[發明專利]用于測量和控制過程參數的方法及系統

無效

• 申請號: 201110180211.4
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN102331277A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 埃迪茲·巴特馬茲;拉希德·穆罕默德;哈立德·阿卜杜勒拉希姆;穆罕默德·卡爾卡什
• 申請（專利權）人: 金寶湯公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 羅正云;王琦

技術領域

本發明總體涉及適合于利用可由射頻信號識別的專用集成電路測量過程系統(主要為處理食品的系統)的過程參數的系統和方法。

背景技術

大多數商業化生產的包裝食物(包括飲料)經歷了熱處理，從而保證該特定食物的消費安全。該熱處理的強度隨食物的物理特性和化學成分、包裝的類型以及所期望的保存期限而變化。熱處理可以在將產品裝入包裝中之前或者之后實現。例如，與在包裝中進行熱處理的產品相比，產品在裝入包裝中之前進行熱處理的弱酸性食物可能采用非常不同的過程系統。

為了保證熱處理后的食品的消費安全，制造商需要知道向產品施加多少熱。該熱處理可以視為溫度和時間的函數。產品溫度被加熱至某一度數，并且至少保持在該溫度下歷時規定的時間量，從而與“致死”值相對應，該“致死”值通常用在食物工業中標準化和量化熱處理的強度。對于純液體食物，例如飲料和湯汁，可以通過在過程系統中規定位置處的溫度探針容易地測量產品溫度。然而，使用傳統溫度探針不是優選的，并且若期望在諸如湯的顆粒食物(例如，具有天然的組成微粒的液體食物)內測量溫度，則實際上幾乎不可能。在這些情況下，僅僅可以通過使用傳統的溫度探針來監測顆粒食物的液體組分的溫度。在期望對食物中的不同天然組成微粒進行溫度測量時，就出現了明顯的難題。

在任何殺菌過程中，目的是確保產品整體的商業無菌性。當產品由同種液體組分組成時，可以通過使用傳統的溫度探針來方便測量。相反地，當產品由懸浮在液體組分中(例如在配菜湯中)的若干不同的微粒組成時，可能非常難以基于在傳統的連續流動殺菌系統中容易獲取的過程數據來預測產品整體的無菌性。困難來源于以下事實：產品中的不同微粒類型可能與液體流不同地加熱，從而失去了作為微粒溫度指示器的液體組分的溫度探針測量的實用性和準確性。過程系統中的微粒停留時間分布增加了確保所有成分的商業無菌性的復雜性。

產品在壺或帶式混合機中的批混合，例如針對包含大顆粒的湯產品，會因為若干原因導致微粒分布問題，這些原因包括不足的混合時間、不合適的攪拌器設計、不合適的攪拌器速度或方向、壺尺寸和形狀、配菜級別和尺寸、總液體量、微粒密度以及液體粘度。因此，可能難以測量感興趣的多種過程條件，例如微粒在混合容器中的方向、方位、速度或溫度。事實上，利用例如溫度探針的傳統技術進行直接微粒溫度測量(如果可能的話)可能會因為微粒在這種單元的操作期間的運動而受到重大挑戰。因此，期望進一步優化這些批過程條件。

一般而言，單微粒在該微粒的整個體積中的溫度可能并非是均勻的。例如，因為顆粒的外表面與液體組分直接接觸，因而微粒的外表面可能比顆粒的核心加熱得更快。盡管這對于熱水或蒸汽用作加熱介質的一些傳統操作來說是事實，但對于利用其它手段(例如，紅外線、微波、直接太陽能加熱、輻射加熱、感應加熱或電阻加熱)加熱食物的熱操作，事實并非如此。除了在單微粒的體積內的溫度變化之外，隨著整個食物體積被泵浦通過過程系統，不同類型的微粒將以不同的速度在液體組分中流動。較快流過系統的微粒經受熱處理的時間將較少。

無菌熱處理一般涉及利用合適的換熱器對食材連續殺菌。使用的換熱器類型由食材的性質規定，例如粘度、微粒尺寸和同質性。一些食材，例如果汁、牛奶和湯汁，是同質產品并且可以在板式換熱器中處理。其它食品，例如具有固體微粒的湯，可以在能夠操作微粒的諸如管狀換熱器之類的換熱器中處理。為了能夠量化無菌操作的熱處理，人們需要能夠通過評估微粒的已知特性(例如，尺寸、導熱性或密度)來識別在其核心處的最慢變熱的微粒。一旦識別到最慢變熱的微粒，在與所使用的加熱系統相關聯的保溫管的入口和出口處就會知道該微粒(在其最冷的點)的溫度，從而確保由多種決定因素(例如烹飪值、致死率等)所測量的適當的熱處理。當前，現有技術缺少一種能夠在連續流熱處理期間至少接近實時地監測諸如微粒的直接溫度之類的過程條件的系統。

食物科學家和工程師已利用各種技術進行試驗來使食物制造過程量化和有效。這些傳統的嘗試一般可以被分成兩類，即不同微粒成分的停留時間分布和在系統的重要位置處的微粒成分的溫度數據。

例如授予Grabowski等人的美國專利No.5,261,282公開了使用植入式射頻發射機應答器(采用RFID芯片的形式)識別通過連續過程系統的模擬微粒的停留時間。授予Arndt等人的美國專利No.5,741,979公開了使用在微粒中的偶極天線標記植入和微波變送器檢測器以測量微粒停留時間。然而，諸如此類的系統不能提供關于感興趣的微粒的溫度的信息，并且也不能提供涉及系統的最慢變熱和最快移動微粒的相關溫度過程信息。