DE2456663C3 - Device for measuring and evaluating temperature gradients - Google Patents
Device for measuring and evaluating temperature gradientsInfo
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Description
F =F =
1,8 T/"C-2181.8 T / "C-218
_——. (1)_——. (1)
Dabei ist T die während der Zeitdauer r konstant angenommene Temperatur des Füllgutes im kritischen Punkt (»Kerntemperatur«) und ζ ein dem pH-Wert des Füllgutes zugeordneter Zahlenwert (1). T is the assumed constant temperature of the product at the critical point ("core temperature") during the period r and ζ is a numerical value assigned to the pH value of the product (1).
In der Praxis darf aber — allein schon wegen des Anwärm- bzw. Abkühlvorganges — die Kerntemperatur des Füllgutes nicht als konstant angenommen werden. In diesem Fall kann der Sterilisations-Istwert L des Sterilisationsvorganges als Gesamtsumme der partiellen Sterilisationswerte vieler aufeinander folgender kurzer Hitzeeinwirkungen mit der Zeitdauer Δ t und der zugehörigen Kerntemperatur rermittelt werden:In practice, however, the core temperature of the product must not be assumed to be constant, if only because of the heating or cooling process. In this case, the actual sterilization value L of the sterilization process can be determined as the total sum of the partial sterilization values of many successive short heat effects with the duration Δ t and the associated core temperature:
L =Σ 10L = Σ 10
1,8 T/'C-2181.8 T / 'C-218
(2)(2)
Eine Haltbarkeit der Konserven ist dann gewährleistet, wenn durch eine entsprechende Hitzeeinwirkung erreicht worden ist, daß L = Fist, d. h. zur Kontrolle des Sterilisationsvorganges muß also sein Sterilisations-Ist wert L überwacht, d. h. der Wert der Summe in Gleichung (2) bestimmt werden. Die Lösung dieser Aufgabe setzt die Kenntnis des zeitlichen Verlaufs der Temperatur Γ voraus. Sofern für diesen Temperaturverlauf gewisse vereinfachende Annahmen gemacht werden können, ist es ggf. möglich, auch die Berechnung des Summenwertes zu vereinfachen. Derartige vereinfachende Annahmen sind beispielsweise: 7"ist konstant; T ist eine lineare Funktion oder eine logarithmische Funktion der Zeit. Für den allgemeinen Fall, daß Tnicht eine einfache Funktion der Zeit ist, ist es üblich, die grafische Methode von B i g e 1 ο w anzuwenden. Dazu muß zuerst die experimentielle Kerntemperaturkurve ermittelt werden. Anschließend werden aus ihr gleichen aufeinander folgenden Zeitintervallen zugehörige Temperaturwerte Tentnommen und daraus die zugeordneten partiellen Sterilisationswerte AL errechnet. Der Sterilisationswert L ergibt sich durch Addition der partiellen SterilisationswerteThe preservation of the tinned food is guaranteed if L = Fist has been achieved by applying appropriate heat, ie its actual sterilization value L must be monitored to control the sterilization process, ie the value of the sum in equation (2) must be determined. The solution to this task requires knowledge of the temperature Γ as a function of time. If certain simplifying assumptions can be made for this temperature curve, it may be possible to also simplify the calculation of the total value. Such simplifying assumptions are, for example: 7 "is constant; T is a linear function or a logarithmic function of time. In the general case that T is not a simple function of time, it is common to use the graphical method of B ige 1 ο w To do this, the experimental core temperature curve must first be determined. Subsequently, associated temperature values T are taken from the same successive time intervals and the associated partial sterilization values AL are calculated from them. The sterilization value L is obtained by adding the partial sterilization values
AtAt
Die vorliegende Erfindung betrifft eine -Vorrichtung zum Messen und Auswerten von Temperaturverläufen bei Erhitzungs- und/oder Kühlprozessen von Gütern, insbesondere zur Ermittlung des Sterilisationwertes von Konserven.The present invention relates to a device for measuring and evaluating temperature gradients during heating and / or cooling processes of goods, especially for determining the sterilization value of canned food.
oder dadurch, daß die partiellen Sterilisationswerte AL als Ordinatenwerte über den zugehörigen Zeitabszissenwerten aufgetragen werden, wobei dann der Flächeninhalt unter der Kurve den Sterilisationswert L wiedergibt.or in that the partial sterilization values AL are plotted as ordinate values over the associated time abscissa values, the area under the curve then reproducing the sterilization value L.
Die Verfahren mit vereinfachenden Annahmen hinsichtlich des Temperaturverlaufs sind — da derartige Annahmen stets nur angenähert zutreffen — grundsätzlich mit Fehlern behaftet. Allen genannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie in der praktischen Anwendung zeitaufwendig und umständlich sind, und daß sich bei den umständlichen Rechnungen Berechnungsfehler leicht einschleichen können.The procedures with simplifying assumptions regarding the temperature profile are - there such Assumptions are always only approximate - generally subject to errors. All of the above procedures are in common that they are time-consuming and cumbersome to use in practice, and that with calculation errors can easily creep in to cumbersome invoices.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Messung und Wichtung von Meßwerten und deren Auswertung unmittelbar durchgeführt werden l-.ann, und mit der insbesondere ein Sterilisationswert direkt und genau geliefert wird.The invention is now based on the object of creating a device with which the measurement and Weighting of measured values and their evaluation can be carried out immediately, and with the in particular, a sterilization value is delivered directly and accurately.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the subject matter of claim 1.
Die Vorteile bestehen insbesondere darin, daß keine Temperaturkurven aufgenommen werden müssen, fer- ,0 ner, daß keine mühsame Berechnung durch eine Meßperson erforderlich ist, so daß beispielsweise der Sterilisationswert bei einem Sterilisationsverfahren sehr rasch ermittelt wird, und daß die Sicherheit des Versuchsergebnisses wesentlich erhöht wird. , <; The advantages consist in particular in that no temperature curves have to be absorbed, FER, 0 ner that no tedious calculation is by a measurer is required so that, for example, the sterilization value is rapidly determined during a sterilization process a lot, and that the reliability of the experimental result substantially increased will. , <;
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Unteransprüchen zu unternehmen.Refinements of the invention are to be undertaken in the subclaims.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, kann der Codewandler als Rechner, insbesondere als Inkrementrechner ausgeführt sein. Dieser Rechner bildet z. B. bei einem Sterilisationsprozeß unter der Annahme eines bestimmten z-Wertes aus den zugeführten 7-Werten entsprechend Gleichung (2) die Zehnerpotenzen In an embodiment of the device according to the invention, the code converter can be used as a computer, in particular be designed as an incremental calculator. This calculator forms z. B. in a sterilization process assuming a certain z-value from the supplied 7 values are the powers of ten according to equation (2)
multipliziert diese mit der Zeit f und addiert diese Produkte über den Zeitabschnitt f2- ii. Die Bildung der Zehnerpotenzen aus einzelnen Temperaturwerten stellt eine Wichtung dieser Temperaturwerte dar. In der Datenverarbeitung sind Rechner und Inkrementrechner bekannt, ihre Funktionsweise braucht daher nicht näher erläutert zu werden. Es soll lediglich erwähnt werden, daß im vorliegenden Fall eine konstante Zeiteinheit At gewählt wird, d. h., der Rechner wird mit einermultiplies this by the time f and adds these products over the period f 2 - ii. The formation of powers of ten from individual temperature values represents a weighting of these temperature values. Computers and incremental computers are known in data processing, so their mode of operation does not need to be explained in more detail. It should only be mentioned that in the present case a constant time unit At is selected, that is, the computer is operated with a
Taktfrequenz—^getaktet, so daß der Faktor At vor dasClock frequency - ^ clocked, so that the factor At in front of the
Summenzeichen gezogen werden kann und daher der Rechner lediglich taktmäßig die Zehnerpotenz bilden und addieren muß, während die Multiplikation mit At dann später, wenn die Summe vorliegt, et folgen kann.Sum symbol can be drawn and therefore the computer only has to calculate and add the power of ten in clock terms, while the multiplication with At can then follow later when the sum is available.
Aus Schaltungsgründen, wenn beispielsweise die elektronischen Bauteile billiger sind oder einen einfacheren Zusammenbau ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, den Codewandler als digitalen Festwertspeicher auszubilden. In der Datenverarbeitung sind derartige Festwertspeicher ebenfalls bekannt. Bei einem Sterilisationsprozeß werden z. B. im interessierenden Temperaturbereich für geeignet abgestufte Temperaturen die ZehnerpotenzenFor circuit reasons, for example if the electronic components are cheaper or a simpler one Allow assembly, it may be useful to use the code converter as a digital read-only memory to train. Such read-only memories are also known in data processing. At a Sterilization process are z. B. in the temperature range of interest for suitably graded temperatures the powers of ten
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1,8 TfC-2181.8 TfC-218
berechnet und als Wertevorrat digital in den Festwertspeicher eingespeichert. Dazu wird jeweils ein bestimmter z-Wert eingesetzt. In vorgegebenen Zeitabständencalculated and stored digitally in the read-only memory as a set of values. For this purpose, a certain one is used in each case z-value used. At specified time intervals
At, d.h. mit einer festen Taktfrequenz—7-wird durch At, ie with a fixed clock frequency — 7 — is through
digitale Kerntemperatur-Meßwerte Γ die zugeordnete Zehnerpotenzdigital core temperature readings Γ the assigned power of ten
10 1,8TfC-218 10 1.8TfC-2 18
abgerufen und in einem Zähler summiert. Dieser Abruf der gespeicherten zugehörigen Zehnerpotenzen kann als Wichtung des Kerntemperatur-Meßwertes bezeichnet werden.retrieved and totaled in a counter. This retrieval of the stored associated powers of ten can can be referred to as the weighting of the core temperature measured value.
Für die Lebensmitteltechniker kann es ebenso wünschenswert sein, außer dem nach Abschluß des Sterilisierungsvorganges erreichten Sterilisationswert auch dessen zeitlichen Verlauf zu kennen, auf diese Weise kann beispielsweise, falls der Sterilisationswert größer als der Sterilisations-Sollwert ist, leicht erkannt werden, wie der Sterilisationsvorgang zweckmäßigerweise gesteuert werden müßte, um künftig den Sollwert nicht zu überschreiten. Der zeitliche Verlauf kann dadurch angezeigt werden, daß das Meßwertausgabegerät ein Digital-Analog-Umsetzer mit angeschlossenem Analog-Registriergerät z. B. einem Kurvenschreiber ist.It may be desirable for the food technician as well, except after the completion of the The sterilization value reached also to know its temporal course on this For example, if the sterilization value is greater than the sterilization setpoint value, it can easily be recognized how the sterilization process would have to be appropriately controlled in order to reach the setpoint in the future not to exceed. The course over time can be displayed in that the measured value output device a digital-to-analog converter with a connected analog recorder z. B. a chart recorder is.
Da die Verwendung von galvanischen Leitungen ein Meßverfahren schwerfällig macht und eine Reihe von weiteren Nachteilen mit sich bringt, so bilden galvanische Leitung insbesondere, wenn sie nicht fest verlegt werden können, einen Fremdkörper in technischen Einrichtungen und stören möglicherweise Bewegungsabläufe und sind selbst der Gefahr der Zerstörung ausgesetzt. Es kann daher zum Ersatz der galvanischen Leitungen von Vorteil sein, wenn der Eingangsteil der Meßvorrichtung bestehend aus dem Analog-Digital-Umsetzer, dem an diesen angeschlossenen Meßwertspeicher, sowie den für den Betrieb erforderlichen Hilfsschaltungen und der zugehörigen Stromversorgung, getrennt vom übrigen Teil der Meßvorrichtung in einem wärmeisolierten und/oder feuchtigkeitsdichten Gefäß eingebaut ist. Damit wird die erfindungsgemäße Meßeinrichtung in zwei Baugruppen unterteilt und der Meßvorgang in zwei Zeitabschnitte aufgeteilt. Während der eigentlichen Meßzeit ist der Temperatur-Aufnehmer an die erste Baugruppe angeschlossen, und die von ihm gelieferten Temperatur-Meßwerte werden im Meßwertspeicher binär-codiert gespeichert. Dabei sind als Temperatur-Aufnehmer Temperatur-Meßwiderstände oder Thermoelemente geeignet. Später zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Abschluß der Meßzeit f, werden die erste Baugruppe und die zweite Baugruppe elektrisch verbunden, und der Inhalt des Meßwertspeichers der ersten Baugruppe ausgelesen.Since the use of galvanic lines makes one measurement procedure cumbersome and a number of brings further disadvantages with it, so form galvanic lines especially if they are not permanently laid a foreign body in technical equipment and possibly disrupt movement sequences and are themselves exposed to the risk of destruction. It can therefore be used to replace the galvanic Lines are advantageous if the input part of the measuring device consists of the analog-to-digital converter, the measured value memory connected to this, as well as those required for operation Auxiliary circuits and the associated power supply, separated from the rest of the measuring device in is installed in a heat-insulated and / or moisture-proof vessel. This is the inventive Measuring device divided into two assemblies and the measuring process divided into two periods of time. While the actual measuring time, the temperature sensor is connected to the first assembly, and that of Measured temperature values supplied to it are stored in binary coded form in the measured value memory. Are there Suitable as temperature sensors, temperature measuring resistors or thermocouples. Later to one any point in time after the end of the measuring time f, the first assembly and the second assembly electrically connected, and read out the content of the measured value memory of the first assembly.
Bei einem Sterilisationsprozeß ist der Temperaturwert ζ von dem pH-Wert des Füllgutes abhängig. So beträgt der z-Wert für Obst beispielsweise 7,5 während er für übliches Gemüse z. B. 3 beträgt. Die Abweichung des z-Wertes bei unerschiedlichem Füllgut kann also beträchtlich seiii. Es kann daher notwendig sein, bei der Konservierung unterschiedlichen Füllgutes bei der Wichtung verschiedene z-Werte einzusetzen. Dazu kann Codewandler unterschiedliche durch Umschalten oder durch das Einsetzen von Steckkarten einstellbare Meßwertbereiche zur Wichtung der Meßwerte aufweisen. Damit kann beispielsweise bei einem Sterilisationsprozeß eine wahlweise Änderung des z-Wertes durchgeführt werden. Wird als Codewandler ein Rechner, insbesondere ein Inkrementrechner benutzt, so muß im Rechenprogramm für die Bildung der Zehnerpotenz der im Exponenten enthaltene z-Wert geändert werden können. Wird als Codewandler ein digitaler Festwertspeicher benutzt, so müssen zunächst im interessierenden Temperaturbereich bei einem Sterilisationsprozeß für geeignet abgestufte Temperaturen die ZehnerpotenzenIn a sterilization process, the temperature value ζ depends on the pH value of the product. For example, the z- value for fruit is 7.5, while for common vegetables it is e.g. B. 3 is. The deviation of the z-value with different contents can therefore be considerable. It may therefore be necessary to use different z-values for the weighting when preserving different filling goods. For this purpose, the code converter can have different measurement value ranges, which can be set by switching or by inserting plug-in cards, for weighting the measurement values. In this way, for example, during a sterilization process, an optional change in the z-value can be carried out. If a computer, in particular an incremental computer, is used as the code converter, the z-value contained in the exponent must be able to be changed in the computer program for the formation of the power of ten. If a digital read-only memory is used as the code converter, the powers of ten must first be used in the temperature range of interest in a sterilization process for suitably graded temperatures
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1,8 7/°C-2181.8 7 / ° C-218
für verschiedene z-Werte berechnet werden. Die Wahl des z-Wertes kann dann dadurch geschehen, daß dercan be calculated for different z-values. The choice of the z-value can then take place in that the
zugehörige Wertevorrat auf jeweils einer Steckkarte gespeichert ist, und daß diese dann in die Schaltung eingesetzt wird oder aber durch Umschalten der verschiedenen Wertevorräte mittels Schalter.associated set of values is stored on each one plug-in card, and that this is then included in the circuit is used or by switching between the various sets of values using a switch.
Anhand der in den Zeichnungen (F i g. 1 und 2) dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.The invention is illustrated by the exemplary embodiments shown in the drawings (FIGS. 1 and 2) explained in more detail.
Während einer Zeit i| wird die Temperatur in einer Konserve mittels eines Temperaturaufnehmers 1, der z. B. ein Platinmeßwiderstand ist, gemessen und in einer Kompensationsschaltung in eine digitale elektrische Größe umgewandelt Fig. 1. Dabei steuert ein Binär-Zähler 2 eine veränderliche Stromquelle /v von einem Bezugswert Ao ausgehend für den Vergleichswiderstand Rv durch Zuschalten binär-gewichteter Stromquellen und zählt gleichzeitig die Steuerschritte. Bei Nullabgleich (Ud-O) schaltet ein als Nullindikator dienender Verstärker 3 den Binär-Zähler 2 ab. Der Zählerstand entspricht jetzt der Stromänderung Δ In d.h. der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Meßwiderstandes Rn dem Temperaturaufnehmer 1 und einer zu Beginn nach Wahl frei eingestellten Bezugstemperatur, z.B. 70°C. Nach jedem Abgleichvorgang wird der Zählerstand an den Meßwertspeicher 4 weitergegeben. Der z. B. als Schieberegister ausgebildete Meßwertspeicher 4 verfügt über beispielsweise 64 Speicherplätze mit je 6 bit. Damit können beispielsweise in einem Temperaturmeßbereich zwischen 700C und 1330C 64 Meßwerte in Stufen von 1°C gespeichert werden. Die maximale Meßzeit ist durch die Zahl der Speicherplätze und durch den Takt, d. h. den Zeitabstand zwischen zwei Messungen gegeben. Bei einer Taktzeit von einer Minute beträgt die Meßzeit etwa eine Stunde. Bei Verwendung anderer Speicher ließe sich die Zahl der Speicherplätze ohne besondere Schwierigkeit beispielsweise auf 1000 erhöhen. Die Stromversorgung des Gerätes geschieht z. B. durch eine O-V-Batterie. Bei einem Auslesetakt einer Sekunde wird ein Meßvorgang von einstündiger Dauer in einer Minute ausgelesen.During a time i | is the temperature in a can by means of a temperature sensor 1, the z. B. is a platinum measuring resistor, measured and converted in a compensation circuit into a digital electrical variable Fig. 1. A binary counter 2 controls a variable current source / v from a reference value Ao for the comparison resistance Rv by connecting binary-weighted current sources and counts at the same time the control steps. In the event of a zero adjustment (Ud-O) , an amplifier 3 serving as a zero indicator switches off the binary counter 2. The counter reading now corresponds to the change in current Δ I n, ie the temperature difference between the temperature of the measuring resistor Rn of the temperature sensor 1 and a reference temperature freely set at the beginning, eg 70 ° C. The counter reading is passed on to the measured value memory 4 after each adjustment process. The z. B. designed as a shift register measured value memory 4 has, for example, 64 memory locations with 6 bits each. Thus, 64 values can be stored in increments of 1 ° C, for example in a temperature measurement range between 70 0 C and 133 0 C. The maximum measuring time is given by the number of memory locations and the cycle, ie the time interval between two measurements. With a cycle time of one minute, the measurement time is about one hour. If other memories are used, the number of memory locations could be increased to 1000, for example, without any particular difficulty. The power supply of the device happens z. B. by an OV battery. With a readout cycle of one second, a measurement process lasting one hour is read out in one minute.
Die binär-codierten Kerntemp>eralur-Meßwerte, die s in Abständen von einer Minute gemessen wurden, werden von einem Taktgeber 5 im ersten Hz-Takt aus dem Meßwertspeicher 4 abgerufen und gelangen zum Festwertspeicher 6, Fi g. 2. Dieser enthält eine Tabelle, die jeder Kerntemperatur den entsprechenden ΔL-WertThe binary-coded core temp> eralur measured values, which were measured at intervals of one minute, are called up by a clock generator 5 in the first Hz cycle from the measured value memory 4 and are sent to the read-only memory 6, FIG. 2. This contains a table showing the corresponding Δ L value for each core temperature
ίο zuordnet, der binär codiert an den Setzeingängen eines binären setzbaren Rückwärtszählers 7 liegt.ίο assigns the binary coded to the set inputs of a binary settable down counter 7 is located.
Die Berechnung des L-Wertes für den gesamten Meßzyklus von maximal 64 Meßwerten durch Summierung der 4L-Werte geschieht folgendermaßen: Durch Drücken einer Starttaste 8 werden ein Summierzähler 9 und ein Kontrollzähler 10 auf Null gestellt sowie das Flipflop 11 gesetzt. Damit ist das Tor 12 für die 1-Hz-Taktimpulse geöffnet, die ein Verzögerungsglied 13 durchlaufen, um die Laufzeit des Festwertspeichers 6 zu kompensieren und sicherzustellen, daß der codierte Δ L-Wert an den Setzeingängen des Rückwärtszählers 7 liegt bevor der Setzimpuls eintrifft. Durch den Setzimpuls wird der Rückwärtszähler 7 auf den Δ L-Wert gesetzt, nach einer weiteren Verzögerung 14 setzt der Setzimpuis das Fiipfiop Ϊ5 und öffnet damit das Tor 16 für den 20-kHz-Zähltakt. Der Rückwärtszähler 7 zählt jetzt von 4L-Wert bis Null. Bei Zählerstand Mull wird das Flipflop 15 durch die negative Flanke des Gatters 17 zurückgestellt und das Tor 16 geschlossen Der 4L-Wert ist damit in eine Impulsfolge umgewandelt worden, die vom Summierzähler 9 summiert wird. Aul diese Weise werden alle 64 Meßwerte verarbeitet. Beirr 64. Meßwert kippt der Kontrollzähler 10 das Flipflop 11 zurück und sperrt das Tor 12 für den 1-Hz-Takt. Dami ist die Summierung beendet. Alle zlL-Werte sind in Summierzähler 9 addiert worden. Die Summe kann übeeinen Dekoder 18 und eine Anzeige ausgelesen werden.The calculation of the L value for the entire measuring cycle of a maximum of 64 measured values by adding up the 4L values is carried out as follows: By pressing a start button 8, a totalizing counter 9 and a control counter 10 are set to zero and the flip-flop 11 is set. This opens the gate 12 for the 1 Hz clock pulses, which pass through a delay element 13 to compensate for the running time of the read-only memory 6 and to ensure that the coded Δ L value is at the set inputs of the down counter 7 before the set pulse arrives. The down counter 7 is set to the Δ L value by the set pulse, after a further delay 14 the set pulse sets the fiipfiop Ϊ5 and thus opens the gate 16 for the 20 kHz counting rate. The down counter 7 now counts from the 4L value to zero. When the count is Mull, the flip-flop 15 is reset by the negative edge of the gate 17 and the gate 16 is closed. All 64 measured values are processed in this way. At the 64th measured value, the control counter 10 tilts the flip-flop 11 back and blocks the gate 12 for the 1 Hz cycle. Dami has finished adding up. All zIL values have been added in totalizer 9. The sum can be read out via a decoder 18 and a display.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (8)
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