KR900006476Y1 - 습도센서를 가진 가열기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

습도센서를 가진 가열기

제1도는 본 고안의 일 실시예를 표시한 가열기의 피가열물의 완성상태를 검지하는 검지회로.

제2도는 본 고안 가열기로서 전자렌지의 사시도.

제3도는 본 고안 가열기의 습도센서의 사시도.

제4도는 본 고안의 타실시예의 습도검출 회로도.

제5도는 본 고안에 의한 상이한 온도특성의 감열소자를 사용한 습도 센서로서 분위기 온도만을 변화시킨 때의 VN, VH, VS의 온도 특성도.

제6도는 분위기온도를 일정하게 하고 습도만을 변화시킨 때의 VN, VH, VS의 습도특성도.

제7도는 습도를 일정하게 하고 분위기 온도만을 변화시킨 때의 VN, VH, VS의 온도 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 습도센서 2 : 제어장치

3 : 제1감열소자 4 : 제2감열소자

5 : 비교기 6 : 제어회로

7 : 가열실 8 : 배기덕트

10 : 제1증폭기 11 : 제2증폭기

12 : A/D 변환기 15 : 고압트랜스

16 : 냉각팬 24 : 검출신호비교기

25 : 전류제한회로

본 고안은 피가열물의 완성상태를 검출하기 위한 습도센서를 가진 습도검출회로에 관한 것이고 더욱 상세하게는 가열된 식품의 완성을 검출하기 위한 습도센서를 가진 전자렌지등의 가열기에 관한 것이다.

종래에 전자렌지에 사용되는 습도센서는 더미스터 2개를 자기 발열시켜두고 일방을 절대습도 0g/㎥의 건조 공기중에 봉입하고 타방을 가열실내에서 배출되는 공기에 접촉하도록 배설되었었다.

그러나 이러한 방식의 습도센서는 온도계수 및 고온시의 저항치가 대략 동등한 2개의 더미스터를 한쌍으로 사용할 필요가 있고 또한 상술한 바와같이 일방을 건조공기중에 봉입하였기 때문에 높은 가격이었다.

본 고안은 저렴한 값으로 습도를 검출할 수 있는 습도센서를 가진 습도검출회로를 제공하고자 하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 상기한 결점을 해결하고자 상이한 온도특성을 가진 감열소자에 의하여 습도센서를 구성하므로서 정확한 습도의 검출이 가능한 저렴한 습도 검출회로를 제공하고자 하는 것이다.

가열기가 피가열물에서 발생하는 수증기량을 검지하는 습도센서와 이 습도센서의 출력신호에 의하여 가열시간을 제어하는 제어장치를 보유하고 상기 습도센서는 분위기 온도를 검출하는 제1감열소자와 자기발열 또는 가열일원에 의하여 가열되는 제2감열소자로 구성되고 상기 제어장치는 피가열물에서 발생하는 수증기에 의하여 발생하는 제1감열소자와 제2감열소자의 온도차를 비교하는 비교기와 이 비교기의 출력신호가 피가열물마다 미리 정하여진 소정치에 도달한 때에 가열 개시에서 당해 소정치에 도달하기 까지의 시간에 의하여 그후의 가열시간을 연산처리하는 제어회로로 구성된다.

더우기 본 고안의 타실시예의 습도검출회로가 분위기중의 습도를 검출하는 습도센서를 보유하고 이 습도센서는 분위기온도를 검출하는 제1감열소자와 자기 가열 또는 가열열원에 의하여 가열되는 제2감열소자로 구성되고 이 제1감열소자의 검출신호와 제2감열소자의 검출신호와를 비교하는 비교기가 설치되며 상기 제1감열소자 및 제2감열소자는 그 양단 전압의 변화량이 습도를 일정하게 하고 분위기 온도만을 변화시켰을 때에 동등하게 되도록 각각 상이한 온도특성을 보유시킨 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일 실시예를 제1도 내지 제3도에 의하여 설명하면 본 고안에 의한 가열기는 피가열물에서 발생하는 수증기량을 검지하는 습도센서(1)와 이 습도센서(1)의 출력신호에 의하여 가열시간을 제어하는 제어장치(2)와를 구비한 가열기에 있어서 상기 습도센서(1)는 분위기온도를 검출하는 제1감열소자(30와 자기 발열 또는 가열열원에 의하여 가열되는 제2감열소자(4)로 구성되고 상기 제어장치(2)는 피가열물에서 발생하는 수증기에 의하여 생기는 제1감열소자(3)와 제2감열소자(4)의 온도차를 비교 증폭하는 비교기(5)와 이 비교기(5)의 출력신호가 피가열물마다 미리 정하여진 소정치에 도달한 때에 가열개시에서 당해 소정치에 도달할 때 까지의 시간에 의하여 그후의 가여시간을 연산처리하는 제어회로(6)로 구성된 것이다.

제1도는 피가열물의 완성상태를 검지하는 검지회로의 구성을 도시한 것이다.

상기 제1감열소자(3) 및 제2감열소자(4)는 금속박막 저항, 더미스터 또는 반도체등으로 구성되며 제2도와 같이 전자렌지의 가열실(7)내의 수증기를 가열실 밖으로 배출시키기 위한 배기 덕트(8)내에 배치되었다.

그리고 제1감열소자(3) 및 제2감열소자(4)는 제3도와 같이 덕트(8)내에 설치된 착설기판(9)에 노출상태로 착설되었다.

그리고 제1감열소자(3)는 가열실(7)내에서 배출되는 수증기를 함유한 배기풍의 온도를 측정하는 기능을 갖고 또한 제2감열소자(4)는 자기가열에 의하여 고온으로 되어 있다.

물론 제2감열소자(4)는 자기가열에 의한 방법이외에 히터등의 가열열원에 의하여 감열소자 온도를 고온으로 유지시켜도 좋다.

다음은 본 고안의 구성에 의하여 습도가 검출되는 이유를 박막 감열소자를 예로들어 설명한다.

기본적인 원리는 열선식 유속계와 동일하며 제2감열소자(4)의 발열온도가 변하지 않는 열적 평형상태에 있어서는 항상 (1)식의 에너지 보존측이 성립된다.

qg : 단위체적당의 발열량, qt : 단위면적당의 냉각열 전달량, 좌변은 제2감열소자(4)가 단위시간당에 발생하는 열량으로 우변은 제2감열소자(4)의 표면에 배기풍에 전달되는 전열 전달량을 표시하고 있다.

전열공학에서 잘 알려지고 있는 프리에의 법칙과 오옴의 법칙을 (1)식에 적용하면,

sss pㆍJ²dv = sshㆍ(Tw-Tf)ds ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(2)

p : 제2감열소자(4)의 전지저항률, J : 전류밀도 h : 국소 열전달계수 Tw : 제2감열소자(4)의 벽면온도 Tf : 가열실내에서 배출되는 공기의 온도 (2)식을 적분하면,

RHㆍI²= hmㆍ(Tw-Tf)ㆍs ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(3)

RH : 제2감열소자(4)의 전기저항, I : 제2감열소자(4)를 흐르는 전류, hm : 평균열 전달계수, s : 제2감열소자(4)의 표면적, 평균열 전달계수는 배기풍의 평균 풍속에 의존하고 또한 배기풍중에 함유되어 있는 수증기량에도 의존된다.

평균풍속은 전자렌지의 배기시스템이 결정되면 일의적으로 정하여지기 때문에 배기풍에 함유하는 수증기량에 의하여 평균열 전달계수가 변화한다.

Tw가 일정하면 Tf를 제1감열소자(3)로 측정하고 또한 제2감열소자(4)의 저항치 RH 또는 전류치 I를 측정하면 hm가 얻어지고 따라서 배기풍에 함유된 수증기량이 얻어진다.

즉 제1도의 제2감열소자(4)의 전압강하를 측정하면,

V = RHㆍI ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(4)

I = V/RH ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(4A)

Vref = (RL2+RH)ㆍI ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(5)

(4)(5)식에서,

RH와 I가 얻어지고 따라서 (3)식의 hm가 측정되고 따라서 배기풍에 함유된 수증기량을 알 수 있다.

상기의 원리를 구체화한 검지회로를 제1도에 표시한다

즉 검지회로(A)는 제2감열소자(4)와 전류제한용 저항(RL2)에 의하여 전압을 부극단자에 입력하고 저항(R1)(R2)에 의한 기준전압을 정극단자에 입력하여 제2감열소자(4)의 양단 전압변화를 검출하는 제1증폭기(10)와 제1감열소자(3)와 전류제한용 저항(RL1)에 의한 전압을 부극단자에 입력하고 더우기 저항(R3)(R4)에 의한 기준전압을 정극단자에 입력하여 제1감열소자(3)의 양단전압변화를 검출하는 제2증폭기(11)가 설치되었다.

상기 제1증폭기(10)의 출력측이 상기 비교기(5)의 부극단자에 입력되며 또한 제2증폭기(11)의 출력측이 비교기(5)의 정극단자에 입력되어 있다.

그리고 비교기(5)에서는 제1감열소자(3) 및 제2감열소자(4)의 양단 전압변화의 차전압을 애널로그 디지탈변환기(12) (이하 A/D 변환기(12)라 한다.)를 개재하여 상기 제어회로(6)에 접속되었다.

상기 제어회로(6)는 주로 마이크로 컴퓨터로 되고 내부에 데이터 랜덤 엑세스메모리(RAM), 프로그램 리드온리 메모리(ROM), 어리스매틱 로직 유니트(ALU)를 보유하고 기준 클럭발진 회로에 으하여 구동되는 것이다.

그리고 상기 제어회로(6)에는 가열하는 피가열물의 종류를 설정하는 설정기(13)가 접속되며 이 제어회로(6)에서A/D변환기(12)에서의 신호와 설정기(13)의 출력신호에 의하여 피가열물마다 결정된 소정치에 달하였을 때에 가열개시에서 소정치에 달할때까지 소요된 시간을 기준하여 피가열물의 나머지 가열시간을 연산하고 당해 시간에 달하였을 때에 가열수단(14)(마그네트론 또는 히터)에 정지신호를 출력하는 기능을 갖고 있다.

또한 도면중 (R5~R13)은 증폭을 조정용의 저항이다.

더우기 제2도중 (14A)는 마그네트론, (15)는 고압트랜스, (16)은 마그네트론(14A) 및 고압트랜스(15)등을 냉각하기 위한 냉각팬으로 이들은 가열실(7)외의 본체(17)에 내장되어 있다.

또한 마그네트론(A)자체의 방열은 가열실(7)의 실벽 통공(18)에서 가열실(7)내의 피가열물에서 발생하는 온풍(a)고 함께 배기덕트(8)에 배기되도록 구성된다.

더우기 온도센서는 상기 장소뿐만 아니고 가열실(7)내에서 가열된 피가열물에서 발생하는 수증기를 가열실(7)밖으로 배출하기 위한 배기계래라면 어느곳이라도 좋다.

상기 구성에 있어서 피가열물의 가열에 의하여 발생한 수증기는 배기덕트(8)로 배기 된다.

배기덕트(8)내의 습도센서(1)는 이 수증기량을 검출하는 피가열물의 완성상태를 검지한다.

즉 제1증폭기(10)로 제2감열소자(4)의 양단 전압의 변화를 제2증폭기(11)로 제1감열소자(3)의 양단전압의 변화를 검출한다. 즉, 양감열소자(3)(4)의 온도변화를 검출한다.

그리고 비교기(5)로 제1감열소자(3) 및 제2감열소자(4)의 양단전압변화의 차전압은 A/D변환 가능한 전압까지 증폭하고 그 출력을 A/D 변환기(12)에서 제어회로(6)에 입력한다.

상기 제어회로(6)에서는 그 입력데이터가 피가열물마다 정하여진 소정치로 되었을 때 피가열물마다 결정된 전자렌지의 출력으로 전환하고 조리개시에서 소정치에 도달하기 까지에 소요된 시간을 기준으로 피가열물을 이후 얼마만큼의 시간 가열할까를 계산한다.

그리고 시간이 되면 가열수단(14)에 정지신호를 출력하여 가열을 종료한다.

더우기 본 고안은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 본 고안의 범위내에서 상기 실시예에 많은 수정 및 변경을 가할 수 있음은 물론이다.

상기 설명에서 분명한 바와같이 본 고안의 일 실시예는 피가열물에서 발생하는 수증기량을 검지하는 습도센서와 이 습도센서의 출력신호에 의하여 가열시간을 제어하는 제어장치와 를 구비한 가열기에 있어서 상기 습도센서는 분위기 온도를 검출하는 제1감열소자와 자기발열 또는 가열열원에 의하여 가열되는 제2감열소자로 형성되고 상기 제어장치는 피가열물에서 발생하는 수증기에 의하여 생기는 제1감열소자와 제2감열소자의 온도차를 비교하는 비교기와 이 비교기의 출력신호가 피가열물마다 미리 정하여진 소정치에 달하였을 때에 가열개시에서 당해 소정치에 도달하기 까지의 시간을 기준하여 그후의 가열시간을 연산처리하는 제어회로로 구성된 것을 특징으로한 가열기에 관한 것이다.

따라서 본 고안에 의하면 습도센서의 일방의 감열소자를 절대습도 0g/㎥ 건조공기중에 봉입하지 않아도 일방의 제1감열소자로 분위기온도를 타방의 제2감열소자를 발열시키는 것으로 용이하게 습도의 검출이 가능하게되어 그만큼 저렴한 가격으로 제조할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

다음은 상기 실시예에서 사용한 피가열물에서 발생한 수증기량을 검지하는 습도센서의 타의 예를 습도검출회로로서 설명한다.

본 고안에서 타의 예의 습도검출회로는 분위기중의 습도를 검출하는 습도센서(1)가 설치되고 이 습도센서(1)는 분위기온도를 검출하는 제1감열소자(3)와 자기 가열 또는 가열열원에 의하여 가열되는 제2감열소자(4)로 구성되고, 이 제1감열소자(3)의 검출신호와 제2감열소자(4)의 검출신호를 비교하는 비교기(24)가 설치되어 상기 제1감열소자(3) 및 제2감열소자(4)는 그양단전압(VN, VH)의 변화량 △VH,△VN가 습도일정으로 분위기 온도만을 변화시켰을 때에 동등하여지도록 각각 상이한 온도특성을 가지게 한 것이다.

상기 비교기(24)의 정극단자에는 전류제한 저항(R1')과 상기 제1감열소자(3)와의 양단 전압의 차(VN)가 입력되고 또한 상기 비교기(24)의 부극단자에는 전류제한 회로(25)와 제2감열소자(4)와의 양단 전압의 차(VH)가 입력되며 비교기(24)의 출력전압(VS)은 제1감열소자(3)와 제2감열소자(4)의 차전압이 출력된다.

또한 전류제한회로(25)는 가열측의 제2감열소자(4)의 표면온도를 일정하게 하는 기능을 보유하고 제1감열소자(3) 및 제2감열소자(4)는 직류 정전압이 인가되어 있다.

그런데 습도센서를 동일한 온도특성을 가진 2개의 감열소자로 구성한 경우의 습도 검지방법을 감열소자가 더미스터의 경우를 예로들어 설명한다.

가열측 제2감열소자의 양단 전압을 VH, 분위기온도 측정측의 제1감열소자의 양단 전압을 VH로 할 때 VH와 VN의 전위차를 센서의 출력전압 VS로 한다.

분위기온도가 일정하며 습도가 변화한 경우 및 습도가 일정하며 분위기 온도를 변화시킨 경우의 VH, VN, VS의 특성을 제6,7도로 도시한다.

우선 분위기온도 일정의 경우의 VN, VH, VS의 변화 특성을 제6도로 설명한다.

[제1감열소자의 양단 전압(VN)에 대하여] 분위기 온도측정용의 제1감열소자는 통전전류가 미소하기 때문에 자기 가열하지 않고 그 저항치는 분위기 온도로 정하여 진다.

그때문에 제1감열소자의 양단전압(VN)은 일정하게 된다.

[제2감열소자의 양단 전압(VH)에 대하여] 습도가 0g/㎥ 의 경우 가열된 제2감열소자는 상기 (3)식을 변형한 차기식에 따라 열적 평형상태에 있다.

VH²/ RH = hm(Tw-Tf)ㆍS‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(3A)

VH : 가열된 제2감열소자의 양단전압 분위기온도가 일정한 경우로서 분위기 습도가 상승한 경우 평균열 전달계수(hm)는 커지게 되고 (3A)식의 우변은 커지게 된다.

열적평형을 얻기 위하여는 우변의 증가에 따라 좌변도 크게한다.

여기에서 전류 제한회로에 의하여 제2감열소자의 표면온도는 일정하기 때문에 제2감열소자의 상기 저항은 일정하게 유지된다.

그때문에 제2감열소자의 양단전압 VH는 상승한다.

[제1감열소자의 양단 전압(VN)에 대하여] 분위기온도가 상승하면 제1감열소자의 저항치는 분위기온도에 따라 감소하고 제1감열소자의 양단전압 VN는 감소한다.

[제2감열소자의 양단 전압(VH)에 대하여] (3A)식에 따른 열적 평형이 되어 있는 상태에서 분위기 온도가 상승하면 (1)식의 우변은 작아진다.

열적 평형을 얻기 위하여 (1)식의 좌변의 제2감열소자의 양단전압(VH)은 작아진다.

[출력전압(VS)에 대하여] 분위기 온도의 상승분을 △T로한다.

가열된 제2감열소자에 주어지는 방산열량을 △H로 하면 △H = hmㆍ△T가 된다.

열적평형을 얻기 위하여 제2감열소자의 양단전압(VH)의 변화분을 △VH, 공급열량의 변화분을 △Q로 하면 △Q = △VH¹/RH가 된다.

일방 분위기온도 측정용 제1감열소자의 양단전압(VN)의 변화분을 △VN으로 한다.

동일한 온도특성을 가진 감열소자의 경우 분위기 온도 측정용의 제1감열소자에주어진 열량을 △H로 되지만 가열측의 제2감열소자도 동일하게 △H이 열량이 주어진다.

그러나 열평형을 얻기위한 공급열량 △Q가 가하여지기 때문에 △VN, △VH는 동등하게는 되지 아니한다.

그때문에 출력전압(VS)은 열적 영향을 받게된다.

즉 습도센서의 출력전압(VS)은 습도 및 분위기온도 쌍방의 영향을 받게 된다.

전자렌지등의 가열기의 완성을 식품에서 발생하는 수증기를 함유한 분위기는 가열의 진행과 동시에 수증기량도 증가하지만 분위기온도로 상승하고 정확히 습도의 검출이 불가능하고 식품완성의 오판정의 요인이 된다.

그러므로 본 고안에서는 분위기온도만을 변화시킨 때에 적절하게 온도특성이 상이한 2개의 제1감열소자(3)및 제2감열소자(4)를 사용하므로서 △VH, △VN를 동등하게 한다.

이것에 의하여 제5도와 같이 비교기(24)의 출력 VS는 열적으로는 영향을 받지않고 습도만의 검출이 가능하게 된다.

더우기 본 고안은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 본 고안의 범위내에서 상기 실시예에 많은 수정 및 변경을 가할 수 있음은 물론이다.

상기 설명에서 분명한 바와같이 본 고안의 타의 실시예에서는 분위기중의 습도를 검출하는 습도센서가 설치되며 당해 습도센서는 분위기온도를 검출하는 제1감열소자와 자기 가열 또는 가열열원에 의하여 가열되는 제2감열소자로 구성되고 당해 제1감열소자의 검출신호와 제2감열소자의 검출신호와를 비교하는 비교기가 설치되어 상기 제1감열소자 및 제2감열소자는 양단전압(VN)(VH)의 변화량(△VN)(△VH) 이 습도가 일정하여 분위기 온도만을 변화시킨 때에 동등하여 지도록 각각 상이한 온도특성을 보유시킨 것을 특징으로한 습도 검출회로에 관한 것이다.

따라서 본 고안에 의하면 상이한 온도특성을 가진 2개의 감열소자로 습도센서를 구성하므로서 열적 영향을 받는 일없이 습도를 정확하게 검출할 수 있는 동시에 종래와 같이 일방의 감열소자를 건조소자를 건조공기중에 봉입할 필요없이 저렴한 가격으로 구성할 수 있는 우수한 효과가 있다.

본 고안의 실시예에서는 가열기는 전자렌지를 인용하여 설명하였지만 건조기등의 타의 여러가지 장치에 응용하여도 된다.

본 고안에서 이용한 습도센서에 있어서는 고온으로 발열시킨 제2의 감열소자가 공기중에 포함된 수증기량에 비례하여 열을 빼앗긴다.

이 빼앗긴 열량을 검출하므로서 공기중의 수증기량을 검출한다

제1의 감열소자는 공기의 온도를 측정하고 제2의 감열소자의 온도에 의한 열변화를 보정한다.

Claims (15)

1. 분위기 온도를 검출하는 제1감열소자와 가열되는 제2감열소자와를 가지고 분위기중의 습도를 검출하는 습도센서와 분위기중의 습도를 결정하기 위하여 제1감열소자의 검출신호와 제2감열소자의 검출신호를 비교하는 비교기.
2. 제1항에 있어서, 제1감열소자의 분위기중의 온도를 측정하고 제2감열소자의 온도에 의한 열변화를 보정하는 신호를 출력하는 습도센서를 가진 가열기.
3. 제1항에 있어서 가열된 제2감열소자는 분위기중에 포함되는 수증기량에 비례한 열량을 측정하여 분위기중의 습기를 검출하는 습도센서를 가진 가열기.
4. 제1항에 있어서 상기 제1감열소자 및 제2감열소자는 그 양단전압의 변화량이 습도가 일정하고 분위기온도만을 변화시켰을 때에 동등하게 되도록 각각 다른 온도특성을 가지는 습도센서를 가진 가열기.
5. 제1항에 있어서 제2감열소자는 자기발열하여 가열되는 습도센서를 가진 가열기.
6. 제1항에 있어서 제2감열소자를 발열시키는 가열원을 제2감열소자와는 별개체로 설치된 습도센서를 가진 가열기.
7. 제1항에 있어서 상기 습도센서는 피가열물로 부터 발생하는 수증기량을 검지하는 습도센서를 가지는 가열기.
8. 제1항에 있어서 상기 습도검출회로가 가열기에 사용되는 습도센서를 가지는 가열기.
9. 제8항에 있어서 상기 습도센서의 출력신호에 기초하여 가열시간을 제어하는 제어장치를 설치하고 상기 제어장치가 피가열물로부터 발생하는 수증기에 의하여 생기는 제1감열소자와 제2감열소자의 출력신호를 비교하는 상기 비교회로와 상기 비교회로의출력신호가 피가열물 마다에 정하여진 소정치에 달하였는지 어떤지를 판별하는 판별회로와 상기 판별회로가 소정치라고 판별하였을 때 가열개시로부터 상기 소정치에 달할 때까지의 시간에 기초하여 그 후의 가열시간을 연산처리하는 연산회로로부터 이루어지는 습도센서를 가진 가열기.
10. 제8항에 있어서 제1감열소자는 분위기중의 온도를 측정하여 제2감소자의 온도에 의한 열변화를 보정하는 신호를 출력하는 습도센서를 가진 가열기.
11. 제8항에 있어서 가열된 제2감열소자는 분위기중에 포함되는 수증기량에 비교한 열량을 측정하여 분위기 중의 습도를 검출하는 습도센서를 가진 가열기.
12. 제8항에 있어서 상기 제1감열소자 및 제2감열소자는 그 양단 전압의 변화량이 습도가 일정하고 분위기온도만을 변화시켰을 때에 동등하게 되도록 각각 다른 온도특성을 가지는 습도센서를 가진 가열기.
13. 제8항에 있어서 제2감열소자는 자기발열하여 가열되는 습도센서를 가진 가열기.
14. 제8항에 있어서 제2감열소자를 발열시키는 가열원을 제2감열소자와는 별개체로 설치되는 습도센서를 가진 가열기.
15. 제8항에 있어서 상기 습도센서는 피가열물로부터 발생하는 수증기량을 검지하는 습도센서를 가진 가열기.