改进的温度测量的制作方法

1.本发明涉及一种确定产品的平均温度的方法。本发明进一步涉及一种加热产品的方法。


背景技术：

2.食品，尤其是含蛋白质的食品，例如肉、鱼等，通常经过热处理，例如烹饪或油炸。在工业应用中，这种热处理在热处理装置例如烤炉中进行，热处理装置包括传送装置，例如传送带，优选环形传送带，传送装置将产品移动通过热处理装置，在热处理装置中产品被加热。在许多情况下，几个产品并排地、平行地或以任意的布置被传送通过热处理装置。由于烤炉宽度上的温度分布、烤炉中的产品和/或热传递不均匀，因此单个产品的巴氏杀菌也不均匀，然而这通常是不希望发生的。尤其不希望产品的中心温度过低和/或产品烹制过度。为了克服这个问题，现有技术中已知存在具有产品温度测量的热处理装置。然而，这些温度读数太不精确，无法精确控制热处理装置中的加热条件。
3.因此，本发明的目的是提供一种确定产品的平均温度的方法，该方法不包括现有技术中存在的缺陷。


技术实现要素：

4.该问题通过一种确定产品的温度的方法来解决，该方法包括以下步骤：
5.a.确定作为至少一种产品的核心温度、表面温度和/或平均温度的函数的介电常数相关性ε(t)，并且存储在计算机装置中，
6.b.定位温度应确定在微波辐射测量天线和微波辐射测量接收器之间的产品并且测量该产品的介电性能，
7.c.选择对应于其介电性能已被测量的产品的介电常数相关性ε(t)，以及
8.d.使用介电常数相关性ε(t)计算核心温度、表面温度和/或平均温度。
9.本发明涉及一种基于产品的介电性能确定产品温度的方法。这通过将产品置于由微波辐射测量天线提供的电磁场并借助于由微波辐射测量接收器接收的信号测量介电性能来实现，例如在如下中描述的：“微波频率下磁性材料的复介电常数和复磁导率的自由空间测量(free
‑
space measurement of complex permittivity and complex permeability of magnetic materials at microwave frequencies)”，d.k.ghodgankar等，国际电工协会仪器仪表与测量论文集(iee transactions on instrumentation and measurement)；第39卷，第2期，1990年4月，第387页。
10.根据本发明，首先必须确定，优选地测量，作为核心温度、表面温度和/或平均温度t的函数的介电常数ε之间的相关性。通过将具有已知成分和优选已知厚度的某一产品放置在电磁场中并测量该产品的介电常数ε来获取数据。优选地，进行多次这样的测量，其中产品及其厚度保持不变，产品的温度发生变化。该数据用来确定介电常数ε与核心温度、表面温度和/或平均温度t的相关性。该相关性特别地与产品最初应该具有的期望的核心温度、
表面温度和/或平均温度和/或产品应该达到的核心温度、表面温度和/或平均温度相关。在产品被加热到某一温度或核心温度、表面温度和/或平均温度范围的情况下，至少对于该温度和/或该范围，优选地在期望的核心温度、表面温度和/或平均温度附近的较大范围内，必须存在相关性。优选地，在不同的核心温度、表面温度和/或平均温度下测量介电常数ε，优选地，在预定的核心温度、表面温度和/或平均温度间隔下测量介电常数ε。优选地，将每个测量值存储在表中或组合在曲线中。必须对核心温度、表面温度和/或平均温度将在以后单独确定的每个产品进行测量，并优选地将其存储。优选地，在获得所需的测量之后，确定数学相关性。每个产品具有其自己的相关性。
11.核心温度是大约在产品中间的温度，优选地大约在其高度和/或长度的50％处的温度。平均温度优选地是产品的高度/长度或产品的体积上的温度分布的平均值。产品的高度是产品的底部和产品的顶部之间的产品的延伸。产品的长度优选地是其在水平面上的最大延伸。
12.此外，根据本发明，将例如在生产期间，特别是在产品处理之前，例如加热和/或在产品处理之后，例如在加热产品期间和/或之后确定其温度的产品放置在微波辐射测量天线和微波辐射测量接收器之间，并且测量该产品的介电性能。另外，可以测量产品的厚度。
13.在下一步骤中，选择与已经测量了介电性能的产品相对应的介电常数相关性ε(t)，并且基于该信息，通过使用介电常数相关性ε(t)和优选地产品的厚度来计算产品的温度。
14.有关介电性能ε(t)的信息是预先获得的，并且优选地存储在计算机装置中。利用该数据，可以计算和/或实验确定单个的数学相关性，其描述了介电性能相对于温度的函数和/或曲线。因此，在已经测量产品的介电性能之后，可以确定例如计算特定产品的相应温度。
15.其核心温度、表面温度和/或平均温度将被确定的产品优选地是供人或动物食用的食品。更优选地，产品是含蛋白质的产品，特别是肉、鱼和/或昆虫，或者它是素食产品，例如蔬菜。该产品可以包括骨头或鱼骨。
16.优选地，产品的温度在其体积上取平均。
17.本发明的方法优选地用于将热量传递至产品，优选地含蛋白质的产品的设备中。含蛋白质的产品，特别地是肉，例如来自猪、牛、鸡、羊以及鱼或乳制品。然而，产品也可以是例如任何其它食品，例如蔬菜、水果等。肉可以包括骨头或鱼骨。优选地将肉进行处理，例如切碎、腌泡、加香料和/或糊化。该热处理装置可以是例如烤炉、油炸锅或解冻设备。优选地，该热处理装置是通过辐射、自然对流和/或强制对流加热产品的烤炉。如果需要调节热处理装置中的相对湿度和/或影响传热，可以向热处理装置中加入蒸汽。该热处理装置可以连续或分批操作，而连续操作是优选的。优选地，热处理装置包括几个腔室，在这些腔室中保持不同的热处理条件和/或环境。热处理装置优选地包括控制热处理装置中的不同参数，例如温度、相对湿度和/或传热条件的装置。在优选实施例中，将真空施加到热处理装置，特别是在热处理装置是解冻装置的情况下。
18.根据本发明，热处理装置优选地包括传送装置，例如传送带，特别是环形传送带，其传送待加热的产品通过和/或离开热处理装置。传送装置的路径可以是直的和/或弯曲的，例如至少部分地布置在螺旋路径中。传送装置优选地具有宽度，即垂直于传送方向的延
伸，该宽度足够大以将若干产品并排放置成一排，然后将这些产品以平行的排传送通过热处理装置。这些排垂直于传送方向延伸。然而，产品也可以被随机地放置在传送带上，例如在手动装载的情况下。传送装置可以至少部分地由对吸收电磁辐射、特别是射频(rf)来说至少基本上是半透明或透明的材料制成。
19.热处理装置优选地包括至少一个测量单个产品的介电性能的装置，并将信号传输到将所测量的信号转换成传送装置上的产品的温度的装置。优选地，在微波辐射测量天线和介电性能测量部件的微波辐射测量接收器之间设置传送装置。可选地或附加地，天线/接收器位于自由落体附近，其中产品落入微波辐射测量天线和微波辐射测量接收器之间的走廊中。
20.天线和接收器优选地是固定的。天线/接收器优选地位于热处理装置的出口附近和/或热处理装置的外部、下游。两个位置都允许确定产品已经被加热到的温度。该温度读数允许例如控制加热过程。附加地或可选地，天线优选地位于热处理装置的入口附近和/或热处理装置的上游的外部。两个位置允许在加热产品之前确定初始核心温度。该温度还允许例如控制加热过程。本领域技术人员理解的是，优选地，使用初始温度和热处理后的最终温度来控制处理过程。
21.在传送装置位于天线和接收器之间的情况下，传送装置对产品温度测量的影响优选地例如通过校准来消除。
22.根据本发明的优选实施例，热处理装置包括影响热处理过程以加热产品的装置。这种装置可以是例如改变温度的装置、影响热传递的装置、提供辐射的装置、改变产品在加热装置中的停留时间和/或改变产品周围环境的相对湿度的装置。这些装置可用于在传送装置的整个宽度上，即在一排所有产品上提供均匀的热处理条件，或者在传送装置上每单位面积的产品数量作为传送装置宽度的函数而不同的情况下，向一排所有产品提供不均匀的热处理条件。在这种情况下，可能希望在每单位面积具有更多产品的区域中提供比在每单位面积具有更少产品的区域中更多的热能和/或更有效的热传递。在本发明的优选实施例中，根据被转换成温度读数的天线的信号来控制这些影响热处理过程的装置。该天线例如被放置在热处理装置例如烤炉的入口和/或出口或其附近，并测量单个产品的初始和/或最终温度。基于该测量，改变热处理工艺，以达到最佳温度。
23.在另一优选实施例中，该装置包括跟踪单个产品的位置的装置。该装置可以是例如xy跟踪系统，例如用于知道单个产品在某个时刻的位置。该信息可以例如用于例如通过拾取和放置机器人来挑选出不满足特定质量标准的产品，尤其是不满足特定温度的产品；即，如果温度太高或太低，则例如通过拾取和放置机器人来挑选这些产品。该机器人需要挑选出该产品的xy坐标，以便从传送装置拾取正确的产品。
24.在另一优选实施例中，由天线获取的温度信息被存储在存储装置中。该信息例如可以用作质量控制功能，以便记录单个产品在热处理过程中是如何进行热处理的。根据另一优选实施例，该信息被传送到存储装置，例如应答器，其被附着到产品放置和进行包装的包装等。在出现质量问题的情况下，可以直接从该应答器读出信息，并且将该信息提供给销售商或客户。
25.根据本发明的优选实施例或另一实施例，热处理装置包括位于热处理装置上游的产品检测装置。这些装置可以用于至少部分地打开和关闭热处理装置。在传送装置上没有
产品的情况下，热处理装置至少部分地关闭。然而，一旦这些检测装置识别出产品，在产品到达热处理装置之前热处理装置就再次被打开。在本发明的这个优选的或创造性的实施方案中，可以节省热处理过程的能量。
26.优选地，天线和随附的电子器件检测和分析0.01
‑
90ghz之间的频带中的微波，而1
‑
20ghz之间的频带附近的低频是更优选的。在一个更优选的实施例中，由天线和随附的电子器件接收和分析的频率在一次测量期间被改变，而低频提供关于产品内部深处的温度的信息，高频提供关于更接近产品的表面的温度的信息。
附图说明
27.现在根据附图1
‑
4解释本发明。这些解释不限制保护范围。
28.图1示出了测量介电性能的设置。
29.图2至图4示出了在生产期间测量温度的设置。
30.图5以曲线的形式示出了存储数据的示例。
具体实施方式
31.图1示出了测量产品4的介电性能ε
r
的设置。在该情况下，产品4被放置在微波辐射测量天线1和微波辐射测量接收器3之间。天线1发射电磁场，接收器3接收电磁辐射。接收器3和天线1都连接到微波矢量网络分析仪6，该分析仪基于信号和适当的硬件和/或软件确定产品4的介电性能。所获得的数据优选地存储在计算机装置7中。为了确定作为核心温度、表面温度和/或平均温度的函数的介电性能，将组成和厚度已知的特定产品放置在天线和接收器之间，并且在测量了介电性能之后，改变产品的核心温度、表面温度和/或平均温度，并且获得该核心温度、表面温度和/或平均温度的下一个介电性能，并且优选地将其存储在计算机装置7中。对不同的核心温度、表面温度和/或平均温度重复此过程，直到获得足够的介电性能相关数据为止。对于不同的产品，可以重复该过程。
32.图2示出了第一生产设置。产品4，例如具有一定厚度的肉末馅饼，在烤箱中被加热到所需的核心温度、表面温度和/或平均温度范围。产品由输送机，这里是环形传送带来传送，在传送带的末端，产品沿自由落体5落入容器9中。在自由落体过程中，产品通过天线1和接收器3，如图1所述，并且测量每个产品的介电性能，并基于该测量确定每个产品的温度以确保每个产品被充分加热。
33.关于根据图3的实施例，可以参考根据图1和图2的公开内容。在此，在产品沿斜坡8滑动期间进行测量。在此，斜坡8设置在天线1和接收器3之间，斜坡8对产品4的介电性能的测量的影响可以例如通过校准来消除。
34.关于根据图4的实施例，可以参考根据图1和图2的公开内容。在此，在利用环形传送带2运输产品期间进行测量。在此，传送带2设置在天线1和接收器3之间。传送带对产品4的介电性能的测量的影响例如可以通过校准来消除。
35.关于所有图1至图4的实施例，本领域技术人员理解的是，天线1和接收器3的位置可以交换。
36.图5描述了不同产品例如蒸馏水、熟牛肉、生牛肉等的介电性能ε
r
与温度的关系。测量或计算各个产品的各自的曲线并存储。在接收到介电性能ε
r
的值并知道所测量的产品
的类型之后，可以推导出其温度。这些曲线表明，即使所有的产品主要由水组成，但在相同的介电性能ε
r
值下，特别是在较高的温度下，产品的密度、组成和结构对所确定的温度具有显著的影响。
37.附图标记列表：
38.1 微波辐射测量天线
39.2 传送装置、传送带
40.3 微波辐射测量接收器
41.4 产品
42.5 自由落体
43.6 微波矢量网络分析仪
44.7 计算机装置
45.8 斜坡
46.9 容器