Brevet FR2571830A1 — publié le 19860418

FOUR A MICRO-ONDES ET PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA CHARGE EN ALIMENTS D'UN TEL FOUR. L'invention est relative à un four à micro-ondes. Dans un tel four, le temps pendant lequel les aliments sont soumis à une énergie micro-ondes, en vue de la cuisson ou de la décongélation, est jusqu'à présent déterminé de façon manuelle à l'aide d'une minuterie. L'utilisateur doit en général sélectionner ce temps de cuisson ou de décongélation par la consultation de tables indiquant des valeurs de temps de cuisson en fonction de la nature de l'aliment, de son état physico-chimique (congelé ou non) au début du traitement, du type de cuisson ou opération à effectuer mijotage, cuisson rapide, etc..., ou décongélation, et, enfin, de la quantité d'aliments à traiter. Les trois premiers paramètres (nature de l'aliment, état physico-chimique et type de cuisson) ne posent pas de problème d'évaluation ; il n'en va pas de même du quatrième paramètre: la quantité d'aliments. L'appréciation de cette quantité ne peut être effectuée de façon précise qu'à l'aide d'une balance. Ainsi on connait des ap pareils qui comportent un dispositif de pesage des aliments sous le plateau, ou sole, de support des aliments à traiter. Mais un tel dispositif est très coûteux et de fabrication difficile. L'invention fournit un four à micro-ondes qui permet de déterminer automatiquement la charge en aliments à traiter qui ne présente pas les inconvénients du four connu à dispositif classique de pesée. Elle est basée sur la constatation que, lorsqu'une enceinte contient deux, ou plus, éléments absorbants d'énergie micro-ondes, L'énergie électromagnétique absorbée, toutes choses restant égales par ailleurs, se partage au prorata des charges de ces éléments. Par "charge" on entend ici le produit de la masse m de l'élément par la capacité K d'absorbtion de l'énergie micro-ondes; ce dernier para mètre dépend principalement de la nature de l'élément et de son état physico-chimique (congelé ou non). Lorsque l'enceinte contient deux éléments absorbants le rapport des charges de ces éléments varie dans le même sens que le rapport des puissances absorbées par lesdits éléments. Le four à micro-ondes selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte, dans sa chambre de cuisson ou décongélation, une charge-étalon, de préférence de petites dimensions, et un moyen pour mesurer soit la puissance absorbée par cette charge-étalon, soit un paramètre dépendant de cette puissance. Si la puissance absorbée par l'étalon est de valeur importante la charge du four est faible et, réciproquement, une puissance absorbée par cet étalon de valeur faible signifie une charge importante. En effet, l'étalon est soumis aux ondes hyperfréquences circulant dans l'enceinte de traitement - du four ; la part d'énergie qu'il recueille est, aux pertes près, égale à la différence entre l'énergie fournie par le générateur d'ondes et l'énergie absorbée par les aliments. Dans une réalisation la puissance absorbée par l'étalon est déterminée par la vitesse d'échauffement de ce dernier, la puissance absorbée par cet étalon étant d'autant plus importante que cette vitesse est grande. A cet effet, dans un exemple, on détermine la durée A t pour que l'étalon s'échauffe à partir d'une première température déterminée T1, par exemple 300 C, supérieure à la température ambiante, jusqu'à une seconde température déterminée T2, supérieure à la première de quelques degrés Celsius, notamment de l'ordre de 10 C. Cette durée iEt t est d'autant plus courte que la charge en aliments est faible.La vitesse d'échauffement peut également être mesurée en déterminant l'élévation de température 12 Q de l'étalon pendant une durée A t déterminée, par exemple 30 secondes; cette élévation de température a 6 de l'étalon est d'autant plus faible que la charge en aliments est importante. Les considérations ci-dessous permettront de mieux comprendre ladite réalisation, dans laquelle la puissance absorbée par étalon est déterminée par la vitesse d'échauffement dece dernier, et faciliteront la réalisation d'un four conforme à l'invention. étant la puissance absorbée par la charge en aliments, PE la puissance absorbée par l'étalon, P0 la puissance fournie par le four et la puissance dissipée par pertes, on peut écrire PC +PE p0 (l) Les pertes dépendent de la quantité et de la nature de la charge totale ainsi que de la répartition spatiale des charges. Par exemple lorsque la puissance du générateur est de 750 W et la charge est constituée par un volume d'eau variant entre 2 litres et 30 centilitres, les pertes varient de 50 w à 200 w. Les puissances PC et PE sont également liées par la relation suivante: PC KC MC (2) PE KE ME Dans cette formule, qui traduit le partage de la puissance au prorata des charges, KC et KE sont les capacités d'absorption respectivement de l'aliment, et de l'étalon. MC et ME sont les masses respectivement de l'aliment et de l'étalon. Comme déjà indiqué ci-dessus chaque coefficient K dépend principalement de la nature de la matière constituant l'aliment, ou l'étalon, et de son état physico-chimique. Toutefois le coefficient K dépend aussi, mais dans une plus faible mesure, de la masse, de la géométrie, ou topographie, de l'élément et de sa position dans le four. Enfin la puissance PE absorbée par l'étalon peut s'exprimer par la formule: Dans cette formule Cp est la chaleur massique de l'étalon et ## sa vitesse d'échauffement. #t Des relations (1), (2) et (3) ont déduit: Si on choisit l'étalon de façon telle que le produit KEME soit négligeable devant le produit KCMC on voit que la valeur de la charge étalon et sa précision n'ont pratiquement aucune influence sur la quantité mesurée " La formule (4) montre également que, pour une nature donnée d'aliments et pour une charge étalon déterminée, la vitesse d'échauffement de l'étalon est en première approximation une fonction hyperbolique de la masse MC de l'aliment ou de la charge KC!UC en aliments. La courbe hyperbolique de variation de t en fonction de MC n'est pas la même pour deux aliments de natures différentes. Par contre la courbe hyperbolique de variation de ## en fonction de la #t charge KCMc est, en première approximation, indépendante de la nature de l'aliment. I1 n'est ainsi pas indispensable de déterminer la masse de l'aliment mais seulement sa charge KM pour déterminer automatiquement le temps de cuisson. Comme on le verra plus loin il suffit de connaître la charge KM, la nature de l'aliment et son état physico-chimique pour connaître le temps de cuisson. La figure unique montre une courbe 10 représentant l'échauf fement A 3 O d'un échantillon pendant une durée de 30 secondes en fonction de la charge d'eau exprimée en millilitres. On voit que l'élévation de température 6 est de 190 C pour une faible charge, 100 millilitres, tandis que cette élévation de température est moins importante, de l'ordre de 5 C pour une plus grande charge, 1 litre. Le matériau constituant l'étalon peut être de nature quelconque ; il suffit qu'il absorbe l'énergie micro-ondes. Dans un exemple, ce matériau est la céramique évantuellement chargée de poudre de ferrite ou d'oxydes minéraux; on sait en effet que les oxydes métalliques améliorent l'absorption de l'énergie micro-ondes. Une sonde de température, tels qu'une thermistance ou un thermocouple, est disposée contre cet étalon ou noyée dans ce dernier. L'étalon peut être un élément préexistant dans le four, par exemple le plateau support d'aliments qui est en céramique ou en verre, ou une pièce en matière plastique. Cet étalon peut être égaleinent constitué par la sonde elle-même, par exemple une thermistance dont le matériau sensible (notamment une céramique) absorbe l'énergie micro-ondes. Le calcul ci-dessus, confirmé par les expériences menées dans le cadre de l'invention, montre que la vitesse d'échauffement de l'étalon fournit une indication relativement précise sur la quantité d'aliments se trouvant dans le four.Toutefois, comme déjà indiqué, cette vitesse d'échauffement est également fonction de la capacité d'absorption de l'énergie micro-ondes par les aliments; et cette capacité d'absorption dépend de la nature des aliments et de leur état physico-chimique (congelé ou non), la glace ayant une capacité d'absorption de la puissance micro-ondes environ 10 000 fois moins importante que l'eau sous forme liquide. Par contre la vitesse d'échauffement est pratiquement indépendante de la température. Il est également à noter que la capacité d'absorption des aliments dépend de leur emplacement dans le four. Mais ceci est peu gênant car les aliments sont habituellement disposés toujours au même endroit. La sensibilité de la mesure dépend de plusieurs paramètres dont l'emplacement de l'étalon et la nature du matériau qui le constitue. Mais on rappelle que la vitesse d'échauffement de l'étalon est pratiquement indépendante de la masse de ce dernier. Le temps A t est, dans une réalisation, mesuré de façon électronique par comptage d'impulsions à fréquence déterminée à l'aide d'un compteur qui est commandé pour démarrer le comptage lorsque la température de Pétalon atteint la première valeur T1 (300 C) et pour interrompre ce comptage lorsque cette température atteint la seconde valeur T2 (400 C). La charge ou la masse d'aliments du four peut être affichée, par exemple sur la façade de ce dernier, pour permettre à l'utilisateur de régler le temps de cuisson. Le signal représentatif de la charge en aliments peut également être utilisé pour déterminer le temps de cuisson de façon automatique. A cet effet, on prévoit, dans une réalisation, une commande à microprocesseur et à mémoire morte : une façade du four présente un premier groupe de touches dont chacune représente la nature d'un aliment et un second groupe de touches dont chacune représente le type de traitement à effectuer : décongélation, cuisson rapide, mijotage, etc. L'actionnement d'une touche dans chaque groupe correspond à une adresse dans une mémoire morte qui délivre alors sur sa sortie un signal de valeur V. Les signaux de valeurs V emmagasinés dans la mémoire morte correspondent aux temps de cuisson pour une charge en aliments de valeur égale à l'unité. Le signal V en sortie de la mémoire est, dans le microprocesseur, ou dans un simple multiplicateur, multiplié par le signal représentant la charge du four. Le signal produit ainsi obtenu représente le temps de cuisson ou décongélation et peut être utilisé pour commander automatiquement ce temps. REVENDICATIONS. 1. Four à micro-ondes caractérisé en ce qu'il comporte une charge-étalon, de préférence de petites dimensions, disposée dans la chambre de traitement du four, et un moyen pour mesurer soit la puissance absorbée par cette charge-étalon, soit un paramètre dépendant de cette puissance, afin de déterminer la charge en aliments introduite dans le four. 2 Four selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de mesure de la vitesse d'échauffement de la charge-étalonX 3 Four selon la revendication 2, caracterisé en ce que le moyen de mesure de la vitesse d'échauffement de la charge-étalon comprend une sonde de mesure de la température de cette chargeétalon et un moyen pour déterminer le temps ( A t) pour que la température de cette charge-étalon s'élève d'une première valeur déterminée (T1), supérieure à la température ambiante, jusqu'à une seconde valeur déterminée (T2). 4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce qutil comporte un compteur d'impulsions à fréquence déterminée, le comptage démarrant lorsque la température de la charge-étalon atteint la première valeur (T1) et s'interrompant lorsque cette température atteint la seconde valeur (T2). 5. Four selon la revendicatiohl3 ou 4, caractérise en ce que la différence entre les seconde et première températures déterminées est de tordre de 10 C. 6. Four selon la revendication 29 caractérisé en ce que le moyen de mesure de la vitesse d'échauffement de la charge-étalon comprend une sonde de mesure de la température de cette chargeétalon et un moyen pour déterminer l'élévation de température de cette charge en un temps donné. 7. Four selon la revendication 3 ou Ó, caractérisé en ce que le matériau constituant la charge-étalon forme également l'élément sensible de la sonde de mesure de la température. 8. Four selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que la charge-étalon est en céramique éventuellement chargée. 9. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend : une mémoire, par exemple une mémoire morte, fournissant un premier signal dont la valeur est fonction de deux signaux d'entrée appliqués sur ses entrées, le premier signal d'entrée représentant la nature du produit à traiter et le second signal d'entrée représentant le type de traitement ; et un moyen pour multiplier le signal de sortie de la mémoire par le signal représentant la charge du four, ce signal produit étant représentatif du temps de traitement de la charge en aliments. 10. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge-étalon est constituée par un élément préexistant du four tel que le plateau ou sole. 11. Procédé de détermination de la charge en aliments d'un four à micro-ondes, caractérisé en ce qu'on dispose une chargeétalon dans la chambre de traitement du four et en ce qu'on mesure soit la puissance absorbée par cette charge-étalon, soit un paramètre dépendant de cette puissance, la charge du four étant fonction de cette puissance absorbée.