用于确定食物的芯部温度的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及食物分析，并且更特别地设及用于确定食物的巧部温度的装置和方 法。
【背景技术】
[0002] 烹任煮熟程度或就绪程度（readiness)是指正被烹任的食物的在达到营养保存 和味道增强的良好平衡时的状态。烹任不足和烹任过度两者在该两个方面W及食物安全上 都给出负面结果。烹任不足的食物可能由于温度上升和/或其维持时间不足W杀死尤其是 食物的内部中的有害细菌或寄生虫而引起其消费者身上的食物传播的疾病。另一方面，烹 任过度例如归因于水分的过度损失而影响食物的味道和口感，并且很可能破坏某些营养物 质的结构，该导致它们的健康益处减小。
[0003] 解决该问题的关键是监测烹任期间食物的巧部/内部温度。为了检测被烹任的食 物的巧部温度，人们已经使用了被插入到食物内W提供针尖所处位置的温度测量的针状温 度计。然而，该方法是破坏性的并且麻烦，仍然牵设到显著量的手动工作。
[0004] 其他主要的热感测方法包括电磁福射测定法（在微波下或红外线范围内）、磁共 振测温法和超声波测温法。该些方法是非破坏性的并且一些可W感测到物体内几厘米深的 温度。然而，它们或者要求复杂的设定因此成本高，或者经受各种干扰因素影响因此使得测 量不可靠。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述问题，获得确定食物的巧部温度的更加符合期望的装置和方法将是有利 的。获得确定食物的巧部温度的低成本、易于实施且充足精度的装置和方法也将是有利的， 该适合于消费产品应用。
[0006] 热被W诸如传导、对流和福射等的各种方式传递。W烤箱中的加热处理作为示例。 首先，接通加热源，其通过福射和传导两者使在其周围的空气变热。同时，如今通常用锋板 制成的烤箱的内壁由于来自加热源的福射W及凭借对流由空气传递的热也得W加热。接着 通过来自加热源和温暖的锋板两者的福射W及凭借对流由空气传递的热来实现食物的加 热。
[0007] 热从较高温度的系统自发地流至较低温度的系统。当食物物体被放置到预加热的 烤箱内时，热稳定状态在控制机构下在短的过度期之后被重新设置。在该热稳定状态下，食 物的周围的温度被保持恒定，因为由加热源创造的热等于流入到食物内并且消散到各处的 热，该可W表达如下。
[000引 Qc=Qh+Qi (1)
[0009] 其中，Qe、Qh和Q1分别代表由热源产生的总热、流入食物物体内的热和热损失（例 如，从烤箱漏出）。
[0010] 在加热期间的热稳定状态下，烤箱温度（即，烤箱的内部温度）L直至非常接近食 物表面附近为止都停留在恒定温度，从食物表面开始朝向食物的中屯、存在着负温度梯度。 甚至非常靠近食物表面地测量烤箱的内部环境温度，也给出恒定的读出，因此不能反映出 食物的内部温度/内部温度变化。
[0011] 然而，只要加热功率下降，所产生的热就不足W补偿消散的热，并且其结果是烤箱 温度开始倾斜向下。倾斜向下率取决于整个内部烤箱环境在加热功率下降开始时具有的总 热能，其中总热能包括残留在食物中的热，并因此依赖于食物的体积温度。烤箱温度T。随 时间变化如下
[0012]
(2)
[0013] 其中t。是加热功率减小时的时刻，r〇,,，.v)代表t。时食物的温度空间分布，并且Q'。 是功率降低之后产生的热（因此Q'。<Q。）。当食物物体在很大程度上是规则的几何形状、 例如近似球形、柱形、立方形或楠圆形时W及在其热性质方面时均匀或良好的结构（例如 成层的）时，方程式（2)可W减小至
[0014]
( 3 )
[0015] 其中r(v?0)是t。时食物的在其几何形状中屯、处的温度（即，巧部温度），该意味 着烤箱温度可W与食物的巧部温度明确地相关联。在tu+5t时刻，5t是充分短的时期（例 如，几秒或几十秒），函数g0可W被线性化为
[0016]
(4)
[0017] 其中&皆托，?^)给出作为r(f。，?。）的函数的温度下降率。h的解析形式主要由Q'c 确定，因此设及t>t。时的加热功率，W及食物的诸如热性质和几何形状等的参数。给出 食物的尺寸和类型，可W实验性地确定h。
[0018] 如可W从上面的讨论推论出的，当加热功率被减小时，烤箱的内部温度下降。烤箱 的内部温度的下降率与食物的巧部温度紧密地相关联，即，食物的巧部温度越高，烤箱的内 部温度的下降率越低。因此，烤箱的内部温度的下降率可W用于推断出食物的巧部温度。
[0019] 基于上面的考虑，在一个方面，本发明的一个实施例提供了一种确定闭合的容器 中的食物的巧部温度的方法，方法包括W下步骤：调节被供给至容器的加热功率W允许容 器的内部温度在预定持续时间内改变；获取与容器的内部温度的改变有关的信息；和基于 与内部温度的改变有关的信息W及与容器的内部温度的改变有关的信息和食物的巧部温 度之间的预定关系，确定出食物的巧部温度。
[0020] 因为与容器的内部温度的改变有关的信息和食物的巧部温度之间的关系是例如 通过实验预先获取的，W及因为与内部温度的改变有关的信息可W在烹任期间容易取得而 不会破坏食物，所W与传统方法相比，本发明的方法使得确定食物的巧部温度更加有效并 且是期望的方式。
[0021] 在示例中，与内部温度的改变有关的信息包括内部温度的改变比率，并且获取的 步骤包括：在预定持续时间期间在容器中距离食物的预定距离处测量出容器的多个内部温 度值；和基于多个内部温度值计算出容器的内部温度的改变比率。
[0022] 在另一示例中，与内部温度的改变有关的信息包括内部温度的改变的极值，并且 获取的步骤包括：在预定持续时间期间在容器中距离食物的预定距离处测量出容器的内部 温度的改变的极值。
[0023] 在示例中，调节的步骤包括；减小被供给至容器的加热功率W允许容器的内部温 度在预定持续时间内减小。在该方面，容器的内部温度的改变比率是容器的内部温度的下 降率；容器的内部温度的改变的极值是容器的内部温度的减小的极值。
[0024] 在另一示例中，调节的步骤包括；增加被供给至容器的加热功率W允许容器的内 部温度在预定持续时间内增加。在该情况中，容器的内部温度的改变比率是容器的内部温 度的增加率；容器的内部温度的改变的极值是容器的内部温度的增加的极值。
[00巧]在另一方面中，本发明的一个实施例提供一种食物处理设备，包括；闭合的容器， 被配置成接收食物；与容器联接的加热器，被配置成加热容器中的食物；在距离食物的预 定距离处布置在容器中的传感器，被配置成测量容器的内部温度值；与加热器和传感器联 接的控制器，被配置成执行W下一组操作；控制加热器的加热功率W允许容器的内部温度 在预定持续时间内改变；基于在预定持续时间期间由传感器测量出的至少一个内部温度 值，来获取与容器的内部温度的改变有关的信息；和基于与内部温度的改变有关的信息W 及与容器的内部温度的改变有关的信息和食物的巧部温度之间的预定关系，确定出食物的 巧部温度。
[0026] 有利地，与内部温度的改变有关的信息包括内部温度的改变比率，并且传感器被 配置成在预定持续时间周期测量出容器的多个内部温度值