타내는 그래프이다.

제8도는 본 발명의 제3실시예의 마이크로파전력 검출장치의 구성도이다.

제9도는 제3실시예의 마이크로파전력 검출장치의 마이크로파센서의 조립공정을 나타내는 사시도이다.

제10도는 제3실시예의 마이크로파전력 검출장치의 다른 마이크로파센서의 조립공정을 나타내는 사시도이다.

제11도는 제3실시예의 마이크로파전력 검출장치의 은도센서의 조립공정을 나타내는 사시도이다.

제12도는 본 발명의 마이크로파센서의 변형예의 단면도이다.

제13도는 본 발명의 마이크로파센서의 다른 변형예의 구조를 나타내는 제14도의 M-M선에 따른 단면도이다.

제14도는 제13도에 나타낸 마이크로파센서의 L-L선에 따른 단면도이다.

제15도는 마이크로파센서의 다른 변형예의 단면도이다.

제16도는 마이크로파센서의 다른 변형예의 구조를 나타내는 제17도의 N-N선에 따른 단면도이다.

제17도는 제16도에 나타낸 마이크로파센서의 사시도이다.

제18도는 제16도에 나타낸 마이크로파센서를 구성하는 금속부재의 평면도이다.

제19도는 제18도의 금속부재의 정면도이다.

제20도는 제18도의 금속부재의 중앙단면도이다.

제21도는 제16도의 마이크로파센서를 구성하는 더어미스터의 평면도이다.

제22도는 제16도의 마이크로파센서의 조립공정을 나타내는 설명도이다.

제23도는 피부착물인 전자레인지에 제16도의 마이크로파센서를 부착하는 방법을 나타내는 단면도이다.

제24도는 제23도에 나타낸 바와 같이 마이크로파센서를 부착하기 위해 사용되는 부착구의 평면도이다.

제25도는 본 발명의 제3실시예에서 전자레인지의 마그네트론을 제어하기 위해 사용되는 브리지회로의 회로도이다.

제26도는 단열상태에서 물질이 마이크로파전력을 받아들였을때의 온도변화를 나타내는 그래프이다.

제27도는 방열이 있는 상태에서 물질이 마이크로파전력을 받아들였을때의 온도변화를 나타내는 그래프이다.

제28도는 방열이 있는 상태에서 물질이 마이크로파전력을 받아들였을 때의 시간에 대한 온도의 1차도함수를 나타내는 그래프이다.

제29도는 방열이 있는 상태에서 물질이 마이크로파전력을 받아들였을 때의 시간에 대한 온도의 2차도함수를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 마이크로파센서 11, 51 : 더어미스터

12 : 전파흡수체 15 : 프레임

17 : 가열실 11a : 온도감지부

28, 29 : 금속부재 50 : 온도센서

11c : 리이드선

본 발명은, 전자레인지(microwave oven)와 같이 마이크로파 가열장치에 있어서의 피가열체의 가열상황 또는 완료상황을 검출하는데에 적합한 마이크로파센서를 이용한 마이크로파전력 검출장치에 관한 것이다.

전자레인지에는 마이크로파 가열에 의한 냉동식품의 해동(解凍)기능, 차가운 식품을 데우는 기능 등 각종 기능이 장비되어 있다. 전자레인지에서는, 이러한 종류의 식품의 가열상황 또는 완료상황을 센서에 의해 검출하여 마이크로파 에너지를 발생하는 마그네트론(magnetron)의 출력을 자동적으로 제어하고 있다.

종래, 식품의 냉동상태로부터 해동상태까지의 온도변화를 추적해서, 해동사이클의 종료를 검출하는 전자레인지가 개시되어 있다(일본국 특개소 64-50385). 이 전자레인지는 마이크로파 에너지를 흡수하여 발열하는 검출기와, 그 온도를 측정하는 장치와, 그 온도로부터 전자레인지의 작동을 제어하는 계산 및 제어장치를 구비하고 있다. 검출기는 전자레인지 내의 처리해야 할 제품의 근방에 배치되고, 계산 및 제어장치는 시간의 함수로서의 검출기와 온도상승을 나타내는 곡선을 구해서 이 곡선의 2차도함수의 값을 계산하는 것에 의해 제품의 해동사이클의 종료를 결정하며, 또, 2차도함수의 값이 소정값보다도 작게 되는 해동사이클의 종료시에 전자레인지의 작동을 제어한다.

또, 복수의 순차적인 해동작업에 있어서, 각 해동작업의 종료를 일정한 감도로 검출할 수 있는 검출기를 구비한 다른 전자레인지가 개시되어 있다(일본국 특개소 64-50384). 이 전자레인지도 마이크로파검출기와, 온도측정장치와, 계산 및 제어장치를 구비하고 있다. 이 전자레인지의 검출기는, 마이크로파 에너지는 투과하지만, 마이크로파 에너지의 흡수에 의해 발열한 검출기의 열이 방열되는 것을 방지하는 열절연체를 포함하고 있다. 이 열절연체에 의해 외부와의 열교환이 감소하여 검출기의 온도상승이 증가하므로, 검출기는 각 해동작업을 감도를 저하시키지 않고 검출할 수 있다. 이 검출기의 열교한면적은 넓고, 그 두께가 얇게 형성된다. 이 때문에, 검출기는 외부와의 열교환이 촉진되어서, 각 해동작업 후에 초기특성을 급속하게 회복하는 열적 지연(thermal lag)이 작은 것으로 된다.

일본국 특개소 64-50385호 공보에 개시되어 있는 전자레인지에서는, 제품이 얼음이 상태로부터 물의 상태로 이행하면, 제품은 보다 많은 마이크로파에너지를 서서히 흡수하여 서서히 가열되어서, 검출기에 흡수되는 에너지는 서서히 감소한다.

여기서, 시간의 함수로서 검출기의 온도상승을 나타내는 곡선의 기울기(1차도 함수)를 측정한 경우에 이 기울기가 약간 감소하여 2차도함수의 절대값이 소정값보다도 크게 되었을때, 전자레인지 내의 제품은 해동하기 시작한다. 또, 이 기울기가 완만하게 되어서, 2차도함수의 절대값이 소정값보다도 작게 되었을때, 제품은 해동을 종료한다. 상기한 전자레인지는 이 2차도함수의 변화로부터 해동상태를 결정하고 있다.

그러나, 이 해동상태의 결정방법에 의하면, 2차도함수의 변화를 초래하는 것은, 검출기에 흡수되는 마이크로파전력의 변화만이어야 한다.

한편, 일반적으로 열용량(C)를 보유하는 피가열물질, 예를 들어 마이크로파센서가 마이크로파전력(P)을 받았을때의 t시간 후의 온도상승값(θ)은 외부로의 방열이 전혀 없는 완전한 단열상태에서, 아래의 식(2)로 표시된다. 이 관계는 제26도에 나타내어진다.

θ=P·t/c (2)

그러나, 실제의 피가열물질에서는, 마이크로파전력을 받았을때에 외부로의 방열을 무시할 수가 없다. 이 경우, 피가열물질이 열방산정수가 δ이면, 미소시간(dt)에 이 피가열물질이 수취하는 에너지 p·dt는 다음 식(3)으로 표시된다.

P·dt=C·dθ+δ·θ·dt (3)

단, dθ는 미소시간에 상승한 온도, C·dθ는, 미소시간에 피가열물질에 측정된 에너지, δ·θ·dt는 미소시간동안 주위로 방열된 열에너지이다. 상기한 식 (3)으로부터, 물질의 온도상승값(θ)은 전력(P)이 일정할때에 다음 식의 식 (4)로 표시된다. 이 관계는 제27도에 표시되어 있다.

θ=(P/δ)·[1-exp(-t/τ)] (4)

이 식에서, τ는 열시정수(熱時定數)로서, C=τ·δ의 관계가 있다. 제26도 및 제27도에 표시되어 있는 바와 같이, 온도상승값(θ)이 크게 됨에 따라서, 두 경우의 온도상승을 사이의 차가 증대한다.

그리고, 상기한 식(4)로부터 일본국 특개소 64-50385호 공보에 기술된 1차도함수(dθ/dt) 및 2차도함수 (d²θ/dt²)를 구하면, 다음식 식 (5)와, (6)이 각각 얻어진다. 이들의 관계를 제28도 및 제29도에 나타내어진다.

dθ/dt=(P/δ/τ)·exp(-t/τ) (5)

d²θ/dt²=(-p/δ/τ²)·exp(-t/τ) (6)

제29도 및 식(6)으로부터 2차도함수(d²θ/dt)는 시간(t)이 0으로부터 무한대(0-∞)의 범위에서, (-P/δ/τ²)으로부터 0으로 변화하는 것을 나타내고 있고, 방열을 고려하면, 시간에 대해 에너지가 변화하지 않는 경우에도 2차도함수의 변화가 초래된다.

이것은, 일본국 특개소 64-50385호 공보의 전자레인지 해동상태의 결정방법이 온도상승값(θ)이 크게된 상태에서는, 정확하지 않은 것을 시사하고 있다. 즉, 상기한 전자레인지에서는 검출기에 흡수되는 마이크로파전력의 변화만으로 2차도함수의 변화를 보아서, 이 2차도함수의 변화로부터 해동상태를 결정하고 있지만, 실제로는 마이크로파센서의 방열을 고려할 필요가 있다.

또, 일본국 특개소 64-50384호 공보에 개시되어 있는 전자레인지에서는, 상술한 바와 같이 열절연체를 사용하며, 또, 방열이 용이한 구조를 채용하고 있다. 그 결과, (1) 마이크로파 에너지가 조사(照射)되는 동안 열절연체는 방열을 감소시키고, (2) 마이크로파에너지가 조사되지 않는 동안에는 방열이 용이한 구조는 방열을 크게해서 신속하게 초기상태로 복귀시키며, 또한, 반복해서 가열하는 경우의 열의 누적에 의한 열파괴의 방지를 도모하고 있다.

그러나, 상기한 (1)과 (2)는 서로 상반되는 것으로서, 각각을 충분하게 만족시키는 것은 불가능하다.

또, 검출기의 외부로의 방열을 고려하는 경우에는, 이 방열되는 열량은 주위의 온도에 따라 좌우된다. 즉, 주위의 온도가 높을때에는 방산되는 열량이 적고, 주위의 온도가 낮을때에는 방산되는 열량이 많다. 예를 들어서, 전자레인지에서는, 그 사용상황에 따라서 그 가열실이 고온으로 되었을 경우에는 검출오차가 크게 된다. 종래의 단일의 검출기에서는, 주위의 온도를 획일적으로 포착하고 있었기 때문에 정확하게 마이크로파전력을 검출할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 마이크로파센서의 방열을 반드시 감소시킬 필요가 없이, 이 방열을 고려해서, 정확하게 마이크로파전력을 검출할 수 있는 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 마이크로파센서 주위의 온도변화에 영향을 받지 않고, 정확하게 마이크로파전력을 검출할 수 있는 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1실시예의 마이크로파전력 검출장치는, 마이크로파에너지의 흡수에 의해 발열하는 전파흡수체와 상기한 흡수체의 온도를 검출하는 더어미스터를 보유하는 마이크로파센서와 마이크로파센서의 출력을 기초하여 하기의 식(1)을 이용해서 마이크로파전력의 값을 시간의 함수로서 계산하는 계산장치로 구성된다.

P=C·dθ/dt+δ·θ (1)

여기서, P는 전파흡수체가 흡수한 마이크로파전력이고, θ는 더어미스터가 검출한 온도상승값이고, C는 마이크로파센서의 열용량이며, δ는 마이크로파센서의 열방사정수이다.

또, 본 발명의 제2실시예의 마이크로파전력 검출장치는, 마이크로파에너지의 흡수의 의해 발열하는 전파 흡수체와, 상기한 흡수체의 온도를 검출하는 제1더어미스터를 보유하는 마이크로파센서와, 전파흡수체의 주위온도를 검출하는 제2더어미스터를 보유하는 온도센서와, 상기한 마이크로파센서 및 온도센서의 각각의 출력에 기초하여 하기의 식(1)을 이용해서 마이크로파전력의 값을 시간의 함수로서 계산하는 계산장치로 구성된다.

P=C·dθ/dt+δ·θ (1)

여기서, P는 전파흡수체가 흡수한 마이크로파전력이고, θ=θ₁-θ₂이며, θ₁은 상기한 제1더어미스터가 검출한 온도상승값이고, θ₂는 제2더어미스터가 검출한 온도상승값이며, C는 마이크로파센서의 열용량이고, δ는 마이크로파센서의 열방산정수이다.

상기한 제2실시예의 마이크로파전력 검출장치에 있어서, 전파흡수체는 마이크로파 가열실을 형성하는 금속벽에 설치된 부착구멍에 제1금속부재를 개재하여 전파흡수체의 한쪽 면을 가열실 내로 향해 부착하고, 전파흡수체의 다른쪽 면에 제1더어미스터의 온도감지부가 마이크로파를 받아들이지 않도록 접착되고, 제2더어미스터가 금속벽의 배면(背面)에 제2금속부재를 개재하여 부착될 수 있다.

제2실시예의 마이크로파전력 검출장치에서, 온도센서는 전파흡수체와 동일한 형상과 크기 및 동일한 열용량을 보유하는 전파반사체와, 이 전파반사체의 온도를 검출하며, 제1더어미스터와 동일한 구성을 보유하는 제2더어미스터를 보유할 수 있다.

본 발명의 제1실시예의 마이크로파전력 검출장치에 있어서, 마이크로파센서는 더어미스터의 온도감지부보다 더 넓은 면적을 보유하는 평판형상으로 형성되며, 한쪽 면이 마이크로파 흡수면인 전파흡수체를 보유하고, 전파흡수체의 다른쪽 면에는 마이크로파에너지를 받아들이지 않도륵 더어미스터의 온도감지부가 접착된다.

상기한 식(1)은 전술한 식(3)의 양변을 dt로 나누는 것에 의해 구해진다. 이 식(1)을 사용해서 시간에 대한 마이크로파전력(P)이 센서의 열용량(C), 열방산정수(δ), 시간에 대한 온도상승값(θ) 및 그 변화율(dθ/dt)로부터 구해질 수 있다.

또, 마이크로파전력(P)의 값을 마이크로파센서의 수파(受波)면적으로 나누면, 단위면적당의 조사(照射)에너지를 얻어질 수 있다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 제1실시예를 제1도 및 제2도에 기초하여 상세하게 설명한다. 도면에서, 동일부분에 대해서는 동일부호로 표시한다.

전자레인지(13)의 앞면에는 문짝(14)이 개폐가능하게 설치된다. 전자레인지(13)의 가열실(17)의 천정부에는 마이크로파센서(10)가 고정되며, 이 마이크로파센서(10)에 있어서, 더어미스터(11)의 온도감지부(11a)는 평판형상의 전파흡수체(12)에 접착된다. 마이크로파센서(10)는 가열실(17)을 향하도륵 천정부의 프레임(15)에 형성된 부착구멍(15a) 내에 고정된다. 센서(10)의 리이선(11c)은 마이크로파원(源)인 마이네트롬(18)으로부터의 마이크로파에너지가 조사되지 않는 위치에 설치된다.

더어미스터(11)는 직경이 1.35mm이고, 두께가 1.45mm인 MELF(Metal Electrode Face)형 장치로서, Mn, Co, Ni을 주성분으로 하는 금속산화물의 소결체로 이루어지는 온도감지부(11a)를 보유하며, 그 온도감지부(11a)의 양단의 단자전극(11b)에 리이드선(11c)을 납땜하여 형성된다. 이 더어미스터(11)의 25℃에서의 저항값은 100㏀이고, B정수는 3965K이다.

전파흡수체(12)는 SiC의 소결체로서, 직경이 12mm이고, 두께가 1mm이다. 이 전파흡수체(12)의 한쪽 면(12a)은 마이크로파 흡수면이고, 그 다른쪽의 면(12b)의 중앙에 상기한 리이드선을 보유하는 더어미스터(11)의 온도감지부(11a)가 에폭시수지(10a)에 의해 접착된다. 더어미스터(11), 전파흡수체(12) 및 에폭시수지(10a)를 포함하는 마이크로파센서(10)의 열방산정수(δ)는 6mW/℃이고, 그 열시정수(τ)는 40초이다.

가열실(17)의 안쪽 깊숙한 부분에는 2450MHz의 마이크로파에너지를 발생하는 마그네트론(18)이, 또, 그 배후에는 송풍팬(bower fan)(19) 및 팬모우터(20)가 각각 설치된다. 가열실(17)의 바닥부에는 용기(21)를 재치하여 모우터(23)에 의해 회전하는 회전테이블(turning table)(22)이 설치된다. 팬모우터(20)의 근방에는 흡기구(24)가, 또, 가열실(17)의 천정부에는 배기구(26)가 각각 설치된다.

전자레인지(13)에는, 예를 들어서, CPU 및 메모리로 구성되는 제어기(30)인 계산장치가 설치된다. 이 메모리에는 전술한 식(1)의 관계와 전술한 열방산정수(δ) 및 열시정수(τ)의 각각의 값이 기억된다. 마이크로파센서(10)의 검출출력은 제어기(30)에 접속되어서, 전파흡수체(12)의 발열에 따른 온도상승값(θ)이 더어미스터(11)의 전기신호로서 제어기(30)에 입력된다. 또, 제어기(30)의 제어출력은 마그네트론(18), 팬모우터(20) 및 모우터(23)에 각각 접속된다.

이와 같은 방식으로 구성된 전자레인지에 있어서는, 식(1)에 관계, 마이크로파센서(10)의 고유의 열용량(C) 및 열방산정수(δ)의 각각이 미리 제어기(30)에 기억된다.

마이크로파에너지가 마이크로파센서(10)에 도달하면, 전파흡수체(12)가 이 마이크로파에너지를 흡수하여 발열하고, 이 발열에 따른 온도상승값(θ)이 제어기(30)에 입력되며, 제어기(30)는 마이크로파센서의 방열을 고려하여 피가열물이 받아들이는 마이크로파전력을 정확하게 구하기 위해 상기한 입력된 온도상승값(θ)으로 식(1)을 계산한다.

다음에, 이와 같이 구성된 전자레인지를 사용하여 마이크로파전력 검출시험을 행하였다. 마이크로파출력은 200W에 상당하는 약한 상태로 설정하였다. 또, 가열실(17) 내부에 조사된 마이크로파전력량을 구하기 위해서 제어기(30)에 기록장치(27)를 접속하였다.

시험 A

먼저, 회전테이블(22)상에 아무것도 올려놓지 않은 상태에서 제어기(30)에 의해 제어된 마그네트론(18)으로부터 마이크로파 에너지를 가열실(17) 내부에 조사하였다. 조사시간의 경과에 따라 제어기(30)가 계산한 전력량을 기록장치(27)에 의해 기록하였다. 그 결과를 제3도에 나타낸다. 이 경우, 회전테이블(22) 상에 피가열물이 없이 때문에, 마이크로파센서(10)에 입사되는 전력량은 시간에 대하여 거의 일정하였다.

시험 B

다음에, 회전테이블(22) 상의 온기(21)에 얼음 100g을 넣고, 시험 A에서와 동일한 방식으로 마이크로파 에너지를 가열실(17)에 조사하였다. 이 경우, 마이크로파센서(10)에 입사되는 전력량은 얼음이 녹음에 따라 저하하는 것으로 예상되었다. 시험 A와 마찬가지로 제어기(30)가 계산한 전력량을 기록한 결과, 제4도에 나타내는 바와 같이, 전력량은 200초 전후에서 저하하고 있어서, 그 예상이 타당한 것임이 확인되었다.

시험 A 및 시험 B의 결과로부터 이 실시예의 마이크로파센서(10)는 입사된 전력량을 정확하게 포착하고 있는 것이 판명되었다.

또, 제4도의 X로 표시되는 전력량이 최소치로 되는 시점을 해동종료로서 설정하고, 제어기(30)가 이상태를 구했을때, 마그네이트론(18)이 마이크로파출력을 제어하면, 해동종료를 검출할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2실시예를 제5도에 기초하여 상세히 설명한다.

전자레인지(13)의 앞면에는 문짝(14)이 개폐가능하게 설치된다. 전자레인지(13)의 가열실(17)의 천정부에는 마이크로파센서(10)와 온도센서(50)가 병설된다. 양쪽 센서(10),(50)는 천정부의 프레임(15)에 각각 형성된 부착구멍(15a),(15a) 내에서 가열실(17)을 향해 고정되고, 양쪽 센서(10),(50)의 리이드선(11c),(15c)은 후술하는 마그네이트론(18)으로부터의 마이크로파가 조사되지 않는 위치에 설치된다.

더어미스터(11),(51)는 각각 직경이 1.35mm인 두께가 1.45mm인 MELF형 장치로서, Mn, Co, Ni를 주성분으로 하는 금속산화물의 소결체로 이루어지는 은도감지부(11a),(51a)를 보유하며, 그 양단의 단자전극(11b),(51b)에 리이드선(11c),(51c)을 납땜하여 형성된다. 양쪽 더어미스터(11),(51)의 325℃에 있어서의 저항값은 각각 100kΩ이고, B정수는 3965k이다.

전파흡수체(12), (52)는 SiC의 소결체로서, 각각 직경이 12mm, 두께가 1mm이며, 동일한 열용량을 보유한다. 전파흡수체(121),(52)의 한쪽 면(12a),(52a)는 마이크로파 흡수면이고, 그 다른쪽 면(12b),(52b)의 중앙에 상기한 리이드선을 보유하는 더어미스터(11),(51)의 온도감지부(11a),(51a)가 에폭시수지(10a),(50a)에 의해 접착된다. 온도센서(50)는 전파흡수체(52)의 마이크로파를 받아들이는 면(52a)에 Ag페이스트(Shoei Kagaku 사제 : 상품명 H-5723)를 인쇄하고, 최고온도 800℃에서 10분간 유지하여 소성해서, 금속피복재(53)를 얻었다. 이 금속피복재(53)는 증착법, 스퍼터링법 등의 박막형성법으로 제작하여도 좋다.

더어미스터(11), 전파흡수체(12) 및 에폭시수지(10a)를 포함하는 마이크로파센서(10)의 열방산정수(δ)는 6mW/℃이고, 그 열시정수(τ)는 40초이다. 또, 더어미스터(51), 전파흡수체(52) 및 에폭시수지(50a)를 포함하는 온도센서(50)의 열방산정수(δ)도 6mW/℃이고, 그 열시정수(τ)는 40초이다.

가열실(17)의 안쪽 깊숙한 부분에는 2450MHz의 마이크로파에너지를 발생하는 마그네트론(18)이, 또, 그 배후에는 송풍팬(19) 및 팬모우터(20)가 각각 설치된다. 가열실(17)의 바닥부에는 용기(21)를 재치하며, 모우터(23)에 의해 회전하는 회전테이블(22)이 설치된다. 팬모우터(20)의 근방에는 흡수기(24)가, 또, 가열실(17)의 천정부에는 배기구(26)가 각각 설치된다.

전자레인지(13)에는 CPU 및 메모리로 구성된 제어기(30)가 설치된다. 이 메모리에는 전술한 식(1)의 관계와 전술한 마이크로파센서(10)의 열방산정수(δ) 및 열시정수(τ)의 각각의 값이 기억된다. 마이크로파센서(10) 및 온도센서(50)의 검출출력은 제어기(30)에 접속되어서, 전파흡수체(12),(52)의 발열에 따른 온도상승값(θ₁),(θ₂)을 더어미스터(11),(51)의 전기신호로서 제어기(30)에 입력한다. 또, 제어기(30)의 제어출력은 마그네트론(18), 모우터(20),(23)에 각각 접속된다.

이와 같은 방식으로 구성된 전자레인지에서는, 식 (1)의 관계와, 마이크로파센서(10)에 대해, 고유한 열용량(C) 및 열방산정수(δ)의 각각의 값을 미리 제어기(30)에 기억시켜둔다.

마이크로파센서(10) 및 온도센서(50)에 마이크로파에너지가 도달하면, 온도센서(50)에서는 금속피복재(53)가 이것을 반사하지만, 전파흡수체(12)가 이것을 흡수하여 발열한다. 온도센서(50)를 구성하는 더어미스터(51)는 피가열물의 복사열 등에 의한 가열실의 온도에 따라 전기저항값이 변화한다. 한편, 마이크로파센서(10)를 구성하는 더어미스터(11)는 가열실의 온도 뿐만 아니라, 마이크로파전력량에 상응한 발열에 의해 전기저항값이 변화한다.

제어기(30)는 더어미스터(11)가 검출하는 온도(θ₁)로부터 더어미스터(51)가 검출하는 온도(θ₂)를 감산해서 마이크로파전력의 흡수에 의한 발열분만을 구하고, 이 θ=θ₁-θ₂를 상기한 식 (1)에 대입해서 마이크로파센서(10)의 방열과, 주위의 온도변화를 고려하여 피가열물이 받아들이는 마이크로파전력량을 정확하게 구한다.

다음에, 이와 같이 구성된 전자레인지를 사용해서, 회전테이블(22) 상에서 피가열물을 전혀 올려놓지 않은 상태에서 마이크로파전력 검출시험을 행하였다. 가열실(17)에 조사된 마이크로파전력량을 검사하기 위해서 제어기(30)에 기록장치(27)를 접속하였다.

시험 A'

먼저, 마이크로파출력은 200W에 상당하는 약한 상태로 설정하여 제어기(30)에 의해 마그네트론(18)으로부터 마이크로파에너지를 가열실(17)에 조사하였다. 또, 비교를 위해, 온도센서를 제어기(30)에 접속하지 않은 상태에서도, 마그네트론(18)으로부터 가열실(17) 내로 마이크로파에너지를 조사하였다.

제어기(30)가 계산한 전력량을 기록장치(27)에 의해 기록하였다. 그 결과를 제6도에 나타낸다. 온도센서(50)를 사용하지 않은, 즉, 온도를 보정하지 않은 경우에는 시간의 경과와 더불어 전력량이 약간 증가함에 대해서, 온도센서(50)를 사용하여 온도를 보정한 경우에는 조사시간의 장단(長短)에 관계없이 전력량이 일정하였다.

시험 B'

다음에, 마이크로파출력을 150W, 200W, 250W 및 300W의 4단계로 전환하고, 각각에 대해 제어기(30)가 계산한 전력량을 기록장치(27)에 의해 기록하였다. 그 결과를 제3도에 나타낸다.

제7도에 나타낸 바와 같이, 온도센서에 의해 온도를 보정한 경우에는, 마이크로파출력을 변화시키고, 조사시간이 길어도 전력량은 일정하였다.

이러한 사실로부터, 주위 온도의 보정을 행하는 것에 의해 마이크로파전력을 보다 정확하게 검출할 수 있음이 판명되었다.

다음에, 본 발명의 제3실시예를 제8도 내지 제11도에 기초하여 상세하게 설명한다.

전자레인지의 앞면에는 제8도에 나타낸 바와 같이, 문짝(14)이 개폐가능하게 설치된다. 전자레인지(13)의 가열실(17)의 천정부에는 마이크로파센서(10)와 온도센서(150)가 병설된다. 마이크로파센서(10)는, 천정부의 프레임(15)에 설치된 부착구멍(15a)에 제1금속부재(28)를 개재하여 전파흡수체(12)의 한쪽 면(12a)을 가열실내로 향하도록 부착되고, 제2더어미스터(51)가 프레임(15)의 배면에 제2금속부재(29)를 개재하여 부착된다. 이것에 의해, 마이크로파센서(10)는 마이크로파가 조사되지 않는 동안은 방열하기에 용이한 구조로 된다.

마이크로파센서(10)는 마이크로파를 흡수하여 발열하는 전파흡수체(12)와, 이 흡수체(12)의 온도를 검출하는 제1더어미스터(11)를 보유한다. 은도센서(50)는 전파흡수체(12)의 주위온도를 검출하는 제2더어미스터(51)를 보유한다.

가열실(17)의 안쪽 깊숙한 부분에는 2450MHz의 마이크로파를 발생하는 마그네이트론(18)이, 또, 그 배후에는 송풍팬(19) 및 팬모우터(20)가 각각 설치된다. 더어미스터(11),(51)의 리이드선(11c),(51c)은 마그네트론(18)으로부터의 마이크로파를 받아들이지 않는 위치에 설치된다.

가열실(17)의 바닥부에는 용기(21)를 재치하여 모우터(23)에 의해 회전하는 회전테이블(22)이 설치된다. 팬모우터(20)의 근방에는 흡기구(24)가, 또, 가열실(17)의 천정부에는 배기구(26)가 각각 설치된다.

전자레인지(13)에는 CPU 및 메모리로 구성되는 제어기(30)가 설치된다. 이 메모리에는 전술한 식 (1)의 관계와, 전술한 마이크로파센서(10)의 열방산정수(δ) 및 열시정수(τ)의 각각의 값이 기억된다. 마이크로파센서(10) 및 온도센서(50)의 검출출력은 제어기(30)에 접속된다. 전파흡수체(12)의 발열에 의한 온도상승값(θ₁)이 더어미스터(11)의 전기신호로서, 또, 금속부재(29)를 통해 전해지는 열에 의한 온도 상승값(θ₂)이 더어미스터(51)의 전기신호로서 각각 제어기(30)에 입력된다. 이 금속부재(29)를 통해 전해지는 열로서는, 전자레인지(13) 내의 피가열물의 방열에 의한 프레임(15)의 발열과, 제8도에서 참조부호(T)로 표시된 바와 같은 흡수체(12)로부터 금속부재(28)를 통해 전해지는 발열이 있다. 또, 제어기(30)의 제어출력은 마그네트론(18), 모우터(20),(23)에 각각 접속된다.

제9도는, 마이크로파센서(10)의 조립공정을 나타낸다. 미리, 직경이 10∼30mm, 두께가 0.5∼5mm인 원판 형상의 전파흡수체(12)를 준비한다. 두께가 0.2∼lmm이고, 전파흡수체(12)의 외경보다 4∼6mm 작은 직경의 구멍(28d)이 중앙에 형성되고, 둘레 가장자리에 3개의 나사삽입구멍(28e)이 형성되며, 또, 전파흡수체(12)의 외경보다 5∼20mm 큰 외경의 원판(28b)을 준비한다. 또, 두께가 0.2∼1mm이고, 전파흡수체(12)의 외경보다, 4∼6mm 작은 구멍(28c)이 중앙에 형성되고, 또, 전파흡수체(12)를 꼭 알맞게 수용하는 원통부재(28a)를 준비한다. 원통부재(28a) 및 원판(28b)은 각각 동일한 금속재료로 이루어지는데, 예를 들어, 알루미늄, 철, 동, 스테인레스강, 황동 등의 금속재료 중에서 선택된다. 전파흡수체(12)는 SiC의 소결체이다.

먼저, 원판(28b) 위에 전파흡수체(12)를 놓고, 이 흡수체(12)의 위로부터 원통부재(28a)를 씌워서, 원통부재(28a)를 원판(28b)에 스포트용접한다(참조부호 (288)의 부분이 스포트용접부위), 이것에 의해, 전파흡수체(12)가 원통부재(28a)와 원판(28b)에 의해 지지된다. 원통부재(28a)와 원판(28b)은 본 발명의 제1금속부재(28)를 구성한다. 이어서, 원통부재(28a)의 구멍(28c)으로부터 노출된 전파흡수체(12)의 상면(12b) 중앙에 리이드선을 보유하는 더어미스터(11)의 온도감지부(11a)(제8도)가 접촉하도륵 더어미스터(11)를 유기재료 또는 무기재료로 피복하여 고정한다. 이 예에서는 에폭시수지(10a)로 고정한다. 도면에 표시하지는 않았지만, 더어미스터(11)의 리이드선(11c)에는 절연커버를 설치하는 것이 바람직하다.

더어미스터(11)를 고정하는 에폭시수지 이외의 유기재료로서는, 페놀수지, 실리콘수지, 폴리이미드수지 등이 있다. 또, 무기재료에 의한 고정방법으로서는, 실리카와 알루미나를 주성분으로 하는 재료를 물과 혼합하여 제조한 페이스트로 더어미스터를 모올딩(molding)한 후, 수분은 80℃ 정도에서 증발시키고, 150℃ 정도에서 열처리하는 방법이 있다.

마이크로파센서(10)는 금속부재(28)의 플랜지부에 상당하는 원판(28e)의 나사 삽입구멍(28b)과 프레임(15)의 부착구멍(15b)에 나사(46)를 삽입관통시켜 너트(47)를 체결하는 것에 의해 프레임(15)에 부착된다.

제10도는 마이크로판센서(10)의 다른 조립공정을 나타낸다. 이 예에서는, 스포트용접으로 원통부재(28a)와 원판(28b)을 일체화하는 대신에, 원통부재(28a)의 하단의 3개소에 클로오(claw)(28a)를 설치하고, 원판(28b)에 클로오(28g)가 삽입관통되는 관통구멍(28h)을 형성해서, 클로오(28g)를 관통구멍(28h)에 삽입관통시킨 후, 절곡하여 일체화한다.

제11도는 온도센서(50)의 조립공정을 나타낸다. 미리, 두께가 0.2∼1mm이고, 직경이 6∼20mm인 원판(29b)을 준비한다 또, 두께가 3∼5mm이고, 외경이 4∼10mm인 원통부재(29a)를 준비한다. 먼저, 리이드(51c)를 보유하는 제2더어미스터(51)의 온도 감지부(51a)를 원통부재(29a)의 내부바닥부에 접촉시킨 상태에서 에폭시수지(50a)를 원통부재(29a) 내에 충전하여 고정한다. 이어서, 이 원통부재(29a)의 외부 바닥부를 원판(29b)에 스포트용접한다(참조부호(29b)의 부분이 스포트용접부위), 온도센서(50)는 원판(29b)의 바닥면을 스포트용접하는 것에 의해 프레임(15)의 배면에 부착된다.

원통부재(29a) 및 원판(29b)은 마이크로파센서(10)의 원통부재(28a) 및 원판(28b)와 동일한 재료로 이루어진다. 원통부재(29a)와 원판(29b)은, 본 발명의 제2금속부재(29)를 구성한다.

더어미스터(11),(51)의 온도감지부(11a),(51a)는 각각 Mn, Co, Ni을 주성분으로 하는 금속화합물의 소결체로 이루어지고, 그 양단에 리이드선(11c),(51c)을 납땜하여 형성된다 양쪽 더어미스터(11),(51)의 25℃에서의 저항값은 각각 100kΩ이고, B정수는 각각 3965k이다.

제8도에 나타내는 바와 같이 전파흡수체(12)의 한쪽 면(12a)은 마이크로파 흡수면이고, 그 다른쪽 면(12b)에는 상술한 바와 같이 더어미스터(11)의 온도감지부(11a)가 고정부착된다.

더어미스터(11), 전파흡수체(12) 및 에폭시수지(10a)를 포함하는 마이크로파센서(10)의 열방산정수(δ)는 6mW/℃이고, 그 열시정수(τ)는 40초이다.

이와 같이 구성된 전자레인지에서, 마이크로파센서(10)에 마이크로파가 도달하면, 전파흡수체(12)가 이것을 흡수하여 발열한다. 온도센서(50)를 구성하는 더어미스터(51)는 프레임(15)에 전해져 오는 열에 의해 전기저항값이 변화한다. 이 열은 피가열물 또는 전파흡수체(12)의 어느 한쪽 또는 양쪽으로부터 전달되는 열이다. 한편, 마이크로파센서(10)를 구성하는 더어미스터(11)는 그 주위의 온도 외에 마이크로파 전력량에 상응한 전파흡수체(12)의 발열에 의해 전기저항값이 변화한다.

제어기(30)는, 더어미스터(11)가 검출하는 온도(θ₁)로부터 더어미스터(51)가 검출하는 온도(θ₂)를 감산해서, 마이크로파전력의 흡수에 의한 발열분만을 구한다.

제어기(30)에 미리 식(1)의 관계가 마이크로파센서(10)에 고유한 열용량(C) 및 열방산정수(δ)의 각각의 값을 기억시켜 두고 상기한 θ=θ₁-θ₂를 상기한 식(1)에 대입하면, 마이크로파센서(10)의 방열과, 주위의 온도변화를 고려하여 피가열물이 받아들이는 마이크로파전력량을 정확하게 구할 수 있다.

다음에, 이와 같이 구성된 전자레인지를 사용해서, 회전테이블(22) 상에는 피가열물이 전혀 놓여 있지 않은 상태에서 마이크로파전력 검출시험을 행하였다. 가열실(17)에 조사된 마이크로파전력량을 검사하기 위해서 제어기(30)에 기록장치(27)를 접속하였다. 제2실시예와 동일한 시험 A 및 시험 B를 연속해서 행한 결과, 동일한 결과를 얻었다.

본 발명의 마이크로파전력 검출장치의 주요 부품인 마이크로파센서로서, 제12도 내지 제24도에 나타낸 바와 같이, 전술한 예 이외의 여러 가지 구성의 것을 사용할 수도 있다.

제12도에 표시되는 마이크로파센서(10)는, 리이드선(111)을 보유하는 더어미스터(112)와, 더어미스터(112)에 근접하여 더어미스터(112)와 그 리이드선(11)을 함께 씌우는 금속커버(113)와, 금속커버(113)의 표면에 부착된 전파흡수층(114)을 구비하고 있다.

더어미스터(112)로서는, 비이드(bead)형, 원판형, 봉형, 후막형, 박막형, 칩형, 전극일체형 등의 공지의 장치를 사용할 수 있다. 리이드선을 보유하는 더어미스터장치로서는, 약 200∼400℃의 내열성 때문에, 유리가 피복된 유리피복 비이드형 또는 유리관에 봉입된 유리봉입형의 장치가 바람직하다. 유리피복 비이드형 더어미스터는, 비이드형의 더어미스터 본체에 2개의 극세듀멧선(fine dumet wire)을 용접한 후, 용융유리로 더어미스터 본체를 피복하여 제조된다.

금속커버(113)는, 그 응답속도를 개선하고, 리이드선이 마이크로파 에너지에 노출되는 것을 방지하는 형상을 보유하기 위해서, 작은 열용량을 보유하는 것이 바람직하다. 또한, 금속커버(113)는 마이크로파 에너지에 의해 발생되는 방전을 방지하기 위해 접지된다. 이러한 이유로, 금속커버는 내열성 및 도전성을 보유하는 동, 스테인레스강 등의 금속으로 제조된다. 금속커버는 그 형상에 있어서 뾰족한 부분을 보유하면, 그 부분에 마이크로파 에너지가 집중하여 방전형상이 발생하는 경향이 있다. 따라서, 금속커버의 형상은 그와 같은 뾰족한 부분이 없고, 마이크로파를 받아들이는 면적이 비교적 넓은, 원통형, 각통형(角筒形) 등의 일단 이 봉지(封止)된 통형상이 바람직하다. 원통형상의 경우, 원통의 내경은 리이드선을 보유하는 더어미스터(112)에 근접하여 더어미스터를 덮도록 더어미스터 본체의 외경과 동일 혹은 약간 큰 것이 바람직하다. 또, 금속커버(113)를 마이크로파전력 검출장치에 용이하게 부착하도록 하기 위해서 금속커버(113)의 기단에 플랜지(113a)를 설치해도 좋다.

전파흡수층(114)은 금속커버(113)의 표면에 설치된다. 이 전파흡수층(114)은 전파흡수분말을 충전재로서 함유하는 유기물질 또는 무기물질중의 어느 한쪽 또는 양쪽에 의해 형성된다. 이 전파흡수분말은 자성(磁性) 또는 유전성(誘電性)중의 어느 한쪽 또는 양쪽을 보유하는 세라믹분말이다. 자성을 보유하는 전파흡수분말로서는 페라이트분말 또는 페라이트를 주성분으로 하는 세라믹분말이 있고, 유전성을 보유하는 전파흡수분말로서는 Sic, Al₂O₃, B₄C, SrTiO₃, ZrO₂, Y₂O₃, PZT 및 PLZT로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 세라믹분말이 열거된다. 또, 자성 및 유전성을 겸비하는 전파흡수분말로서는, 일본국 특개평 1-291406호 공보에 개시되는 입경이 50㎛ 이하인 페라이트미분말을 함유하는 자성재료분말과, 입경이 10㎛ 이하인 BaTiO₃와 같은 퍼로브스카이트형(perovskite-type) 화합물입자를 함유하는 유전재료분말을 혼합해서, 이 혼합물을 1000 내지 1500℃에서 소성한 재료이며, 페라이트입자 사이, 또는, 페라이트입자와 퍼로브스카이트형 화합물입자 사이에 반응상(反應相)을 형성하여 자성손실과 대단히 큰 유전손실을 겸비한 세라믹을 분말형상으로 한 것이 열거된다.

이 전파흡수층(114)의 모재(母材)는 상기한 전파흡수분말을 금속커버(113)에 접착하는 접착재로서 사용된다. 전파흡수층(114)은 내열성과 열전도성이 높은 것이 바람직하다. 유기물질의 모재로서는, 예를 들어, 에폭시수지, 페놀수지, 실리콘수지, 불소수지 등의 200∼300℃의 내열성 수지가, 또, 폴리이미드계 수지와 같은 300∼400℃의 내열성 수지가 사용된다. 무기물질의 모재로서는, 예를 들어, 글라스테이스트(glass paste)가 사용된다. 그 외에, Si-Ti-C-O계 무기섬유(일본국 Ubekosan 사제, 상품명 : Chirano Fiber)를 상기한 에폭시수지 등의 내열성수지에 혼합한 복합재료(일본국 Ubekosan 사제, 상품명 : Chirano Polymer Coat AL-15)도 사용가능하다. 이 복합재료는 800℃의 내열성이 있다. 에폭시수지 및 상기한 복합재가 내열성이 높고, 또, 열전도성도 높기 때문에 바람직하다.

전자흡수율을 향상시키기 위해서는 전파흡수층의 전파흡수분말 함유율을 높인다. 이 함유율은 모재인 유기물질 또는 무기물질의 종류에 따라 변화하지만, 전파흡수분말을 모재에 대하여 약 10∼50% 함유하는 것이 바람직하다.

이 전파흡수층(114)은 이와 같이 해서 형성된다. 먼저, 상기한 유기물질 또는 무기물질의 어느 한쪽 또는 양쪽을 용융하고, 이것에 전파흡수분말을 균일하게 혼합하여 코오팅액을 제조한다. 이 코오팅액에 상기한 금속커버(113)를 소정의 깊이까지 침지한 후, 들어올려서 건조한다. 이 침지코오팅에 의해, 금속커버(113)의 외표면의 대부분이 전파흡수층(114)에 의해 피복된다. 이 전파흡수층(114)의 두께는 금속커버(113)와의 열팽창차에 기인하는 전파흡수층(14)의 박리를 방지하기 위해서, 약 수십 내지 수백 ㎛의 두께로 얇게 하는 것이 바람직하다.

마이크로파센서(10)의 제조방법은, 리이드선을 보유하는 더어미스터(112)를 금속커버(113) 내에 삽입하고, 충전재(116)로서 고정한다. 충전재로서는, 전파흡수층(14)의 형성에 사용되는 상술한 유기물질 또는 무기물질 외에 실리카 및 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹이어도 좋다. 충전재(116)로 더어미스터(112)를 금속커버(113) 내에 고정하기 위해서는, 충전재를 용융시켜 이것을 더어미스터(112)에 침지 코오팅한 후, 금속커버(113) 내에 삽입하여도 좋고, 혹은, 더어미스터(112)를 금속커버(13) 내에 삽입한 후, 용용한 충전재를 주입하여도 좋다. 전파흡수층(114)은, 더어미스터(112)를 금속커버(113) 내에 삽입하기 전, 또는, 더어미스터(112)를 금속커버(113) 내에 삽입하여 충전재(116)로 고정한 후에 형성해도 좋다.

이와 같은 구조의 마이크로파센서(10)는, 부착판(118)과 나사(18a)에 의해 전자레인지의 프레임(124)에 부착된다.

제13도 및 제14도에 예시된 마이크로파센서(10)는, 반도체특성을 보유하며, 마이크로파 에너지를 흡수가능한 전파흡수체(211)와, 상기한 전파흡수체(211)의 마이크로파 에너지를 받아들이지 않는 면에 간격을 두고 설치된 한쌍의 전극(212),(213)을 구비한 것이다. 마이크로파센서(10)의 전극(212),(213)에는 각각 리이드선(214),(216)의 일단이 접속된다. 리이드선(214),(216)의 타단은 캡형상의 부착부재(217)를 관통하여 부착부재(217)의 상면에 설치된 리이드전극(218),(219)에 각각 접속된다. 부착부재(217)는 후술하는 전자레인지의 천정부에 형성하는 프레임(224)의 상면에 부착된다. 리이드선(214),(216)이 마이크로파 에너지를 받아들이지않도록 하기 위해서, 리이드선(214),(216)에 근접하여 이들을 덮어씌우는 커버(222)가 설치된다. 커버(222)의 일단을 전파흡수체(211)의 측면에 접착하고, 타단은 부착부재(17)의 상부 내면에 접착하고 있다. 커버(222)는 세라믹 또는 내열성 플라스틱에 의해 형성된다.

반도체특성을 보유하며 마이크로파 에너지를 흡수가능한 전파흡수체(211)의 재료로서는, Mn, Co, Ni, Fe, Cu 등의 천이금속원소를 적어도 1종 함유하는 산화물, 또는, β-SiC와 B₄C중의 어느 한쪽 혹은 양쪽을 주성분으로서 함유하는 비산화물이 열거된다. 상기한 산화물은 Mn, Co, 및 Ni로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상과, Fe, Al 및 Cu로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 산화물인 것이 바람직하다. Fe를 함유하는 천이금속산화물은 자성도 보유하는 경우가 많아서, 마이크로파의 자계성분에도 작용하여 마이크로파흡수성분이 보다 높게 되므로, 특히 바람직하다.

이 전파흡수체(211)는 일반적인 세라믹의 제조방법에 기초하여 다음과 같이 형성된다. 먼저, 전파흡수체(211)의 재료를 소정의 금속비로 결합재와 함께 혼합한 후, 소성해서, 분쇄한다. 이 분쇄물을 조립(造粒)해서, 성형하고, 소성한 후, 소정형상으로 가공하여 소망형상의 전파흡수체(211)를 얻는다. 전파흡수체(211)의 두께는 기계적 강도를 고려하여, 수백 ㎛-수 mm인 것이 바람직하다.

마이크로파센서의 제조방법은, 상술한 바와 같이 형성된 전파흡수체(211)의 마이크로파를 받아들이지 않는 면에 한쌍의 전극(212),(213)을 간격을 두고 스크리인인쇄, 스퍼터링, 증착 등의 수단을 이용해서 형성한다. 스크리인인쇄에 사용되는 페이스트는 Ag/Pd합금, Cu, Au, Ag 등의 금속을 함유한다. 이들 금속은 스퍼터링, 증착에서도 동일하게 사용된다. 한쌍의 전극(212),(213)과 전파흡수체(211)의 사이에 Pd, Cr, Ti 등의 금속으로 이루어지는 하도층(undercoating layer)(도면에서의 표시는 생략)을 설치하면, 전극의 밀착강도는 더욱 향상한다. 리이드선(214)(216)은 납땜, 스포트용접, 와이어본딩(wire bonding) 등에 의해 전극(212)(213) 및 리이드전극(218)(219)에 접속된다.

리이드선(214)(216)에 접속되는 전극이 Ag/Pd합금, Cu 또는 Ag로 이루어지는 경우에는, 특히 납땜이 바람직하다. 리이드선(214)(216)은 Au, Pt, Cu, Ag 등으로 제조되는 것이 바람직하며, 그 직경은 수십 ㎛∼수백 ㎛인 것이 바람직하다. 리이드선(214)(216)으로서 Pt선을 스포트용접으로 형성한 경우에는, 내열성이 극히 높은 것이 바람직하다.

제15도에 예시된 마이크로파센서(10)는, 리이드를 보유하는 더어미스터(312)와, 이 더어미스터에 근접하여 더어미스터(312)를 그 리이드선(311)과 함께 덮어씌우는 전파흡수체(313)을 구비하고 있다.

마이크로파센서(10)를 구성하는 더어미스터(312)에는, 비이드형, 원판형, 봉형, 후막형, 박막형, 칩형, 전극 일체형 등의 공지의 장치를 사용할 수 있다. 리이드선을 보유하는 더어미스터장치로서는, 약 200∼400℃ 정도의 내열성 때문에, 유리가 피복된 유리피복 비이드형 또는 유리관에 봉입된 유리봉입형의 장치가 바람직하다. 유리피복 비이드형 더어미스터는, 비이드형의 더어미스터 본체에 2개의 극세듀멧선을 용접한 후, 용융유리로 더어미스터 본체를 피복하여 형성된다.

전파흡수체(313)는, 제12도에 나타낸 마이크로파센서(10)를 구성하는 전파흡수체를 형성하는데 사용되는 전파흡수분말과 동일한 분말에 의해 형성된다.

전파흡수체(313)의 형상은 리이드선(311)에 마이크로파 에너지를 받아들이지 않는 형상일 것이 필요해서, 원통형, 각통형 등의 일단이 봉지되는 통형상이 바람직하다. 원통 형상인 경우, 원통의 내경은 리이드를 보유하는 더어미스터(312)에 근접하여 더어미스터를 덮어씌우도록 더어미스터의 외경과 동일 또는 약간 큰 것이 바람직하다. 전파흡수체(313)를 형성하기 위해서는 자성 혹은 유전성의 어느 한쪽 또는 양쪽을 보유하는 세라믹분말을 단독, 또는, 필요에 따라 결합재와 함께 금형 등을 사용하여, 제15도에 나타내는 바와 같은 원통형으로 압축성형하여 원통형 성형체를 소성하거나, 또는, 상기한 세라믹분말을 원통형 또는 각통형으로 성형한 후, 소성하여 원통형 또는 각통형의 소성체를 기계가공하여 원통형 또는 각통형으로 가공하여도 좋다. 또, 제15도에 나타내는 바와 같이, 전파흡수체(13)를 전자레인지에 용이하게 부착하기 위해서, 전파흡수체(13)의 기단에 금속 또는 플라스틱제의 플랜지(314)를 설치해도 좋다.

마이크로파센서(10)의 제조방법은, 리이드선(311)을 보유하는 더어미스터(312)를 전파흡수체(313) 내에 삽입해서, 충전재(316)로 고정한다. 충전재로서는, 내열성과 열전도성이 높은 재료가 바람직하다. 이러한 종류의 재료로서는, 예를 들어, 에폭시수지, 실리콘수지, 불소수지 등의 200∼300℃의 내열성 수지가, 또, 폴리이미드계 수지와 같은 300-4OO℃의 내열성 수지가 각각 사용된다. 또, 높은 내열성이 있는 충전재로서는 실리카 및 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹이 열거된다. 열전도는 일반적으로 무기물질인 세라믹쪽이 높으므로, 충전재는 무기물질이 바람직하다. 충전재(316)로 더어미스터(312)를 전파흡수체(313) 내에 고정하기 위한 방법으로서는 충전재를 용융시켜서, 이것을 더어미스터(312)에 침지코오팅한 후, 전파흡수체(313) 내에 삽입하여도 좋고, 또는, 더어미스터(312)를 전파흡수체(313) 내에 삽입한 후, 용용한 충전재를 주입하여도 좋다.

이와 같은 구성의 마이크로파센서(10)는, 부착판(318)과 나사(318a)에 의해 전자레인지의 프레임(324)에 부착된다.

제16도 및 제17도에 나타내는 바와 같이, 앞면이 마이크로파 에너지를 받아들이는 면인 마이크로파센서(10)는, 마이크로파 에너지를 흡수가능한 전파흡수체(412)와, 이 전파흡수체(412)의 마이크로파를 받아들이지 않는 뒷면에 접합되는 금속부재(414)와, 이 금속부재(414)에 의해 보전유지되어서 상기한 금속부재(414)를 퉁해 전파흡수체(412)의 온도를 감지하는 더어미스터(416)를 구비하고 있다. 이 마이크로파센서(10)에서는, 전파흡수체(412)가 평판형상으로 형성되고 그 뒷면의 중앙부에 금속부재(414)를 접합하기 위한 접합부(418)를 보유하고, 이 더어미스터(416)가 그 양단에 절연성 물질(420)로 피복된 리이드선(422)을 보유하며, 또, 이 금속부재(414)가 상기한 리이드선(422)이 부착된 더어미스터(416)를 삽입부착하기 위한 슬릿(424)과 마이크로파센서(10)를 피부착체에 부착하기 위한 걸림홈(426)을 보유하는 것이 바람직하다.

이 마이크로파센서(10)에서는, 슬릿(424) 내에 더어미스터(416)를 삽입하여 코오킹(caulking)하는 것만으로 금속부재(414)와 더어미스터(416)를 용이하게 접합할 수 있다. 또, 걸림홈(426)에 피부착체의 부착구를 거는 것에 의해 마이크로파센서(10)를 간단하게 부착체에 부착할 수 있다.

마이크로파센서(10)의 전파흡수체(412)는 제12도에 나타낸 마이크로파센서(10)를 구성하는 전파흡수체를 형성하는데 사용한 것과 동일한 전파흡수분말로 형성한다.

전파흡수체(412)는, 자성재료, 유전성재료의 세라믹분말을 결합제와 함께 평판형상으로 압축성형하여 성형체를 소성하거나, 혹은, 상기한 세라믹분말을 결합제와 용제(solvent)로 혼련하여 슬러리를 제조해서, 이 슬러리를 시이트(sheet)로 성형한 후, 평판형상으로 타발(打拔)하여 소성하는 것에 의해 제조된다. 이 예에서는, 제17도에 나타내는 바와 같이, 전파흡수체(412)를 직경이 10∼30mm이고, 두께가 1∼3mm 정도인 원판형상으로 형성해서, 앞면을 마이크로파를 받아들이는 면으로 한다.

또, 전파흡수체(412)의 뒷면 중앙부에는 금속부재(414)를 접합하기 위한 접합부로 이루어지는 금속층(418)이 형성된다. 이 금속층은, Cu-Zn, Zn, Ag, Ag-Pd 등의 금속으로 구성되어서, 용사(溶射), 증착 또는 금속페이스트인쇄 등에 의해 형성된다.

제16도 내지 제20도에 예시된 바와 같이, 금속부재(414)에는, 그 상면 중심을 통과하여 소정 깊이의 슬릿(424)이 형성된다. 이 예에서, 금속부재(424)는 직경이 5∼10mm이고, 두께가 3∼5mm인 원기둥형상을 이룬다. 슬릿(424)은 금속부재(414)의 상면으로부터 두께방향의 중심까지 형성되며, 슬릿(424)의 바닥부에는 리이드선(422)을 보유하는 더어미스터(416)를 삽입부착하기 위한 슬릿(424)보다 광폭의 관통구멍이 형성된다.

금속부재(414)의 외주면에는 마이크로파센서(10)를 전자레인지 등의 피부착체에 부착하기 위한 걸림홈(426)이 형성된다.

또, 금속부재(414)는 Cu-Zn 합금, 알루미늄 등의 열전도가 양호하며 내열성이 높은 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.

더어미스터(416)는, 소형이고 내열성이 있는 것이 바람직하며, 제21도에 나타내는 바와 같이, 유리로 피복되는 유리피복 비이드형이 200∼400℃ 정도의 내열성이 있어 바람직하다. 유리피복 비이드형 더어미스터는 비이드형의 더어미스터 본체의 양단에 극세리이드선(422)을 용접한 후, 용융유리로 그 더어미스터 본체를 피복하여 형성된다. 이 예에서는, 리이드선(422)은 그 더어미스터(416)에 근접한 부분이 테플론, 폴리이미드 등의 내열성을 보유하는 절연성 물질(420)로 피복한다.

마이크로파센서(10)의 제조방법은, 우선, 제22도에 나타내는 바와 같은 평판 형상의 전파흡수체(412)를 준비한다. 이 전파흡수체(412)의 뒷면 중앙부에 금속부재(414)를 접합하기 위한 접합부로 되는 금속층(418)을 형성한다. 이 금속층(418) 위에 금속부재(414)를 고온납땜, 경납땜 등의 접합기술을 이용하여 접합한다. 다음에, 그 양단부에 절연성 물질(420)로 피복된 리이드선(422)을 보유하는 더어미스터(416)를 금속부재(414)의 슬릿(424)에 삽입부착한다(제16도 내지 제20도 참조). 이 삽입부착시에, 도시하는 바와 같이 미리 각각의 리이드선(422)의 일부를 직각으로 절곡해서, 삽입부착 후에 리이드선(422)의 도출단부가 전파흡수체(412)에 가리워져 마이크로파를 받아들이지 않도록 한다.

슬릿(424) 내에 더어미스터(416)를 삽입부착한 후, 제17도에 나타내는 바와 같이, 화살표(A)의 방향으로부터 금속부재(414)에 힘을 가해서, 코오킹하는 것에 의해 더어미스터(416)를 슬릿(424)의 바닥부의 관통구멍 내에 고정한다.

본 발명의 마이크로파센서(10)를 피부착체인 전자레인지에 부착하는 예를 제23도 및 제24도에 기초하여 설명한다.

우선, 전자레인지(430)의 내벽(431)의 일부에 마이크로파센서(10)를 부착하기 위한 개구부(430)를 설치한다. 이 내벽(43l)의 외측의 개구부(432) 근방에 서로 대향하는 한쌍의 판스프링으로 이루어지는 부착구(434)(434)의 각 기단을 접착한다. 한쌍의 부착구(434)(434)의 각 선단은 개구부(432)를 향해 내벽(431)의 외측에 설치되며, 금속부재(414)의 걸림홈(426)에 걸리는 간격을 보유한다. 또, 부착구(434)(434)의 각 선단은 걸림홈(426)에 걸렸을 때에 전파흡수체(412)의 표면을 내벽(431)의 표면과 동일면으로 하는 내벽(431)으로부터의 높이를 보유한다.

이와 같이 구성된 전자레인지의 개구부(432)에 마이크로파센서(10)를 전자레인지(430)의 가열실 쪽으로부터 리이드선(422)이 내벽(431)의 외측에 노출하도록 개구부(432)에 삽입하고, 부착구(434)(434)의 각 선단을 금속부재(414)의 걸림홈(26)에 걸려지게 한다.

제25도는 마이크로파센서(10), 온도센서(50) 및 저항(536)(537)으로 구성된 브리지회로(538)의 한가지 예를 나타내는 것으로서, 본 발명의 제3실시예의 마이크로파전력 검출장치에서 마그네트론(18)을 제어하기 위해 사용된다. 제25도에 예시된 바와 같이, 전자레인지에는 CPU 및 메모리로 구성되는 제어기(30)가 설치되어 있다. 이 메모리는 조작패널(516)의 조리선택스위치(516c)(516d)‥‥(516n)마다 피가열물인 식품의 발열량에 따른 조리프로그램이 기억된다. 제어기(30)의 입력측에는 이들 스위치(516c)(516d)‥‥(516n) 이외에 스위치(516a)(516b)가 접속된다. 또, 제어기(30)의 입력측에는 식품의 가열상황 또는 완료상황을 검출하는 검출회로(531)가 A/D변환기(533)(534)를 개재하여 접속된다.

검출회로(531)는, 저항(536)과 마이크로파센서(10)의 직렬회로와 저항(537)과 온도센서(50)의 직렬회로(538)의 출력단자(A)(B)에 각 입력단자가 접속하는 증폭기(539)를 구비하고 있다. 저항(536)(537)의 저항값은 더어미스터(11)(51)의 저항값과 동일한 100kΩ이다. 브리지회로(538)의 입력단자에는 전류제어저항(540)을 개재하여 직류전원(541)이 접속된다. 제어기(30)의 제어출력에는 구동회로(542)를 개재하여 마그네트론(18)이, 또, 구동회로(543)를 개재하여 모우터(20)(23)가 각각 접속된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 마이크로파전력을 정확하게 검출할 수 있다. 특히, 상기한 식(1)의 관계 및 마이크로파센서의 열방산정수(δ)와 그 열시정수(τ)를 미리 제어기(30)에 입력하여 두고, 이 δ와 τ로 마이크로파센서의 방열을 고려하도록 해서, 마이크로파센서에 의해 마이크로파의 흡수에 따른 열에너지를 검출하면, 마이크로파센서에 방열을 방지하기 위한 열절연체를 설치할 필요가 없다.

또, 제어기가 시간의 경과에 따라 마이크로파전력을 구하기 위해서, 그 변화에 기초하여 마이크로파원의 출력을 제어하면, 피가열물을 소망의 해동상태 또는 가열상태로 정확하게 처리할 수 있다.

Claims

마이크로파 에너지의 흡수에 의해 발열하는 전파흡수체(12)와 상기한 흡수체의 온도를 검출하는 더어미스터(11)를 보유하는 마이크로파센서(10)와, 마이크로파센서의 출력에 기초하여 하기의 식을 이용해서 마이크로파전력의 값을 시간의 함수로서 계산하는 계산장치(30)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치

P=C·dθ/dt+δ·θ

(여기서, P는 전파흡수체가 흡수한 마이크로파전력이고, θ는 더어미스터가 검출한 온도상승값이고, C는 마이크로파센서의 열용량이며, δ는 마이크로파센서의 열방산정수이다)
마이크로파 에너지의 흡수에 의해 발열하는 전파흡수체(12)와 상기한 흡수체의 온도를 검출하는 제1더어미스터(11)를 보유하는 마이크로파센서(10)와, 전파흡수체의 주위온도를 검출하는 제2더어미스터(51)를 보유하는 온도센서(50)와, 상기한 마이크로파센서 및 온도센서의 각각의 출력에 기초하여 하기의 식을 이용해서 마이크로파전력의 값을 시간의 함수로서 계산하는 계산장치(30)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.

P=C·dθ/dt+δ·θ

(여기서, P는 전파흡수체가 흡수한 마이크로파전력이고, θ=θ₁- θ₂이며, θ₁은 상기한 제1더어미스터가 검출한 온도상승값이고, θ₂는 제2더어미스터가 검출한 온도상승값이며, C는 마이크로파센서의 열용량이고, δ는 마이크로파센서의 열방산정수이다)
제2항에 있어서, 상기한 전파흡수체(12)는 그 한쪽 면(12a)이 마이크로파 가열실(17)의 내부를 향하도록 제1금속부재(28)에 의해 상기한 가열실을 형성하는 프레임(15) 내에 설치된 부착구멍(15a) 내로 삽입되고, 상기한 제1더어미스터(11)는 마이크로파원으로부터의 마이크로파 에너지를 받아들이지 않도록 상기한 전파흡수체의 다른쪽 면에 접착되는 온도감지부(11a)를 보유하며, 상기한 제2더어미스터(51)는 제2금속부재(29)에 의해 상기한 프래임(15)의 뒷면에 삽입되는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제2항에 있어서, 상기한 온도센서(50)는 상기한 전파흡수체와 동일한 형상, 크기 및 열용량을 보유하고, 마이크로파를 반사하는 전파반사체를 보유하며, 상기한 제2더어미스터(51)는 상기한 전파반사체의 온도를 검출하며, 상기한 제1더어미스터(11)와 동일한 구성을 보유하는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제1항에 있어서, 상기한 전파흡수체(12)는 더어미스터(11)의 온도감지부(11a)보다 넓은 면적을 보유하는 평면형상으로 형성되며, 그 한쪽 면(12a)이 마이크로파 흡수면이고, 상기한 더어미스터(11)의 온도감지부(11a)는 상기한 더어미스터가 마이크로파원으로부터의 마이크로파 에너지를 받아들이지 않도록 상기한 전파흡수체의 다른쪽 면(12b)에 접착되는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제1항에 있어서, 상기한 마이크로파센서(10)는 상기한 더어미스터(11)에 근접해서 상기한 더어미스터와 그 리이드선(11c)을 함께 덮어씌우는 금속커버를 구비하고 있으며, 상기한 전파흡수체는 상기한 금속커버 상에 층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제2항에 있어서, 상기한 마이크로파센서(10)는 상기한 제1더어미스터에 근접하여 제1더어미스터를 덮어씌우는 금속커버를 구비하고 있으며, 상기한 전파흡수체는 상기한 금속커버 상에 층으로 헝성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제1항에 있어서, 상기한 마이크로파센서는 더어미스터특성을 보유하는 전파흡수체와, 마이크로파에 노출되지 않게 상기한 전파흡수체의 한쪽 면 상에 그들 사이에 일정한 간격을 두고 형성되어 있는 한쌍의 전극을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제1항에 있어서, 상기한 전파흡수체는 상기한 더어미스터에 근접하여 상기한 더어미스터와 상기한 더어미스터의 리이드선을 함께 덮어씌우는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제1항에 있어서, 상기한 마이크로파센서는, 마이크로파 에너지를 받아들이는 앞면과 마이크로파 에너지를 받아들이지 않는 뒷면을 보유하는 전파흡수체와, 전파흡수체의 뒷면에 접합되는 금속부재와, 상기한 금속부재에 의해 보전유지되는 더어미스터를 구비하고 있으며, 상기한 전파흡수체의 온도를 상기한 금속부재를 통해 감지하는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제4항에 있어서, 전파반사체는 상기한 제1전파흡수체와 동일한 구성을 보유하는 제2전파흡수체와, 마이크로파 에너지를 반사하기 위해 상기한 제2전파흡수체의 마이크로파 에너지를 받아들이는 면 상에 설치된 금속피복재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제3항에 있어서, 상기한 전파흡수체는 상기한 제1더어미스터의 온도감지부보다 면적이 넓은 평판형상으로 형성되고, 상기한 제1금속부재는 적어도 한쪽 면이 노출하도록 상기한 전파흡수체를 보전유지하며, 상기한 한쪽 면은 흡수체의 마이크로파 흡수면이고, 제1금속부재는 부착구멍 주위의 일부에 고정되는 플랜지를 보유하는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제2항에 있어서, 상기한 마이크로파센서는 더어미스터특성을 보유하는 전파흡수체와, 마이크로파에 노출되지 않게 상기한 전파흡수체의 한쪽 면 상에 그들 사이에 일정한 간격을 두고 형성되어 있는 한쌍의 전극을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제2항에 있어서, 상기한 전파흡수체는 상기한 더어미스터에 근접하여 상기한 더어미스터와 상기한 더어미스터의 리이드선을 함께 덮어씌우는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.
제2항에 있어서, 상기한 마이크로파센서는, 마이크로파 에너지를 받아들이는 앞면과 마이크로파 에너지를 받아들이지 않는 뒷면을 보유하는 전파흡수체와, 전파흡수체의 뒷면에 접합되는 금속부재와, 상기한 금속부재에 의해 보전유지되는 더어미스터를 구비하고 있으며, 상기한 전파흡수체의 온도를 상기한 금속부재를 통해 감지하는 것을 특징으로 하는 마이크로파전력 검출장치.