Four à micro-ondes

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Contexte

Les micro-ondes sont en fait un segment du spectre des ondes électromagnétiques, qui comprend des formes d'énergie qui se déplacent dans l'espace, générées par l'interaction des champs électriques et magnétiques. Le spectre est généralement divisé en sous-groupes déterminés par les différentes longueurs d'onde (ou fréquences) et les comportements d'émission, de transmission et d'absorption de divers types d'ondes. Des longueurs d'onde les plus longues aux plus courtes, le spectre comprend les ondes électriques et radio, les micro-ondes, le rayonnement infrarouge (chaleur), la lumière visible, le rayonnement ultraviolet, les rayons X, les rayons gamma et les rayons cosmiques électromagnétiques. Les micro-ondes ont des fréquences comprises entre environ 0,1 et 1,2 pouces (0,3 et 30 centimètres).

Les micro-ondes elles-mêmes sont utilisées dans de nombreuses applications différentes telles que les produits de télécommunication, les détecteurs de radar, le séchage et le séchage du bois et le traitement médical de certaines maladies. Cependant, certaines de leurs propriétés les rendent idéales pour la cuisson, de loin l'utilisation la plus courante de l'énergie micro-ondes. Les micro-ondes peuvent traverser les matériaux en plastique, en verre et en papier ; les surfaces métalliques les reflètent et les aliments (surtout les liquides) les absorbent. Un repas placé dans un four conventionnel est chauffé de l'extérieur vers l'intérieur, car il absorbe lentement l'air ambiant que le four a réchauffé. Les micro-ondes, en revanche, chauffent les aliments beaucoup plus rapidement car ils pénètrent toutes les couches simultanément. À l'intérieur d'un aliment ou d'un récipient rempli de liquide, les micro-ondes agitent des molécules, chauffant ainsi la substance.

La capacité de l'énergie micro-ondes à cuire les aliments a été découverte dans les années 1940 par le Dr Percy Spencer, qui avait mené des recherches sur les tubes à vide radar pour l'armée pendant la Seconde Guerre mondiale. Les expériences de Spencer ont révélé que, lorsqu'elles sont confinées dans une enceinte métallique, les ondes radio à haute fréquence pénètrent et excitent certains types de molécules, telles que celles trouvées dans les aliments. Juste assez puissants pour cuire les aliments, les micro-ondes ne sont pas assez puissantes pour altérer sa structure moléculaire ou génétique ou pour les rendre radioactifs.

Raytheon, la société pour laquelle le Dr Spencer menait cette recherche, a breveté la technologie et a rapidement développé des fours à micro-ondes capables de cuire de grandes quantités d'aliments. Parce que les coûts de fabrication les rendaient trop chers pour la plupart des consommateurs, ces premiers fours étaient principalement utilisés par les hôpitaux et les hôtels qui pouvaient plus facilement se permettre l'investissement de 3 000 $ qu'ils représentaient. À la fin des années 1970, cependant, de nombreuses entreprises avaient développé des fours à micro-ondes pour un usage domestique, et le coût avait commencé à baisser. Aujourd'hui, les micro-ondes sont un appareil électroménager standard, disponible dans une large gamme de modèles et avec une multitude de fonctionnalités pratiques :plaques rotatives pour une cuisson plus uniforme; minuteries numériques; capacités de programmation automatique; et des niveaux de puissance de cuisson réglables qui permettent la décongélation, le brunissage et le réchauffement, entre autres fonctions.

Conception

La conception de base d'un four à micro-ondes est simple et la plupart fonctionnent essentiellement de la même manière. Les divers moteurs électroniques, relais et circuits de commande du four sont situés sur le boîtier extérieur, auquel la cavité du four est boulonnée. Un panneau avant permet à l'utilisateur de programmer le micro-ondes, et le La cavité et la porte du four sont réalisées selon des techniques de formage des métaux puis peintes par électrodéposition, dans lesquelles le courant est utilisé pour appliquer la peinture.
Le sous-ensemble tube magnétron comprend plusieurs pièces importantes. Un puissant aimant est placé autour de l'anode pour fournir le champ magnétique dans lequel les micro-ondes seront générées, tandis qu'un protecteur thermique est monté directement sur le magnétron pour éviter d'endommager le tube par surchauffe. Une antenne enfermée dans un tube de verre est montée sur le dessus de l'anode, et l'air à l'intérieur du tube est pompé pour créer un vide. De plus, un moteur de soufflante utilisé pour refroidir les ailettes métalliques du magnétron est fixé directement sur le tube. le cadre de la porte a une petite fenêtre pour permettre au cuisinier de voir les aliments pendant la cuisson.

Près du haut de la cavité du four en acier se trouve un magnétron - un tube électronique qui produit des oscillations micro-ondes à haute fréquence - qui génère les micro-ondes. Les micro-ondes sont acheminées à travers un guide d'ondes métallique et dans un ventilateur agitateur, également positionné près du sommet de la cavité. Le ventilateur répartit les micro-ondes uniformément dans le four. Les fabricants varient les moyens par lesquels ils distribuent les micro-ondes pour obtenir des modèles de cuisson uniformes :certains utilisent des ventilateurs à double agitateur situés sur des parois opposées pour diriger les micro-ondes vers la cavité, tandis que d'autres utilisent des orifices d'entrée au fond de la cavité, permettant aux micro-ondes d'entrer à la fois haut et bas. De plus, de nombreux fours font pivoter les aliments sur un plateau tournant.

Matières premières

Le couvercle ou le boîtier extérieur du four à micro-ondes est généralement un boîtier métallique enveloppant d'une seule pièce. Les panneaux intérieurs et les portes du four sont en acier galvanisé ou inoxydable et reçoivent une couche d'émail acrylique, généralement de couleur claire pour offrir une bonne visibilité. La surface de cuisson est généralement en céramique ou en verre. À l'intérieur du four, les composants et commandes électromécaniques se composent de moteurs de minuterie, de commutateurs et de relais. À l'intérieur du four se trouvent également le tube magnétron, le guide d'ondes et le ventilateur agitateur, tous en métal. Le matériel qui relie les divers composants se compose d'une variété de pièces en métal et en plastique telles que des engrenages, des poulies, des courroies, des écrous, des vis, des rondelles et des câbles.

Le processus de fabrication

Fabrication de cavités et portes de four

• 1 Le processus de fabrication d'un four à micro-ondes commence par la cavité et la porte. Tout d'abord, le cadre est formé à l'aide de presses automatiques de formage des métaux qui produisent environ 12 à 15 pièces par minute. Le cadre est ensuite rincé dans un nettoyant alcalin pour éliminer toute saleté ou huile, puis rincé à l'eau pour éliminer la solution alcaline.
• 2 Ensuite, chaque pièce est traitée au phosphate de zinc, ce qui la prépare à l'électrodéposition. L'électrodéposition consiste à immerger les pièces dans une peinture réservoir à 200 volts pendant 2,5 minutes. Le revêtement résultant a une épaisseur d'environ 1,5 mils. Les pièces passent ensuite par une opération de cuisson de peinture où la peinture est durcie à 300 degrés Fahrenheit (149 degrés Celsius) pendant 20 minutes. Le châssis ou le cadre est monté dans une palette pour l'opération d'assemblage principale. Une palette est un dispositif semblable à un étau utilisé conjointement avec d'autres outils.
• 3 Une fois la porte peinte, une plaque métallique perforée est fixée sur l'ouverture de la fenêtre. La plaque réfléchit les micro-ondes mais laisse entrer la lumière dans la cavité (la porte ne sera fixée à la cavité que plus tard, lorsque le châssis sera assemblé).

Le sous-ensemble tube magnétron

• 4 L'ensemble tube magnétron se compose d'un cylindre cathodique, d'un filament chauffant, d'une anode métallique et d'une antenne. Le filament est attaché à la cathode, et la cathode est enfermée dans le cylindre d'anode; cette cellule fournira l'électricité qui aidera à générer les micro-ondes. Des ailettes de refroidissement métalliques sont soudées au cylindre de l'anode et un puissant aimant est placé autour de l'anode pour fournir le champ magnétique dans lequel les micro-ondes seront générées. Une sangle métallique maintient l'assemblage complet ensemble. Un protecteur thermique est monté directement sur le magnétron pour éviter d'endommager le tube par surchauffe.
• 5 Une antenne enfermée dans un tube de verre est montée sur le dessus de l'anode, et l'air à l'intérieur du tube est pompé pour créer un vide. Le guide d'ondes est connecté au magnétron au-dessus de l'antenne en saillie, tandis qu'un moteur de soufflante utilisé pour refroidir les ailettes métalliques du magnétron est fixé directement au tube. Enfin, un ventilateur en plastique est fixé au moteur, où il aspirera l'air de l'extérieur du four et le dirigera vers les aubes. Ceci termine le sous-ensemble du magnétron.

Ensemble châssis principal

• 6 Le travail d'assemblage du châssis est effectué sur une palette—un dispositif de maintien de la pièce utilisé conjointement avec d'autres outils—situé à la station. Tout d'abord, le châssis principal est placé sur la palette, et la cavité est vissée sur le châssis. Ensuite, la porte est fixée à la cavité et au châssis au moyen de charnières. Le tube magnétron est ensuite boulonné sur le côté de la cavité et du châssis principal. Dans un four à micro-ondes terminé, le tube magnétron crée les micro-ondes et le guide d'ondes les dirige vers le ventilateur agitateur. À son tour, ce ventilateur dirige les vagues dans la cavité du four où elles chauffent les aliments à l'intérieur.
• 7 Le circuit qui produit la tension requise pour faire fonctionner le tube magnétron se compose d'un gros transformateur, d'un condensateur à base d'huile et d'un redresseur haute tension. Tous ces composants sont montés directement sur le châssis, à proximité du tube magnétron.

Ventilateur agitateur

• 8 Le ventilateur agitateur utilisé pour faire circuler les micro-ondes est monté sur le dessus de la cavité. Certains fabricants utilisent une poulie pour entraîner le ventilateur du moteur du ventilateur du magnétron ; d'autres utilisent un moteur d'agitateur séparé directement relié au ventilateur. Une fois le ventilateur agitateur fixé, un protecteur d'agitateur est vissé sur le dessus du ventilateur. Le blindage empêche la saleté et la graisse de pénétrer dans le guide d'ondes, où elles pourraient produire un arc électrique et endommager le magnétron.

Interrupteurs de commande, relais et moteurs

• 9 L'interrupteur de cuisson alimente le transformateur en activant un relais et une minuterie. Le relais est monté à proximité du transformateur de puissance, tandis que la minuterie est montée sur le tableau de commande. L'interrupteur de dégivrage fonctionne comme l'interrupteur de cuisson, activant un moteur et une minuterie pour faire fonctionner le cycle de dégivrage. Sont également montés sur le tableau de commande une cloche de minuterie qui sonne lorsque le cycle de cuisson est terminé et un interrupteur qui permet de visualiser la cavité. Un certain nombre d'interrupteurs de verrouillage sont montés près du haut et du bas de la zone de la porte. Les interrupteurs de verrouillage sont parfois regroupés avec un interrupteur de sécurité qui surveille les autres interrupteurs et fournit une protection si la porte s'ouvre accidentellement pendant le fonctionnement du four.

Face avant

• 10 Un panneau avant qui permet à l'opérateur de sélectionner les différents réglages et fonctionnalités disponibles pour la cuisson est fixé au châssis. Derrière le panneau avant, le circuit imprimé de commande est fixé. La carte, qui contrôle les différentes opérations programmées dans leur ordre correct lorsque les interrupteurs sont enfoncés en face avant, est connectée aux différents composants et à la face avant au moyen de prises et de câbles débrochables.

Fabrication et assemblage du boîtier

• 11 Le boîtier extérieur du micro-ondes est en métal et est assemblé sur une formeuse à rouleaux. Le boîtier est glissé sur le four à micro-ondes préassemblé et boulonné au châssis principal.

Test et conditionnement du four

• 12 Les cordons d'alimentation et les boutons de réglage sont maintenant fixés au four, et il est envoyé pour un test automatique. La plupart des fabricants font fonctionner le four de 50 à 100 heures en continu dans le cadre du processus de test. Une fois les tests terminés, un robot palettiseur enregistre le modèle et les données de série du four à des fins d'inventaire, et le four est envoyé pour emballage. Ceci termine le processus de fabrication.

Contrôle qualité

Un contrôle qualité approfondi lors de la fabrication des fours à micro-ondes est essentiel, car les fours à micro-ondes émettent des rayonnements qui peuvent brûler toute personne exposée à des niveaux élevés pendant des périodes prolongées. Les réglementations fédérales, appliquées à tous les fours fabriqués après octobre 1971, limitent la quantité de rayonnement pouvant s'échapper d'un four à 5 milliwatts de rayonnement par centimètre carré à environ 2 pouces de la surface du four. La réglementation exige également que tous les fours soient équipés de deux interrupteurs indépendants et interverrouillables pour arrêter la production de micro-ondes au moment où le loquet est relâché ou la porte est ouverte.

De plus, un scanner contrôlé par ordinateur est utilisé pour mesurer les fuites d'émissions autour de la porte, de la fenêtre et de l'arrière du four. D'autres scanners vérifient l'assise du tube magnétron et le rayonnement de l'antenne. Chaque opération du scanner transmet les données à l'opération en ligne suivante afin que tout problème puisse être corrigé.

Le futur

En raison de leur rapidité et de leur commodité, les fours à micro-ondes sont devenus un élément indispensable des cuisines modernes. De nombreux développements sur le marché des micro-ondes et les industries connexes se déroulent assez rapidement. Par exemple, les aliments et les ustensiles spécialement conçus pour la cuisson aux micro-ondes sont devenus une énorme entreprise. De nouvelles fonctionnalités seront également introduites dans les micro-ondes eux-mêmes, notamment le stockage informatisé de recettes que le consommateur pourra rappeler sur simple pression d'un bouton. L'affichage et la programmabilité des fours seront également améliorés, et les fours combinés capables de cuisiner aux micro-ondes ainsi que par des méthodes conventionnelles deviendront un produit ménager standard.