DE2456663C3 - Vorrichtung zum Messen und Auswerten von Temperaturverläufen - Google Patents

Description

F =

1,8 T/"C-218

_——. (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).

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:

L =Σ 10

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(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 Sterilisationswerte

_At

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.

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

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. , <_;

Ausgestaltungen der Erfindung sind der Unteransprüchen zu unternehmen.

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

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 einer

Taktfrequenz—^getaktet, so daß der Faktor At vor das

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.

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 Zehnerpotenzen

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berechnet und als Wertevorrat digital in den Festwertspeicher eingespeichert. Dazu wird jeweils ein bestimmter z-Wert eingesetzt. In vorgegebenen Zeitabständen

At, d.h. mit einer festen Taktfrequenz—7-wird durch

digitale Kerntemperatur-Meßwerte Γ die zugeordnete Zehnerpotenz

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abgerufen und in einem Zähler summiert. Dieser Abruf der gespeicherten zugehörigen Zehnerpotenzen kann als Wichtung des Kerntemperatur-Meßwertes bezeichnet werden.

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.

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.

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 Zehnerpotenzen

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für verschiedene z-Werte berechnet werden. Die Wahl des z-Wertes kann dann dadurch geschehen, daß der

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.

Anhand der in den Zeichnungen (F i g. 1 und 2) dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

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 I_n 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.

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-Wert

ίο zuordnet, der binär codiert an den Setzeingängen eines binären setzbaren Rückwärtszählers 7 liegt.

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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen und Auswerten von Temperaturverläufen bei Erhitzungs- und/oder Kühlprozessen von Gütern, insbesondere zur Ermittlung des Sterilisationswertes von Konserven, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst charakteristische Prozeßtemperaturwerte in regelmäßigen Zeitabständen digital gewonnen werden, daß die für einen Prozeßablauf digital gewonnenen Meßwerte zunächst in einem Meßwertspeicher (4) gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt von dem Meßwertspeicher ausgelesen und einem Code-Wandler (Festwertspeicher 6) zugeführt werden, der den Meßwerten Wichtungswerte (AL) zuordnet, die der Einwirkung auf das Prozeßgut bei der jeweiligen Prozeßtemperatur in dem Zeitabstand entsprechen, und die in einem Summierglied (Zähler 7, 9) aufsummiert werden, und daß der Summenwert (L) ausgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßwertspeicher (4) gespeicherten Meßwerte zusätzlich einer Ziffernanzeige und/oder einem Digital-Analog-Wandler mit angeschlossenem Analog-Registriergerät zugeführt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler ein Rechner, insbesondere ein Inkrememrechner ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler ein digitaler Festwertspeicher (6) ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Summierglied einen einsetzbaren Rückwärtszähler (7) umfaßt, dem sukzessive die Wichtungswerte (AL) zugführt werden und dem gemeinsam mit einem Summierzähler ('?) Zählimpulse bis zur Erreichung des Zählerstandes Null zugeführt werden.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summenwerte über eine Ziffernanzeige und/oder einen Digital-Analog-Umsetzer mit angeschlossenem Analog-Registriergerät angegeben werden.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsteil der Meßvorrichtung bestehend aus dem Analog-Digital-Umsetzer (2, 3), dem an diesem angeschlossenen Meßwertspeicher (4), sowie den für den Betrieb erforderlichen Hilfsschaltungen und der zugehörigen Stromversorgung, getrennt vom übrigen Teil der Meßvorrichtung, in einem wärmeisolierenden und/oder feuchtigkeitsdichten Gefäß eingebaut ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler (6) unterschiedliche durch Umschalten oder das Einsetzen von Steckkarten einstellbare Zuordnungen zur Bildung der Wichtungswerte (AL) aufweist.

Es ist in der Lebensmittelkonservierungstechnik üblich die Sterilisationswirkung einer Hitzeeinwirkung auf das zu konservierende Füllgut durch den sogenannten Sterilisationswert zu kennzeichnen. Um eine gewünschte Minderung der Zahl der Mikroorganismen zu gewährleisten, muß ein Sterilisations-Sollwert F erreicht werden. Dieser ist von der Temperatur, der Temperatureinwirkungsdauer und dem pH-Wert des Füllgutes abhängig. Es gilt: