KR20050095853A - 유체, 특히 식품용 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하는디바이스 - Google Patents

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제랄드 샹봉
마르땡 지즈
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에꼴 뽈리떼끄닉 뻬데랄 드 로잔느 (으뻬에프엘)
제랄드 샹봉
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Abstract

본 발명은 유체, 특히 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스에 관련되며, 상기 디바이스는 서로 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는 센서를 갖는다. 상기 센서는 측정될 유체 내에 잠긴다. 상기 전극 및 유체는 용량성 요소를 형성하며, 그 용량은 상기 유체의 유전체 상수에 따라 변한다. 상기 센서는 상기 유전체 상수를 나타내는 전기적 출력 신호를 제공할 수 있다. 본 발명의 디바이스는 또한 처리 수단을 포함하며, 상기 처리 수단은 출력 신호를 수신하고 상기 출력 신호를 바탕으로 상기 유체의 품질 및/또는 저하의 정도를 결정할 수 있다. 본 발명은 상기 전극이 동일한 평면에서 확장하는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 유체가 상기 평면의 양면 위에서 전극들의 두 표면을 둘러싸는 것을 특징으로 한다.

Description

유체, 특히 식품용 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스{DEVICE FOR MEASURING THE QUALITY AND/OR DEGRADATION OF A FLUID, PARTICULARLY A FOOD OIL}
본 발명은 유체, 특히 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하는 용량성 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 요리 기구에서 튀김용 기름과 같은 식품용 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하는 형태의 디바이스에 관련된다.
요리하는 동안 식품용 기름은 고온에 반복적으로 노출될 때 저하된다. 일반적으로, 음식을 튀기기 위해서, 이러한 기름은 180℃ 정도의 온도에 노출된다. 이러한 온도에서는 중합, 열적-산화(thermo-oxidation)와 같은 많은 화학 반응이 일어남으로써, 기름의 품질을 현저히 변화시킨다. 이러한 반응의 산물의 양은 규정으로 정해진 한계점을 초과해서는 안 되는데, 그 이유는 상기 한계점을 넘으면 기름이 소비에 적합하지 않은 것으로 생각되기 때문이다. 따라서 상기 한계점을 검출할 수 있는 것이 중요하고, 따라서 기름이 변하는 것을 검출할 필요가 있을 때 즉시 기름을 교체하도록 한다. 오랫동안, 상기 한계점의 결정은 요리사들의 몫이었는데, 요리사들은 시각 또는 후각 검사를 통해 기름이 여전히 소비에 적합한지를 결정하였다. 물론 이 방법은 매우 주관적이고 결과적으로 믿을 수가 없다.
이러한 문제점을 극복하려는 시도가 현재까지 종래의 기술에서 다양한 디바이스들이 제시됨으로써 식품용 기름의 품질 및/또는 저하를 객관적으로 평가할 수 있었다. 식품용 기름의 저하는 특히 식품용 기름의 열적 산화를 원인으로 하고 이 열적 산화는 극성 화합물을 생성하기 때문에, 모니터될 기름이 유전체를 형성하게 되는 커패시터의 커패시턴스를 측정함으로써, 기름의 저하 정도가 기름의 유전체 상수와 연관되는 디바이스가 검토되었다.
이러한 디바이스는 가령, 미국 특허 5,818,731에 설명되어 있다. 본원은 튀김기와 같은 요리 기구 내에 있는 식품용 기름의 품질을 측정하는 디바이스를 설명한다. 이러한 디바이스는 요리 또는 튀김 온도 범위에서 커패시턴스의 변화 및 기름의 광전송을 동시에 모니터한다. 용량성 측정 유닛은 계측용 커패시터를 정의하기 위해서, 서로 얽혀있는 두 세트의 평행판을 포함한다. 상기 평행판 세트가 기름 내에 담궈질 때, 기름은 상기 단위에 대하여 계측용 커패시터의 유전체를 형성하고, 커패시턴스의 변화는 직접 전류 오실레이터 브리지 회로에 의하여 측정된다. 그러나, 이 디바이스는 몇몇 결점을 갖는다. 제 1 결점은 평행판 사이의 간격이 작아서 상기 평행판이 기름에 담기면, 모세관 현상 때문에 상기 기름은 상기 평행판 사이에서 쉽게 흐르지 못한다는 것이다. 따라서, 평행판 사이에 있는 기름의 규칙적인 변화가 보장되기 못하기 때문에, 기름 저하 측정의 결과에 오류가 있을 수 있다. 게다가, 기름 내에 고체 입자가 있으면, 상기 평행판 사이에 걸릴 수 있어서, 측정되는 신호에 부정적인 효과를 갖게 된다. 또한 평행판 사이의 공간이 작을 경우, 평행판에서 커패시터의 형상은 이러한 작은 공간에 쉽게 접근하지 못함으로써, 디바이스에서 관리 동작(maintenance operations)의 실행을 복잡하게 한다. 또 다른 결점은 평행판을 갖는 커패시터의 부피가 커서 요리 기구에서 상당한 공간을 차지한다는 것이다. 게다가, 커패시터에 의해 형성된 하나의 계측용 센서는 온도 변화에 종속되므로, 커패시턴스 측정에 오차가 있을 수 있고, 따라서 상기 디바이스는 이러한 오차를 보상해야 할 수단을 제공해야 한다. 본원에 제시되는 해법은 온도 센서를 이용하며, 이 온도 센서는 모니터될 기름에 관한 데이터를 통합하는 소프트웨어 수단에 의하여 측정되는 온도 변화를 적절한 처리 회로에 알려준다. 결과적으로, 만일 기름의 품질이 변하거나 또는 새로운 기름이 사용되면, 상기 소프트웨어 수단은 업데이트되어야 한다.
도 1은 본 발명에 다른 측정 디바이스의 제 1 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1의 측정 디바이스가 부착되는 종래의 요리 기구의 큰 통의 개략적인 단면도이고, 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면이 부분적으로 도시되어 있으며, 처리 수단은 생략되어 있다.
도 3은 용량성 요소가 새로운 기름 또는 사용된 기름에 잠길 때, 본 발명에 따른 측정 디바이스의 용량성 요소의 커패시턴스 변화를 온도의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예에 따른 측정 디바이스가 부착되는 종래의 요리 기구의 큰 통의 개략적인 투시 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 측정 디바이스의 제 2 실시예의 변형이다.
도 6은 도 5의 실시예의 변형이다.
도 7은 본 발명의 디바이스의 용량성 요소에 대하여 지지 구조물의 한 실시예를 보여준다.
본 발명의 주 목적은 용량성 측정에 의하여 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 향상된 디바이스로서, 단순하고 간결하며 저렴한 구조물을 제공함으로써 앞서 언급된 종래 기술의 결점을 극복하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용량성 계측 센서가 그 전극 가까이에서 측정되는 유체의 흐름을 용이하게 하면서 커패시턴스 변화 측정 감도를 높은 수준으로 유지하는 구조물을 갖게 되는 이러한 형태의 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 계측용 커패시터의 전극들 사이에 걸리게 되는 유체 내 입자들의 확률이 감소되는 형태의 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 계측 센서의 관리 및 특히 세척이 쉬운 형태의 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 커패시턴스 측정이 더 이상 온도에 의존하지 않으면서 많은 유연성을 갖는 디바이스, 즉 다른 성질의 유체로써 디바이스를 사용할 때에도 디바이스의 처리 회로 소프트웨어 수단이 시스템 업데이트를 필요로 하지 않는 디바이스를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 유체, 특히 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하기 위한 디바이스에 관한 것으로, 상기 디바이스는 유체에 잠겨서 측정되는 적어도 한 쌍의 전극이 서로 이격되어 있는 센서를 포함하며, 이때 상기 전극과 유체는 용량성 측정 요소를 형성함으로써 커패시턴스는 유체의 유전체 상수의 함수로서 변화한다. 상기 센서는 상기 유전체 상수를 나타내는 전기적 출력 신호를 제공할 수 있다. 상기 디바이스는 처리 수단을 추가로 포함하며, 이 처리 수단은 상기 전기적 출력 신호를 수신하고 또한 상기 출력 신호를 바탕으로 유체의 품질 및/또는 저하 정도를 결정할 수 있다. 상기 디바이스는 상기 전극들이 실제로 동일한 평면에서 확장하는 것을 특징으로 하며, 또한 유체가 상기 평면의 어느 한 면에서 전극들의 양쪽 표면 모두를 담그는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징들 때문에, 측정될 유체는 상기 용량성 측정 요소의 전극들 중 하나의 면 위에서 빠르고 쉽게 흐를 수 있다. 따라서 상기 전극 가까이에 있는 유체는 항상 새로워질 수 있어서, 상기 디바이스가 유체의 품질의 변화를 대체로 나타내는 한, 상기 디바이스에서 제공되는 측정은 신뢰성 및 정확도는 향상된다. 이러한 구조는 상기 용량성 요소의 공극에 입자들이 걸리는 위험을 추가로 크게 줄여준다. 본 발명에 따른 디바이스의 또 다른 장점으로는 상기 공극에 접근이 용이하여서, 센서의 관리 동작을 쉽게 한다는 것이다. 상기 유체가 상기 측정 전극의 표면을 중간 평면의 한 면에서 담그게 하기 때문에, 높은 수준의 측정 감도를 획득하는 것이 가능하다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따라서, 상기 센서는 기준 용량성 요소를 포함하는데, 서로 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 전극을 포함하며, 기준 유체에 잠기도록, 상기 기준 전극 및 유체는 기준 용량성 요소를 형성하며, 그 커패시턴스는 상기 기준 유체의 유전체 상수의 함수로서 변화하며, 이때 상기 기준 용량성 요소는 상기 기준 유전체 상수를 나타내는 기준 신호를 상기 처리 수단에 제공할 수 있고, 상기 처리 수단은 출력 신호를 상기 기준 신호와 비교하도록 구성된다.
따라서 상기 기준 용량성 요소는 "새로운", 즉 저하되지 않은 기준 유체의 유전체 특성을 계속적으로 측정할 수 있어서, 유체에 대하여 기준 유전체 상수값을 공급할 수 있게 되고, 이때 상기 기준 유전체 상수값은 상기 용량성 측정 요소에서 제공되는 유전체 상수값과 비교될 수 있다. 또한 두 개의 센서를 사용하면 온도 변화에 따른 유전체 상수 변화를 없애준다.
상기 측정 디바이스가 요리 기름을 담는 큰 통을 포함하는 요리 기구와 관련될 때, 상기 용량성 측정 요소는 기름 내에 잠길 수 있고, 이때 음식이 튀겨지는 동안 상기 기준 용량성 요소는 상기 요리 기름과 동일한 특성을 갖는 또 다른 기준 식품용 기름(단, 상기 기준 용량성 요소와 격리된 둘러싸인 공간 내에 담김) 내에 잠길 수 있다.
기준 식품용 기름을 포함하는 상기 둘러싸인 공간은 상기 요리 기름과 열적으로 접촉하는 것이 선호된다. 상기 기준 식품용 기름은 저하되지 않는 기름에 대하여 잘 정의된 기준 유전체 상수값을 제공하기 위하여 주기적으로, 가령 하루에 한번 또는 지속적으로 갱신될 수 있다. 이러한 갱신은 자동으로 또는 수동으로 이루어질 수 있다.
도 1에는 유체, 특히 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하기 위한 용량성 디바이스(1)의 제 1 실시예가 도시되어 있다.
대략 200까지 가열될 수 있는 기름을 담는 큰 통을 포함하는 요리 기구에서 음식을 튀기는데 사용되는 식품용 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스(1)의 용도에 관한 설명이 아래에 주어질 것이다.
측정 디바이스(1)는 서로 이격되어 있고 유체(F)(가령, 튀김기의 기름)(도 2)에 잠기는 한 쌍의 전극(4, 6)을 포함하는 센서(2)를 포함하고, 상기 유체의 품질 및/또는 저하를 측정함으로써 사용 여부를 결정한다. 전극(4, 6)은 기름(F)과 함께 용량성 측정 요소(EFM)를 형성하고, 상기 용량성 측정 요소의 커패시턴스는 상기 기름의 유전체 상수의 함수로서 변화한다. 상기 기름이 저하될 때, 기름 내에 존재하는 극성 화합물의 양은 증가하고 따라서 유전체 상수를 증가시키게 된다. 따라서, 상기 용량성 측정 요소(EFM)의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써, 상기 기름의 품질 및/또는 저하의 정도가 결정될 수 있다. 따라서, 센서(2) 및 특히 용량성 요소(EFM)는 넓은 온도 범위, 특히 20℃에서 200℃ 사이의 온도 범위에서 기름의 유전체 상수를 나타내는 전기적 출력 신호를 제공할 수 있다.
상기 쌍의 각 전극(4, 6)은 서로 평행한 다수의 톱니(teeth)(4a, 6a)를 가지면서 베이스(4b, 6b)로부터 확장하는 빗 모양을 갖는다. 상기 전극(4 및 6)은 한 전극(4)의 톱니(4a)가 다른 전극(6)의 톱니(6a)와 인터디지트(interdigited)되도록 서로에 대하여 배열된다. 따라서 전극(4 및 6)의 톱니는 거의 동일한 평면에 배열된다.
전극(4 및 6)은 적절한 방식으로 절단된 평판으로부터 형성되고, 상기 평판은 취급되어지는 모양을 유지하도록 상기 전극에 대하여 충분히 단단하다. 실시예에서, 상기 전극들은 0.1mm와 3mm 사이의 두께를 갖는 식품용 등급 강철(18-10 탄소 기반 오스테나이트계 강철) 및 판으로부터 만들어진다. 다른 형태의 식품용 등급의 강철, 가령 Z7CN18-09, Z3CND18-12-02, Z6CNDT17-12 및 Z7CNU16-04 등이 사용될 수 있다. 상기 판은 레이저 빔에 의하여 절단되고, 이 레이저 빔은 10nm와 1mm 사이의 전극들의 톱니 사이에서 공극이 만들어지도록 한다. 상기 공극(E)이 작을수록, 상기 용량성 요소의 감도는 커진다. 대안적 실시예에 따르면, 도전 물질로 코팅된 기판(가령 금, 백금 등의 층으로 코팅된 기판)으로 형성된 전극이 검토될 수 있다.
실시예에서, 전극(4 및 6)은 절연 기판(8)에 고정되어 있고, 상기 절연 기판(8)은 정렬 수단(10)과 결합하여 상기 전극을 서로 대하여 고정된 위치에서 유지하고 있다. 특히, 상기 전극(4 및 6)은 스크류와 같은 적절한 수단을 통해, 상기 전극의 베이스(4b, 6b)로부터 확장하는 고정 손잡이(fixing lug)에 의하여 기판(8)에 각각 고정된다. 정렬 수단(10)은 가령, 위치고정 핀을 포함하며, 상기 위치고정 핀은 기판(8) 내부에서 전극(4 및 6)의 구멍과 상호작용한다.
기판(8)은 중앙의 개구부(12)를 갖는 프레임 모양이며, 상기 개구부(12)는 전극(4 및 6)을 측정하기 위한 영역, 즉 전극(4)의 톱니(4a)와 전극(6)의 톱니(6a) 사이의 공간으로 정의되는 공극과 마주하도록 배열된다. 이러한 구조로 인하여, 측정될 유체(이 경우, 기름)는 전극들의 평면 중 어느 하나에서 전극(4 및 6)의 양쪽 표면 모두를 잠기게 함으로써, 유체는 전극(4 및 6)의 톱니(4a 및 6a) 가까이에서 순환할 수 있다.
상기 용량성 요소(EFM)는 금속 프레임(CM)으로 둘러싸여 있다. 이 금속 프레임은 외부의 전기적 방해에 대하여 보호 차폐물을 형성하고 따라서 측정시 이러한 방해의 영향을 줄인다. 이 프레임은 일반적으로 금속 격자로 형성된다.
기판(8)은 가령, 세라믹 재료와 같이 20℃와 200℃ 사이의 온도에 견디고 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어지는 것이 선호된다. 그러나, 상기 기판은 상기 측정 디바이스의 용도에서 호환될 수 있는 다른 절연 재료로 만들어질 수 있다. 앞서 언급된 온도 범위에서 안정되어야 하는 식품 용도에 대한 실시예에서, 상기 기판(8)은 또한 테플론과 같은 불소수지(fluorinated polymer)로 만들어질 수 있다.
아이디어를 제공하기 위해, 본 출원인은 0.8mm 정도의 두께를 갖는 스테인레스 강철로 만들어진 전극(4, 6)으로 테스트를 실시하였다. 아홉 개의 톱니를 갖는 전극(4)과 여덟 개의 톱니를 갖는 전극(6)은 각각 100㎛의 공극을 정의하고, 이때 톱니는 1mm 정도의 폭을 갖는다. 상기 기판은 세라믹 재료로 만들어졌고, 5×5㎠의 외부 표면에 대하여 0.6mm 정도를 두께를 가졌다.
기름과 함께 전극(4 및 6)에 의하여 정의된 상기 용량성 측정 요소(EFM)의 커패시턴스는 처리 수단(14)에 의하여 측정되고, 상기 처리 수단(14)은 가령, 당업자에게 공지된 아날로그 커패시턴스/전압 변환기(16) 및 마이크로컨트롤러(18)를 포함한다. 예에서, Xemics 회사에서 판매되는 XE2004를 갖는 커패시턴스/전압 변환기 회로가 사용될 수 있다.
전극(4 및 6)은 회로(16)의 입력에 연결되고, 이때 상기 회로(16)는 상기 용량성 측정 요소의 커패시턴스를 나타내는 아날로그 전압 신호(SV)를 출력한다. 상기 신호(SV)는 신호(SV)를 디지털 신호(SN)로 전환하는 마이크로컨트롤러(18)의 입력에 공급된다. 일반적으로 레퍼런스 68HC11을 포함하고 모토롤라에서 판매되는 마이크로컨트롤러가 사용될 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러의 출력에서 디지털 신호는 디스플레이 수단(20)으로 공급되고, 상기 디스플레이 수단(20)은 가령 LCD 또는 LED 디스플레이 형태로 만들어진다. 상기 디스플레이 수단은 가령 기름의 유전체 상수를 나타내는 디지털 값을 표시한다. 대안적 실시예에 따르면, 상기 디지털 값은 기름 내에서 측정된 극성 화합물 비율을 나타내도록 적절한 방식으로 처리될 수 있다.
도 2에서는, 상기 측정 디바이스(1)의 용량성 측정 요소(EFM)가 어떻게 검사될 식품용 기름을 포함하는 종래의 요리 기구(24)의 큰 통(22) 내에 배열되는지를 볼 수 있다. 처리 수단(14) 및 디스플레이 수단(20)은 도 2에 생략되어 있다. 이러한 수단들은 가령, 상기 요리 기구와 관련은 되지만 상기 큰 통(22)과 분리된 케이스 내에 배열될 것이다. 물론, 상기 요리 기구는 가열 수단(도시되지 않음)과 관련된다. 이 실시예에서 상기 용량성 측정 요소는, 기판(8)에 고정된 갈고리 수단(26)에 의하여, 상기 큰 통(22)의 측벽의 상부 가장자리로부터 매달려 있고 또한 상기 벽에 평행하게 확장된다.
도 3에서는, 두 개의 곡선 C1 및 C2가 도시되어 있으며, 각각 새로운 기름 및 사용된 기름에 대하여 온도(T)의 함수로서 상기 디바이스(1)의 용량성 측정 요소의 커패시턴스(C)의 변화를 보여준다. "사용된 기름"은 몇 번의 요리 과정을 거친 기름을 의미한다. 곡선(C1)은 전극(3 및 4)이 새로운 기름에 잠길 때 상기 용량성 측정 요소의 커패시턴스 변화를 보여주고, 반면 곡선(C2)은 전극(3 및 4)이 사용된 기름에 잠길 때 상기 용량성 측정 요소의 커패시턴스 변화를 보여준다. 상기 두 개의 곡선은 온도(특히 주어진 온도에 대하여)의 함수로서 동일한 방식으로 변화하며, 새로운 기름에서 측정된 커패시턴스와 사용된 기름에서 측정된 커패시턴스 사이의 차이는 거의 일정하다. 결과적으로, 상기 용량성 요소(EFM)의 커패시턴스 측정은 넓은 온도 범위에서, 좋은 기름이 사용된 기름과 쉽게 식별되도록 한다.
도 4에서, 본 발명에 따른 측정 디바이스의 제 2 실시예가 주어지고, 여기서는 앞서 설명된 것과 동일한 요소들이 동일한 참조 숫자로 표시되어 있다. 이 디바이스는 또한 요리 기구(24)의 큰 통(22) 내에 포함된 식품용 기름(F)의 품질 및/또는 저하를 측정하는 용도에 대하여 설명될 것이다.
이 실시예에서, 센서(2)는 측정될 기름 내에 잠기는 용량성 측정 요소(EFM)에 추가로, 기준 기름(Fref) 내에 잠기는 기준 용량성 요소(EFR)를 포함하며, 이 EFT는 측정될 기름으로부터 분리된 둘러싸여 있는 공간 내에 배열된다. 상기 기준 기름은 측정될 새로운 기름과 동일한 특정을 갖는 기름이다. 기준 용량성 요소(EFR)의 구조는 필수 요건은 아니지만 상기 용량성 측정 요소(EFM)의 구조와 동일한 것이 선호된다. 따라서, 상기 기준 용량성 요소(EFR)는 기준 기름(Fref)과 결합하여 전극(4ref 및 6ref)으로 형성된다. 따라서, 상기 기준 용량성 요소(EFR)는 기준 기름의 유전체 상수를 나타내는 기준 신호를 제공할 수 있고, 이 기준 신호는 처리 수단(26)에 의한 용량성 측정 요소로부터 측정 출력 신호와 비교될 수 있다. 용량성 측정 요소 및 기준 용량성 요소의 처리 수단(26)으로의 연결이 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 이 예에서, 처리 수단(26)은 커패시턴스/전압 변환기(27)를 포함하고, 상기 커패시턴스/전압 변환기(27)는 세 개의 입력 및 마이크로컨트롤러(28)에 연결된 하나의 아날로그 전압 출력을 가지며, 상기 마이크로컨트롤러(28)는 디스플레이 수단(30)에 연결된다. 각각의 용량성 요소(EFM 및 EFR)의 제 1 전극(6, 4ref)은 상기 변환기의 제 1 공통 입력에 연결되고, 반면 각각의 용량성 요소(EFM 및 EFR)의 제 2 전극(4, 6ref)은 상기 커패시턴스/전압 변환기의 제 2 및 제 3 입력에 각각 연결된다. 예에서, Xemics 회사에서 판매되는 XE2004를 지니고 있는 상기 커패시턴스/전압 컨버터(27)가 사용될 수 있고, 상기 마이크로컨트롤러(28)는 상기 제 1 실시예와 결합하여 설명된 것과 동일한 형태이다.
도시된 실시예에서, 상기 기준 용량성 요소(EFR) 및 상기 측정 용량성 요소(EFM)는 요리 기구(24)의 큰 통(22) 내에 배열된다. 기준 용량성 요소(EFR)는 측정될 기름 내에 잠기는 둘러싸인 공간(32) 내에 배열되고, 이때 상기 둘러싸인 공간(32)은 내부에 포함된 기준 기름이 큰 통(24) 내에 포함된 측정될 기름과 혼합되지 않도록 방수 형태로 밀봉된다. 측정 용량성 요소(EFM)는 개방된(open-worked) 둘러싸인 공간(34) 내에 배열되고, 가령 그 벽은 격자로 형성됨으로써 측정될 기름 내에 잠긴다. 이렇게 벽을 이용하면 측정 용량성 요소(EFM)의 전극을 보호하는 필터를 형성하게 되고, 따라서 기름 내부에 매달려 있는 고체 입자들이 전극과 접촉하는 것을 막게 한다. 물론 또 다른 변형에서 이러한 벽들은 생략될 수 있다.
둘러싸인 공간(32) 및 개방된 둘러싸인 공간(34)은 각각 보호 메탈 프레임 또는 외부의 전기적 방해에 대한 차폐물을 형성하게 되고, 따라서 측정시 이러한 방해 효과가 감소되도록 한다.
편의상, 둘러싸인 공간(32 및 34)은 서로 고정되어서 상기 요리 기구(24)의 큰 통(22)에 고정되는 단일 구조체(36)를 형성하게 된다. 도 4에서, 상기 용량성 요소들은 상기 용량성 요소들의 기판과 상호작용하는 지지대를 절연시킴으로써 각각의 둘러싸인 공간 내부에 고정된다.
기준 기름을 포함하는 상기 둘러싸인 공간(32)은 충진(filling) 채널(38)을 포함하고, 상기 충진 채널의 오리피스(orifice)는 캡 또는 뚜껑(도시되지 않음)에 의하여 방수 형태로 밀봉될 수 있다. 도시되지 않은 변형에서, 상기 둘러싸인 공간(32)은 바닥 부분에 배열된 배출 수단을 추가로 포함할 수 있다.
상기 구조체(36)는 상기 큰 통의 내부 수직 벽(22a)에 가까이 배열되는 것이 선호되고, 측정이 이루어지는 동안 요리 식품에 충분한 공간을 제공함에 유의한다.
상기 구조체(36)는 측벽 중 하나에 갈고리 수단(40a, 40b)을 포함하고, 이 갈고리 수단(40a, 40b)은 벽(22a)에 고정되는 상보적 갈고리 수단(42a, 42b)과 상호작용한다. 도시된 실시예에서, 갈고리 수단(40) 및 상보적 갈고리 수단(42)은 각각 쌍으로 작용하는 두 개의 갈고리(40a, 40b, 42a 및 42b)를 포함한다. 구조체(36)는 상기 큰 통(22) 내부에 제거가능한 방식으로 매달릴 수 있다. 구조체(36)의 제거가능한 조립은 상기 둘러싸인 공간(32)의 충진 및 배출을 용이하게 하고 또한 용량성 요소(EFM 및 EFR)의 관리 동작을 용이하게 한다. 게다가, 상기 구조체(36)가 단순한 구조이고 특히 움직이는 기계 부품을 포함하지 않기 때문에 상기 구조체(36)는 매우 신뢰할 만하다.
이 실시예에서, 상기 두 개의 용량성 요소와 처리 수단(26)(상기 큰 통 외부에 있음) 사이의 전기적 연결은 갈고리(40a, 40b, 42a 및 42b)를 통해 이루어진다. 따라서, 갈고리(40a, 40b)는 상기 용량성 요소(EFM 및 EFR)에 각각 연결된 상보적 접촉 패드(44a, 44b)를 포함한다. 갈고리(42a 및 42b)는 상보적 접촉 패드(46a, 46b)를 포함하고, 상기 상보적 접촉 패드(46a, 46b)는 처리 수단(26)에 연결되고 그리고 상기 구조체(26)가 상기 큰 통 내부에 매달릴 때 접촉 패드(44a, 44b)와 접촉한다. 접촉 패드(44a, 44b)와 용량성 요소 사이의 전기적 연결은 상기 둘러싸인 공간(32)의 벽을 통해 방수 형태로 도선을 연결하여 의해 이루어진다. 유사하게, 패드(46a, 46b)와 처리 수단 사이의 전기적 연결은 상기 큰 통(22)의 벽을 통해 방수 형태로 도선을 연결하여 이루어진다. 물론 변형에서, 상기 용량성 요소와 처리 회로 사이에는 상기 큰 통(22) 내부의 매달림(suspension) 수단에 관계없이 다양한 연결이 이루어질 수 있다. 상기 매달림 수단은, 구조체(36)와 함께 요리 기구에 무관한 휴대용 측정 단위를 형성하면서 디스플레이 수단(30)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는, 분리된 케이스(case)에 직접 연결된다.
도 5는 본 발명에 따른 측정 디바이스의 제 2 실시예의 변형을 보여주고, 이때 상기 디바이스는 기준 기름을 갱신하는 시스템과 관련된다. 상기 갱신 시스템은 용기(48)를 포함하고, 상기 용기(48)는 새로운 기름을 포함하고 상기 큰 통(22) 외부에 배열된다. 용기(48)는 입구 파이프에 의하여 상기 둘러싸인 공간(32)의 입구 오리피스에 연결되고, 이때 상기 파이프에는 펌프(P) 및 솔레노이드 밸브(EV1)가 배치되어 있다. 상기 둘러싸인 공간(32)은 출구 오리피스를 통해 솔레이노이 밸브(EV2) 및 큰 통(22)으로의 개구부가 있는 파이프로 연결된다. 따라서, 사용된 기준 기름은 큰 통(22) 내부로 재주입되어 재사용될 수 있다.
상기 펌프(P) 및 두 개의 솔레노이드 밸브(EV1 및 EV2)는 온도 영향으로부터 보호를 위해 상기 큰 통(22) 외부에 배치되는 것이 선호된다.
또한 상기 펌프는 변형에서 생략될 수 있는데, 이때 용기(48)는 상기 솔레노이드 밸브가 열릴 때, 측정될 기름이 상기 기준 기름을 포함하는 상기 둘러싸인 공간 내부로 상승되지 않도록 충분히 높게 배치된다.
상기 갱신 시스템은 펌프 및 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 자동 프로그래밍 수단과 연계되는 것이 선호된다. 이 수단은 일반적으로 마이크로프로세서의 형태를 갖는다. 이러한 형태의 시스템은 상기 측정 디바이스의 사용을 용이하게 한다.
도 6은 도 5에 도시된 실시예의 변형을 보여주며, 이때 용기(48)는 파이프(52)에 의하여 상기 둘러싸인 공간(32)의 입구 오리피스에 직접 연결된다. 상기 둘러싸인 공간(32)은 상기 큰 통(22)의 한 벽을 통과하는 파이프로 출구 오리피스에 의하여 연결되고, 개구부를 통해 상기 큰 통(22) 외부에 배열된 복원 탱크(50)로 연결된다. 용기(48)는 방울(drip) 형태의 흐름 제어 디바이스(54a)에 의하여 파이프(52)에 연결된 방수 주머니로 형성되는 것이 선호되고, 상기 둘러싸인 공간(32)의 출구 오리피스는 또한 동일한 형태의 흐름 제어 디바이스(54b)와 연계된다. 물론, 상기 두 개의 흐름 제어 디바이스의 속도는 동일하며, 상기 둘러싸인 공간(32)의 부피가 매일 갱신되도록 조정되는 것이 선호된다. 이 실시예의 또 다른 장점으로는 기준 기름이 산소로부터 영구적으로 보호된다는 것이다.
이러한 변형은 움직이는 기계 부품을 포함하지 않음으로써 신뢰성을 향상시키고 관리를 용이하게 하는 장점을 갖는다.
제 2 실시예에 따른 측정 디바이스에서, 측정 용량성 요소가 놓여있는 측정될 기름과 동일한 온도에서 새로운 기름 내에 잠기는 상기 기준 용량성 요소는, 상기 두 개의 용량성 요소의 휘트스톤 브리지에 의하여, 상기 기름의 저하에 의하여 야기된 상기 요소들의 유전체 상수의 변화가 온도 변동에 의해 발생된 변형들과 식별되도록 한다. 이러한 형태의 브리지 배열은 가령, J.Phys.E : Scientific Instruments 19: 897 906(1986)에서 출판된 Willem Chr. Heerens의 논문 "Application of capacitance techniques in sensor design"에 설명되어 있으며, 이는 본원에서 참조로 인용된다.
청구항에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 본원에서 설명되는 실시예에 다양한 변형 및/또는 개선이 이루어질 수 있음은 당업자에게 분명하다. 특히, 측정될 유체를 포함하는 큰 통 내부에 상기 용량성 요소들을 어느 방향으로도 배열할 수 있음을 검토할 수 있다.
또한 도 7에 도시된 구조에 따라서 단일 구조체(36)를 제작을 검토할 수 있고, 이때 상기 둘러싸인 공간(32 및 34)은 보다 간결한 방식으로 배열되며, 상기 둘러싸인 공간의 벽은 상기 용량성 요소(EFM 및 EFR)를 보여주도록 생략되어 있다.
또한, 제 2 실시예에서, 연결의 수를 제한하기 위하여 상기 두 용량성 요소들에 공통되는 전극을 갖는 것을 검토할 수 있다.
또한 앞서 설명된 본 발명에 따른 측정 디바이스는 식품용 기름을 측정하는 용도에만 제한되지 않고, 어떤 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 데에도 사용될 수 있으며, 유전체 상수의 변화는 유체의 품질 및/또는 저하를 나타낸다.

Claims (12)

  1. 유체, 특히 기름의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스에 있어서, 상기 디바이스는
    - 서로 이격된 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는 센서로서, 이때 상기 센서는 측정될 유체 내에 잠기고, 상기 전극들 및 유체는 커패시턴스가 상기 유체의 유전체 상수의 함수로서 변화하는 측정 용량성 요소를 형성하며, 상기 센서는 상기 유전체 상수를 나타내는 전기적 출력 신호를 제공할 수 있는 상기 센서, 및
    - 상기 출력 신호를 수신하고 그리고 상기 출력 신호를 바탕으로 상기 유체의 품질 및/또는 저하의 정도를 결정할 수 있는 처리 수단
    을 포함하며, 이때 전극들은 동일한 평면에서 확장하고, 상기 전극들의 양면은 상기 평면 중 어느 한 면에서 상기 유체 내에 잠기는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 기준 용량성 요소를 추가로 포함하고, 상기 기준 용량성 요소는 서로 이격된 적어도 한 쌍의 기준 전극을 포함하며, 기준 유체에 잠길 때, 상기 전극 및 상기 기준 유체는 기준 용량성 요소를 형성하고, 상기 기준 용량성 요소의 커패시턴스는 기준 유체의 유전체 상수의 함수로서 변화하며, 상기 기준 용량성 요소는 상기 기준 유전체 상수를 나타내는 기준 신호를 상기 처리 수단으로 제공할 수 있고, 그리고 상기 처리 수단은 상기 출력 신호를 상기 기준 신호와 비교하는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 용량성 요소의 전극은 동일한 평면에서 확장하고, 상기 전극의 양면은 상기 평면 중 어느 한 면에서 상기 유체 내부에 잠기는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 기준 유체는 측정될 상기 유체로부터 격리된 둘러싸인 공간 내에 배열되고 그리고 상기 측정될 유체와 열적으로 접촉함으로써, 상기 기준 유체는 측정될 상기 유체와 동일한 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기준 유체를 담고 있는 상기 둘러싸인 공간은 상기 기준 유체를 갱신하는 시스템과 연계되는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 갱신 시스템은 상기 둘러싸인 공간과 전도되는 기준 액체 탱크를 포함하고, 상기 갱신 시스템은 상기 둘러싸인 공간 내에 담긴 상기 기준 액체의 규칙적인 갱신을 허용하도록 흐름 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극들은 평판에 의해 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 전극은 다수의 평행 톱니를 갖는 빗 모양을 가지고, 상기 전극들 중 하나의 톱니는 다른 전극의 톱니와 인터디지트되는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용량성 요소들은 전자기 방해에 대한 차폐물을 형성하는 메탈 프레임에 의하여 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용량성 요소들의 전극들은 식품 등급의 강철로 만들어지는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용량성 요소들의 전극들은 전기적 절연 지지 구조체의 의하여 운반되고, 이때 상기 전기적 절연 지지 구조체는 상기 전극들의 측정 영역과 마주보고 있는 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 유체의 품질 및/또는 저하를 측정하는 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 측정 디바이스를 추가로 포함하는 요리 기구에 있어서, 상기 요리 기구는 요리 유체 및 가열 수단을 포함하는 큰 통을 포함하고, 상기 측정 용량성 요소는 상기 요리 유체 내부에 잠기도록 상기 큰 통 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는 요리 기구.
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