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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Zustandes
von Ölen
oder Fetten gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Öle und Fette
sind sowohl für
den menschlichen Verzehr als auch insbesondere für die Zubereitung von Nahrungsmitteln
von großer
Bedeutung. So werden in heißen Öfen oder
Fetten viele Nahrungsmittel, beispielsweise Kartoffeln oder bereits
panierte Lebensmittel, durch Einlegen in diese heißen Fette gegart
und damit dem menschlichen Verzehr zugänglich gemacht. (Unter Fetten
soll dabei insbesondere die feste Form von Ölen verstanden werden.) Zum
Zwecke des Garens von Lebensmitteln werden die Öle und Fette in einem Temperaturbereich
von ca. 90° Celsius
bis 180° Celsius
und mehr eingesetzt. Insbesondere diese heißen Temperaturen führen zu einer
während
des Einsatzes des Öles
immer weiter ansteigenden Zerstörung
bzw. Veränderung
des Fettes.
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Diese
Veränderung
ist eine Verschlechterung und findet im wesentlichen durch die Oxidation des Öles oder
Fettes statt. Dabei entstehen viele chemische Produkte, wie z.B.
freie Fettsäuren
oder Polymere, die nicht nur den Geschmack der zubereiteten Gerichte
negativ beeinflussen, sondern vor allem auch krankmachende Stoffe
enthalten, die es erfordern, solche Öle, also insbesondere Fritierfette, regelmäßig und
rechtzeitig auszutauschen. Im wesentlichen findet dieser Austausch
nach Kriterien statt, die nicht direkt im Zusammenhang mit der chemischen
Veränderung,
insbesondere der schädlichen
chemischen Veränderung,
des Fettes stehen. Der Austausch erfolgt z.B. nach Ablauf einer
bestimmten Zeit oder nach anderen irrelevanten Kriterien. So kommt
es in der Praxis sowohl vor, daß die Fette
zu früh
als auch zu spät
ausgetauscht wurden. Ersteres verursacht unnötige Kosten, wobei ein zu später Austausch
die oben angeführten
Gefahren in sich birgt.
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Aus
der US Patentschrift 3,739,265 ist ein Testinstrument bekannt, das
Fett mittels eines Sensors daraufhin überprüft; ob es für den Einsatz noch brauchbar
ist. Dabei ist vorgesehen, daß das Öl auf seine
elektrischen Eigenschaften, insbesondere seine Dielektrizitäts-Eigenschaften
hin, untersucht wird. Das Testgerät besitzt dazu eine schüsselförmige Aufnahme,
die an ihrem Grund einen Sensor angeordnet hat, der als Kapazitätssensor
ausgebildet ist. Dazu wird eine bestimmte Menge Öl auf den Sensor aufgebracht
und die mit diesem System gemessene Kapazität in einem elektrischen Schaltkreis
verarbeitet, wodurch man einen Wert erhält, der eine Aussage über den
Zerstörungsgrad
des Fettes ergibt. Dazu wird ein Vergleich durchgeführt zwischen
dem zu testenden Fett, bzw. Öl
und einer Standardflüssigkeit, die
bei einem Meßvorgang
jeweils ebenfalls gemessen werden muß. Die Änderung der Kapazität des Sensors
ist ein Maß für den Zerstörungsgrad
des Öles.
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Aus
der US Patentschrift 5,824,889 ist ein kapazitiv arbeitender Ölsensor
zur Messung der Verschlechterung und Verschmutzung des Öls bekannt. Dieser
findet Anwendung bei der Überprüfung des Öls von Verbrennungsmotoren.
Die elektrischen Eigenschaften des Motorenöles bildet einen Anhaltspunkt
für den
Abbau des Öles
bzw. für
seine noch ausreichende Qualität.
Die Dielektrizitätskonstante einer
bestimmten Ölmarke
verändert
sich dabei innerhalb ganz bestimmter Grenzen, die durch Versuche
ermittelt wurden, und ergibt damit ein Maß für die Verschlechterung des Öles.
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Darüber hinaus
kann Motorenöl
auch durch andere Faktoren in seiner Qualität verschlechtert sein, z.B.
durch das Vorhandensein von Verschmutzungen, z.B. durch Kühlflüssigkeiten
oder Benzin. Dies kann wiederum ein Maß dafür sein, wie weit der Verschleiß des Motors
fortgeschritten ist und welcher Art er ist. Da beispielsweise Kühlflüssigkeit
eine wesentlich höhere
Dielektrizitätskonstante
hat, kann eine wesentlich höhere
Veränderung
der Dielektrizitätskonstanten
einen Hinweis auf Motorverschleiß bieten.
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Der
in der US-PS beschriebene Sensor zum Messen der Eigenschaften des Öles von
Verbrennungsmotoren, besitzt eine Sensorfläche, die im Öl beispielsweise
der Ölwanne
eines Fahrzeuges montiert ist, wobei am Sensor nur ein schmaler
Spalt vorgesehen ist, der den Zutritt von Öl zum Sensor gestattet.
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Der
Nachteil des erstgenannten Vorrichtung besteht darin, daß zur Messung
des Öles
dieses in eine Aufnahmevorrichtung eines Ölsensors eingefüllt werden
muß. Dazu
muß das Öl beispielsweise
aus einer Friteuse entnommen werden und in die Meßaufnahme
des Sensors eingeführt
werden. Nachdem dessen elektrische Eigenschaften gemessen wurden,
wird das Öl
wieder entfernt und die Messung mit einem Referenzöl zum Vergleich
der ersten Messung durchgeführt.
Da das Öl
dabei in einer sehr kleinen Menge vorliegt, kühlt es sehr stark ab, wodurch
bei Fetten die Gefahr besteht, daß diese hart werden und die
Messung dadurch verfälscht
oder unmöglich
wird.
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Darüber hinaus
ist die Handhabung umständlich
und das für
die Messung verwendete Öl muß anschließend entsorgt
werden, so daß insgesamt
der Vorgang zeitaufwendig und unangenehm ist. Für den Einsatz in der Praxis,
d.h. ohne großen Aufwand,
ist dieses Gerät
nicht geeignet. Zum Einsatz direkt in der Küche, um das verwendete Fett
direkt und ohne Vorbereitungsarbeiten zu überprüfen, ist das Gerät nicht
geeignet.
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Der
Sensor der
US-PS 5,824,889 ist
nicht nur, bedingt durch seinen Einsatzzwecke, sehr klobig und nicht
geeignet ihn, an verschiedenen Stellen zum Einsatz zu bringen, sondern
er hat darüber
hinaus den Nachteil, daß die
Sensorfläche
eine Abdeckung besitzt, die bei Einsatz des Sensors zu anderen Gelegenheiten
einen Zutritt des Öles
zum Sensor erschwert. Darüber
hinaus wäre
eine Reinigung des Sensors praktisch nicht möglich, da zu auf wendig. Insbesondere
ein Einsatz in Verbindung mit Lebensmittelfetten scheidet dadurch
aus.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung vorzuschlagen,
die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und geeignet ist,
durch leichte Handhabbarkeit und ein geeignetes Meßverfahren
nicht nur zum Einsatz unter Laborbedingungen geeignet zu sein, sondern
durch einfache Handhabung und Bedienbarkeit sehr variabel einsetzbar
zu sein. Insbesondere der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Bereich von Messungen, beispielsweise von Fritierölen oder
-fetten, ohne daß diese
erst zur Messung aus ihrer Pfanne entnommen werden müssen, soll
geschaffen werden.
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Darüber hinaus
soll mit der Erfindung eine flexibel einsetzbare Vorrichtung geschaffen
werden, die auch bei der Bestimmung der Qualität von anderen Ölen z.B.
Motorenöl
zum Einsatz kommen kann. Ziel der Erfindung ist es auch, eine Meßvorrichtung mit
einen Ölsensor
zu schaffen, die mobil einsetzbar ist, d.h. ohne daß der Sensor
zur Messung fest installiert oder im Ölbehälter integriert sein muß.
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Die
vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 22
und 23 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung der
Meßvorrichtung
wird erreicht, daß ein
Gerät geschaffen
wird, das einfach zu handhaben ist und auch bei Umgang mit heißen Flüssigkeiten
sicher zu bedienen ist. Darüber
hinaus hat sie den Vorteil, daß sie
zuverlässige
Meßergebnisse
liefert, unabhängig von
der Temperatur des zu messenden Meßgutes, und ohne daß Vorbereitungsarbeiten
erforderlich sind, um das Gerät
einsetzen zu können.
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Durch
die Ausbildung des Ansatzes als stab- oder rohrförmiges Element wird vorteilhaft
erreicht, daß Meßkopf und
Gehäuse
starr miteinander verbunden sind, so daß zum Bedienen der Meßvorrichtung nur
eine Hand erforderlich ist. Die Handhabung von flexiblen Kabeln
entfällt.
Eine sichere Handhabung der Meßvorrichtung
ist gewährleistet.
Darüber
hinaus ermöglicht
der Ansatz, daß dem
Bediener der Meßvorrichtung
vorteilhaft ein sicherer Abstand zwischen zu messendem Meßgut und
seiner Hand, die die Meßvorrichtung
am Gehäuse
führt,
gewährleistet
ist. Die Verbindung zwischen Meßkopf
und Auswerteelektronik erfolgt vorteilhaft über das Innere des Ansatzes.
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Durch
die Ausgestaltung der Meßvorrichtung mit
einem Kompensator wird vorteilhaft erreicht, daß Veränderungen des Sensors selbst,
die durch eine Temperaturveränderung
entstehen, kompensiert werden. Dadurch ist es einfach und kostengünstig möglich, die
Meßvorrichtung
bei verschiedenen Temperaturen einzusetzen, ohne daß aufwendige
Verfahren erforderlich wären,
die ein Einstellen der Vorrichtung auf verschiedene Temperaturen
erfordert.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist der Kompensator von gleicher Bauart
wie der Sensor selbst. Dadurch ist es besonders einfach und sicher
möglich, den
Kompensator in die Auswerteelektronik schaltungstechnisch zu integrieren,
ohne daß weitere
zusätzliche
Maßnahmen
erforderlich wären.
Besonders vorteilhaft ist der Kompensator ebenso wie der Sensor
ausgestaltet. Dies gewährleistet
eine sichere Aussage darüber,
wie der Zustand des Öles
oder Fettes ist. Der Sensor besitzt dazu vorteilhaft zwei Elektroden,
von denen wenigstens eine aus einem dünnen Metalldraht besteht. Unter
Draht wird dabei auch eine gedrückte
Schaltung verstanden. Dazu wird z.B. Gold in Form einer Schaltung
aufgebracht und anschließend
auf der Trägerplatte
fixiert. Dies kann beispielsweise durch Einbrennen erfolgen. Dies
ermöglicht
vorteilhaft, den Sensor wiederholgenau herzustellen und auch einfach
und sicher auf einem Träger anzuordnen.
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Ein
Golddraht hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Ganz besonders
günstig
ist die Trägerplatte
aus Keramik ausgebildet, da diese chemisch neutral ist und gute
Eigenschaften bezüglich der
Wärmedehnung
besitzt. Darüber
hinaus hat sie den besonderen Vorteil, wenn die Meßvorrichtung bei Lebensmitteln,
wie z.B. Fritierfetten eingesetzt werden soll, daß insbesondere
Keramik lebensmittelecht, d.h. also unbedenklich im Einsatz mit
Lebensmitteln ist. Besonders vorteilhaft wird für die Meßvorrichtung ein Werkstoff
verwendet, der bis über
200° Celsius
hitzebeständig
ist, insbesondere bis zu 230°. Dadurch
ist ein sicherer Einsatz der Meßvorrichtung gewährleistet,
ohne daß diese
durch die Temperatur des Meßgutes
zerstört
wird.
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In
vorteilhafter Weise besitzt der Meßkopf eine Abdeckung für den Sensor,
so daß dieser
nicht durch mechanische Berührungen
zerstört
werden kann. Vorteilhaft ist diese Abdeckung so ausgebildet, daß sie als
Kante des Ansatzes ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft und einfach
wird dies dadurch erreicht, daß der
Ansatz zylinderförmig
ausgebildet ist und mit einer Schräge endet. Dadurch wird der
Sensor vor Berührungen
geschützt
und ist gleichzeitig insbesondere für Reinigungsmaßnahmen
einfach zugänglich.
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In
besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Ausgabeeinheit
der Meßvorrichtung ein
Display zugeordnet, über
das einfach optisch erkennbar ist, welche Parameter an der Meßvorrichtung
eingestellt werden und welches das Meßergebnis ist. Besonders günstig wird
dieses als Zahlenwert oder graphisch, z.B. als Bargraph dargestellt,
wobei die Ausgabeeinheit derart ausgebildet ist, daß die Ausgabeeinheit
einstellbar ist zur wahlweisen Darstellung des Meßergebnisses.
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Günstigerweise
ist die Meßvorrichtung
mit einer Auswerteelektronik ausgestaltet, der Speichermittel zugeordnet
sind zur Speicherung von beispielsweise Konfigurationsdaten, Kalibrierdaten
der Meßvorrichtung
oder Korrekturdaten. Dadurch kann vorteilhaft die Meßvorrichtung
insbesondere z.B. mittels spezifischer Daten zu bestimmten Ölen besonders
exakt arbeiten. Dabei werden Daten aus Versuchsreihen in die Speichermittel
integriert, so daß spezifische
Abweichungen bzw. Veränderungen
der Dielektrizitätskonstanten
verschiedener handelsüblicher
Fette und Öle
berücksichtigt
werden können,
so daß die
Meßvorrichtung
besonders genau arbeiten kann.
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In
besonders günstiger
Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Auswert- und Steuerelektronik einen Microcontroller,
der gewährleistet,
daß die Meßvorrichtung
sicher, einfach, schnell und flexibel arbeiten kann. Mit Hilfe eines
Microcontrollers sind insbesondere Korrekturdaten einfach zu handhaben und
besonders genau. Besonders vorteilhaft besitzt die Meßvorrichtung
dazu auch eine Eingabeeinheit für
die Eingabe von Daten und eine Ausgabeeinheit für die Ausgabe des Meßergebnisses,
so daß der Meßvorrichtung
zusätzliche
Informationen von der Bedienperson eingegeben werden können und
dies beispielsweise auch über
die Ausgabeeinheit kontrolliert werden kann, womit eine Vorrichtung
geschaffen wird, die flexibel auf verschiedene Einsatzgebiete eingestellt
und justiert werden kann.
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Für die Speicherung
von Daten besitzt die Meßvorrichtung
vorteilhaft ein EEPROM, was eine schnelle und umfangreiche Speicherung
von Daten ermöglicht.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besitzt der
Meßkopf
noch zusätzlich
einen Temperatursensor, so daß vorteilhaft
die Vorrichtung gleichzeitig auch zur Messung der Temperatur des
Meßgutes
eingesetzt werden kann. Vorteilhaft kann der Temperatursensor bzw.
die gemessene Temperatur auch dazu eingesetzt werden, falls dies erforderlich
ist, Korrekturwerte zu erstellen, die dann das Meßergebnis
noch genauer machen können.
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In
besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung bietet die Vorrichtung
im Meßkopf
noch zusätzlich
einen Temperatursensor, der sowohl eine zusätzliche Information zusammen
mit der Ausgabeeinheit für
die Bedienperson schafft. Darüber
hinaus ist es möglich,
daß die
Temperaturwerte des Temperatursensors vom Microcontroller für Steuerungs-
und Kompensationszwecke Vennrendung findet.
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Im
folgenden wird die Erfindung mittels zeichnerischen Darstellungen
erläutert.
Es zeigen
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1a eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung,
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1b eine Seitenansicht von 1a
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2 eine Meßelektronik 7 für die Meßvorrichtung
von 1,
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3 die Auswerte- und Steuerelektronik
für die
Meßvorrichtung
von 1,
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4 die Eingabeeinheit der
Vorrichtung nach 1.
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1a und 1b zeigen eine erfindungsgemäß ausgestaltete
Meßvorrichtung
1 zum Messen des Zustandes eines Meßgutes, insbesondere für das Messen
von Ölen
und Fetten. Die Meßvorrichtung
besteht aus einem Gehäuse 10,
einem Ansatz 11 und einem Meßkopf 12. Das Gehäuse 10 enthält, von
außen
sichtbar, eine Anzeige 2 für die Anzeige des Meßwertes.
Die Anzeige 2 ist in Form einer LCD-Anzeige ausgebildet
und je nach Betrieb der Meßvorrichtung 1 von
verschiedenen Darstellungen, z.B. graphische Darstel- Jung oder
Darstellung mittels Zahlenwerten, umschaltbar. Das Umschalten auf
verschiedene Arten der Anzeige erfolgt über die Eingabeeinheit 3,
die in Form einer Folientastatur 30 ausgebildet ist. Die übrigen Teile
des Gehäuses
bilden gleichzeitig den Griff für
das Erfassen der Meßvorrichtung 1 durch
eine Bedienperson.
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An
das Gehäuse 10 schließt sich
der Ansatz 11 an, der eine Verbindung zwischen dem Meßkopf 12 und
dem Gehäuse 10 bildet.
Der Ansatz 11 besteht aus einem dünnwandigen Rohr aus Edelstahl, z.B.
aus V4A. Der Ansatz 11 hat die Aufgabe, eine Trennung zwischen
Meßkopf 12 und
Gehäuse 10 mit der
darin enthaltenen Steuerelektronik zu schaffen. Der Ansatz 11 ermöglicht es,
die Meßvorrichtung 1 als
ein kompaktes Bauteil auszubilden, wo Meßkopf 12 und Anzeigegerät mit Auswerteelektronik
zwar räumlich
voneinander getrennt sind, beide aber trotzdem mit einer Hand bedienbar
sind.
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Die
im Stand der Technik üblichen
Sensoren, die mittels eines Kabels mit ihrer Meßelektronik verbunden sind,
sind im Vergleich zur Meßvorrichtung 1 wesentlich
schwieriger handhabbar. Der Ansatz 11 hat gleichzeitig
die Funktion, den Meßkopf 12 so
an der Meßvorrichtung 1 zu
halten, daß beim
Einsatz der Meßvorrichtung 1 ein
derartiger Abstand zwischen Meßkopf 12 und
Gehäuse 10 vorhanden
ist, daß die
Auswerteelektronik innerhalb des Gehäuses 10 von der Temperatur
des Meßgutes
ausreichend weit entfernt ist als auch die Hand der Bedienperson, die
die Meßvorrichtung 1 über das
Gehäuse 10 während der
Messung führt.
Durch die Eigenschaft des Edelstahles, ein schlechter Wärmeleiter
zu sein, wird bei der Meßvorrichtung 1 auch
in Verbindung mit der Länge
des Ansatzes 11 erreicht, daß auch bei einem längeren Verbleib
des Meßkopfes 12 in
heißem Öl das Gehäuse 10 nicht
durch die Temperatur belastet wird. Im Inneren des Ansatzes 11 verlaufen
elektrische Leitungen, die den Meßkopf 12 mit der Elektronik
innerhalb des Gehäuses 10 verbinden.
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Der
Meßkopf 12 besteht
im wesentlichen aus einer Keramikplatte, die in das offene Ende
des Ansatzes 11 eingesetzt ist. Die Keramikplatte 4 dichtet das
untere Ende des Ansatzes 11 ab, da die Keramikplatte vollkommen
dichtend in das Edelstahlrohr des Ansatzes 11 eingesetzt
ist. Die Keramikplatte besitzt eine ovale Gestalt, da der rohrförmige Ansatz 11 mit
einem Schnitt, der nicht senkrecht verläuft zur Achse des Ansatzes 11,
abgeschnitten wurde. Der Schnitt und damit auch die Keramikplatte 4 verlaufen in
etwa mit einem Winkel von 45° zur
Längsachse des
Ansatzes 11.
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Auf
der Keramikplatte 4 ist der Sensor 5 aufgebracht.
Der Sensor 5 ist als kapazitiver Sensor ausgebildet, der
zwei im wesentlichen gleiche Elektroden besitzt, die aus einem feinen
in Schleifen gelegten Golddraht bestehen. Der Sensor 5 ist
auf der dem Meßgut
zugewandten Seite 51 der Keramikplatte 4 aufgebracht. Er
besteht aus Goldfäden,
die durch ein thermisches Verfahren auf der Oberfläche aufgebracht
sind. Auf der anderen Seite der Keramikplatte 4, in 1a und 1b daher nicht sichtbar, ist in gleicher
Weise ein zweiter Kondensator angebracht, der dieselbe Bauart wie
der Sensor 5 besitzt und aus demselben Material besteht.
Dieser auf der Rückseite
der Keramikplatte 4 aufgebrachte Kondensator arbeitet als
Kompensator 6. Sensor 5 und Kompensator 6 sind über zugehörige elektrische
Leitungen 50 und 60 mit der elektronischen Schaltung
der Meßvorrichtung 1 verbunden.
Der Kompensator 6 kommt mit dem Meßgut nicht in Berührung.
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Die
Funktionsweise der Meßvorrichtung 1 ist derart,
daß über die
Folientastatur 30 der Eingabeeinheit 3 von der
Bedienperson das Gerät
zunächst eingeschaltet
wird. Nach dem Einschalten erfolgt ein Nullabgleich des Sensors
zunächst
gegen Luft, d.h. daß der
Sensor noch nicht in das Meßgut
eingetaucht wird. Nach Freigabe durch die Steuereinheit, wobei dies über die
Anzeige 2 angezeigt wird, kann der eigentliche Meßvorgang
beginnen. Dabei wird zunächst
die Art des zu messenden Öles über die
Eingabeeinheit 3 eingegeben und dann der Meßkopf in die
zu messende Flüssigkeit,
also z.B. das heiße Öl, eingebracht.
Nach ca. 10 Sekunden stabilisiert sich der Meßwert in der Schaltung und
wird vom Gerät, d.h.
von einem Microcontroller, der sich in der Meßvorrichtung 1 befindet, übernommen
und das Meßergebnis über das
Display angezeigt, womit die Messung beendet ist. Während der
Messung wird die Meßvorrichtung
1 am Gehäuse 10 von
der Bedienperson gehalten.
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Der
Sensor 5 kommt bei der Messung direkt in Kontakt mit dem
heißen
Fett und mißt
dadurch die Dielektrizitätskonstante
des flüssigen
Fettes bzw. Öles.
Diesen besonders günstigen
Vorteil der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung
gewährleistet
eine besonders einfache und jederzeit einzusetzende Vorrichtung.
Es muß nicht
abgewartet werden, bis das Meßgut
abgekühlt
ist. Dies macht es auch einsetzbar für Fette, die bei höheren Temperaturen
erst flüssig sind.
Selbst während
des laufenden Betriebs einer Fritüre ist die Meßvorrichtung
einsetzbar. Damit der Sensor 5 vor Beschädigungen
geschützt
ist, besitzt der Meßkopf
eine Abdeckung 13 für
den Sensor 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 13 dadurch
gestaltet, daß der
rohrförmige
Ansatz 11 an seiner Spitze, die den Meßkopf 12 trägt, schräg zur Achse
des Ansatzes 11 ausgebildet ist.
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Diese
Art stellt auf der Keramikplatte 4 eine Fläche für den Sensor 5 zur
Verfügung,
die praktisch nicht mit einer Wandung eines Behälters in Kontakt kommt, da
die Abdeckung 13 entweder eine Behälterwand oder den Behälterboden
zuerst berührt,
so daß der
Sensor 5 damit nicht in Berührung kommen kann. Gleichzeitig
bildet diese Form der Abdeckung 13 eine ausgezeichnete
Möglichkeit,
den Sensor 5 trotzdem frei zugänglich zu machen, z.B. zu Reinigungszwecken
der Keramikplatte 4 durch den Benutzer der Meßvorrichtung 1.
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Der
Sensor 5 in Form der Goldelektroden, die auf der Keramikplatte 4 fest
aufgebracht sind, sind gegenüber
Reinigungsmaßnahmen
unempfindlich. Berührungen
des Sensors 5 als solche sind also nicht generell schädlich, so
daß die
Abdeckung 13, wenn sie als Spitze, wie im vorliegenden
Beispiel, ausgebildet ist, vollkommen ausreicht, um den Sensor 5 zu
schützen.
Wird ein empfindlicherer Sensor verwendet, werden an die Abdeckung 23 allerdings erhöhte Anforderungen
gestellt, so daß dann
beispielsweise noch Rippen oder sonstige Maßnahmen an der Keramikplatte 4 zu
treffen sind, um einen ausreichenden Schutz für den Sensor 5 zu
gewährleisten.
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Durch
die vorliegende Ausgestaltung des Sensors 5 und der Abdeckung 13 ist
die Meßvorrichtung 1 also
unempfindlich und für
den Einsatz in der Praxis bestens geeignet. Die Meßvorrichtung 1 kann also
praktisch wie ein Kochlöffel
in einen Behälter
gestellt werden, in dem die Meßvorrichtung 1 mit
ihrer Spitze, d.h. der Abdeckung 13, auf dem Boden des Behälters aufsteht.
Der Ansatz 11, der, wie oben bereits beschrieben, aus einem
Rohr aus Edelstahl besteht, trägt
ebenfalls zur Unempfindlichkeit und zur Praxistauglichkeit der Meßvorrichtung 1 bei.
Der Ansatz 11 hat dazu und zur Abschirmung der Hitze des Meßgutes vorteilhaft
eine Länge
zwischen 15 cm und 40 cm, vorzugsweise eine Länge zwischen 25 cm und 35 cm.
Der Durchmesser des rohrförmig
ausgebildeten Ansatzes 11 hat dabei vorteilhaft einen Durchmesser
zwischen 10 mm und 20 mm.
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2 zeigt die wesentlichen
Elemente der Meßelektronik 7 mit
deren Hilfe die Dielektrizitätskonstante
des zu messenden Öles
bzw. Fettes bestimmt wird. Die Meßelektronik 7 besteht
aus einem Ölresonanzkreis 71 mit
dem dazugehörigen,
als Kondensator ausgebildeten, Sensor C1. Dieser Ölresonanzkreis
bildet einen Teil der Meßbrücke 70 der
Meßelektronik 7.
Den zweiten Teil der Meßbrücke 70 bildet der
Kompensationsresonanzkreis 72. Der Ölresonanzkreis wird aus dem
mit dem Öl
in Kontakt befindlichen Kondensator C1 (Sensor C1) gebildet, außerdem dem
Kondensator C5, der Kapazitätsdiode
D5 und der Induktivität
L1.
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Der
Kompensationsresonanzkreis besteht aus dem Kondensator C2 (Kompensator
C2), dem Kondensator C6, der Kapazitätsdiode D6 und der Induktivität L2. Beide
Resonanzkreise 71, 72 werden aus einem von einem
Microcontroller (vergleiche 3)
mit einer Hochfrequenz von etwa 1 MHz bis 100 kHz gespeist. Es hat
sich aber auch gezeigt, daß besonders
günstig
auch eine Frequenz im Bereich von ca. 50 kHz verwendet werden kann.
Die hochfrequente Wechselspannung wird von einem programmierbaren
Oszillator 73 in die Meßbrücke 70 eingespeist.
Um die Resonanzcharakteristik der beiden Brückenzweige 71, 72 steuern
zu können,
wird den beiden Kreisen eine einstellbare Gleichspannung auf die
Kapazitätsdioden
D5 und D6 gegeben. Diese ändern
dadurch ihre Kapazität
und damit die Resonanzfrequenz des dazugehörigen Brückenzweiges.
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Um
die Wirkung der Gleichspannung kontrollieren zu können, ist
für beide
Resonanzkreise 71, 72 je ein Amplitudengleichrichter
in der Schaltung enthalten. Der Amplitudengleichrichter für den Ölresonanzkreis 71 besteht
aus der Diode D1, der Kapazität C1
und dem Widerstand R1. Für
den Kompensationsresonanzkreis 72 besteht der Amplitudengleichrichter
aus der Diode D2, dem Kondensator C2 und dem Widerstand R2. Die
Resonanzcharakteristik der Brückenzweige
wird durch den Microcontroller gesteuert, der über die Anschlüsse A6 und
A7 mit einer Gleichspannung auf die Kapazitätsdioden D5 und D6 eingreift.
Die Resonanzcharakteristik der Meßbrücke 70 er faßt der Microcontroller über die
Anschlüsse
A3 und A4. Die Steuerung des Oszillators 73 erfolgt über den
Anschluß A2.
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Die
Dioden D3 und D4 bilden zusammen mit den Kapazitäten C7 und C8 und der Induktivität L3 einen
Phasendiskriminator 74, der über einen darauf folgenden
Verstärker 75 das
eigentliche Signal für den
gewünschten
Meßwert
am Anschluß A5
zur Verfügung
stellt. Als besonders günstig
ist es dabei, wenn der durch den Kondensator (C1) gemessene Kapazitätsunterschied
von ca. 10–15 F
zwischen dem unverbrauchten Öl
und dem verbrauchten Öl
oder Fett, einen Spannungsunterschied von 100 mV ergibt. Um dies
zu erreichen, wird günstigerweise
ein Sensor (C1) mit einer Sensorkapazität zwischen ca. 0,1 pF und 50
pF, vorzugsweise zwischen 1 pF und 5 pF verwendet.
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Der
Meßkopf 12 enthält einen Öltemperatursensor
RT1, der über
die Meßelektronik 7 elektrisch versorgt
ist. Darüber
hinaus greift er (RT1) in die Schaltung der Meßbrücke 70 nicht ein. Über den
Anschluß A8
wird vom Microcontroller (vergleiche 3) über eine
Sensorschnittstelle die Öltemperatur
abgegriffen. Die Stromversorgung erfolgt über den Anschluß A1. Alternativ
können
die Resonanzkreise sowie die Kapazitätsdioden bereits in einem integrierten
Baustein enthalten sein.
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3 zeigt eine schematische
Darstellung der Auswerte- und Steuerelektronik 8 einer
Vorrichtung zur Durchführung
der Messung des Zustandes von einem Meßgut, die insbesondere in einer
Meßvorrichtung,
wie sie z.B. in 1 beschrieben
ist, eingesetzt wird. Die Auswerte- und Steuerelektronik 8 besteht
im wesentlichen aus einem Microcontroller 81. Der Microcontroller 81 steht, über eine
Sensorschnittstelle 82, mit der Meßelektronik (vergleiche 2) in Verbindung.
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Die
Anschlüsse
A1 bis A8 besitzen entsprechende Eingänge E1 bis E8 an der Sensorschnittstelle 82 des
Microcontrollers 81. Über
eine Tastatur, insbesondere eine Folientastatur 30, steht
der Microcontroller 81 mit der Au ßenwelt in Verbindung, so daß bestimmte
Werte zum Steuern der Meßvorrichtung 1 (vergleiche 1) eingegeben werden können.
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Zum
Speichern von Daten, z.B. Meßwerten oder
Steuerdaten für
die Korrektur des Meßergebnisses
oder sonstiger Steuerdaten, ist dem Microcontroller 81 ein
EEPROM 83 zugeordnet. Darüber hinaus besitzt der Microcontroller 81 einen
Anschluß für eine Stromversorgung,
die insbesondere als Batterie 84 ausgebildet ist. Das Ausführungsbeispiel
einer Meßvorrichtung 1 von 1 besitzt darüber hinaus einen
Anschluß an
einer Test- und Programmierschnittstelle, an der z.B. ein PC ansctiließbar ist.
Die Test- und Programmierschnittstelle 85 ihrerseits ist mit
dem Microcontroller 81 verbunden.
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Ein
ganz wesentliches Element der Auswerte- und Steuerelektronik 8 ist
eine Anzeige 2, die vom Microcontroller 81 gesteuert
wird. Über
die Anzeige 2, die als LCD-Anzeige ausgebildet ist (vergleiche 1), werden Meßergebnisse
und sonstige Daten vom Microcontroller 81 über das
Display 2 der Bedienperson der Meßvorrichtung zur Anzeige gebracht. Das
LCD-Display der Anzeige 2 ist vorteilhaft übersichtlich
und aussagekräftig
so gestaltet, daß es
eine numerische Anzeige 20 besitzt sowie einen Bereich, der
eine Anzeige als Bargraph 21 ermöglicht. Über die numerische Anzeige
kann wahlweise (vergleiche Beschreibung von 1) die Temperatur des Öltemperatursensors
RT1 (vergleiche 2) numerisch angezeigt
werden, ebenso wie der Zustand des Meßgutes, d.h. eine Prozentangabe,
zu wieviel Prozent das Meßgut
noch für
die weitere Verwendung tauglich ist. So ist z.B. ein neues Öl mit dem
Wert 100 gekennzeichnet, der die Aussage 100% repräsentiert.
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Darüber hinaus
kann die Information über
die Temperatur des Öles
und den Ölzustand
auch über den
Bereich, der einen Bargraphen 21 anzeigt, dargestellt werden.
Der Bargraph 21 besteht aus einzelnen aneinandergereihten
Rechtecken, die bei dem in 3 gezeigten
Testbild der Anzeige 2 alle schwarz dargestellt sind und
somit einen Wert von 100% für den
Zustand des Öles
und eine Temperatur von ca. 240° Celsius
des Öls
repräsentieren.
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Ist
das Öl
weiter verschlissen bzw. die Temperatur des Öles niedriger, beginnen die
dunklen Rechtecke von rechts nach links sich aufzuhellen und dadurch
zu verschwinden. Sind nur noch die Hälfte der Rechtecke von links
nach rechts dunkel hinterlegt, repräsentieren sie einen Wert von
50% für
das Öl,
d.h. es ist nur noch zu 50% seines Maximalwertes in guter Kondition.
Gleichzeitig kann der Bargraph damit die Temperatur von 170° Celsius
anzeigen. Ob ein Prozentwert oder ein °C-Wert von der Anzeige 2 dargestellt
wird, hängt
davon ab, ob das °C-Zeichen 22 oder
das %-Zeichen 23 dunkel hinterlegt ist.
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Gleichzeitig
zeigt das Display noch den Zustand der Stromversorgung der Meßvorrichtung
an. Diese Form der Anzeige, wie sie das Display der Anzeige 2 darstellt,
ist besonders übersichtlich
und paßt sich
den Vorstellungen der Bedienperson an. Die Umstellung zwischen einer
%-Anzeige oder °C-Anzeige bzw. einer
Anzeige über
den Bargraphen 21 wird von der Bedienperson über die
Folientastatur 30 ausgewählt.
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4 zeigt die Eingabeeinheit 3,
die in Form einer Folientastatur 30 ausgebildet ist. Oberhalb
der einzelnen Tasten 31 besitzt sie eine Aussparung 32, um
die Anzeige 2 (vergleiche 1)
nicht zu überdecken.
Die Folientastatur 30 besitzt einen Ein-/Ausschalter (On/Off),
einen Wahlschalter (T/O) und einen Schalter zum Einstellen verschiedener
Eingabe- oder Ausgabemodi (Set). Darüber hinaus besitzt sie noch
zwei Eingabetasten (+ und –),
mit denen im Auswahlmenü,
das der Microcontroller zur Verfügung stellt,
die einzelnen Modi durchgeblättert
und ausgewählt
werden können.
Die Folientastatur 30 ist über einen Anschluß 33 an
den Microcontroller 81 (vergleiche 3) angeschlossen.
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Die
im einzelnen bei den verschiedenen Figuren und bei der Beschreibung
der Vorrichtungen und den Verfahren dargestellten Vorzüge der Erfindung
können
einzeln in einer Meßvorrichtung
verwirklicht werden oder vorteilhaft auch alle zusammen in einer
Meßvorrichtung,
soweit dies rein praktisch möglich
ist. Dies liegt im freien Ermessen des Fachmanns und den jeweili gen
Anforderungen an eine Meßvorrichtung.
So kann es z.B. vorteilhaft sein, eine Meßvorrichtung so auszugestalten,
daß sie
innerhalb der Auswerte- und Steuerelektronik nur einen Satz von
Konfigurationsdaten besitzt, die nur für eine Sorte von Öl genaue
Aussagen zuläßt. Dadurch
ist es möglich,
das Gerät
z.B. zusammen mit einer Sorte Öl oder
Fett an den Endverbraucher auszuliefern, so daß dieser ohne Einstellmaßnahmen
die von ihm verwendete Sorte Fett oder Öl auf seine Gebrauchseigenschaften
untersuchen kann.
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Darüber hinaus
ist es auch möglich,
falls dies erforderlich ist, die Meßdaten des Öltemperatursensors RT1 im Microcontroller
dazu zu benutzen, Konfigurationsdaten für die Bestimmung von Meßwerten zur
Verfügung
zu stellen, wenn dies für
eine exakte Zuordnung zur Temperatur des Meßgutes erforderlich ist.