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WO2025119828A1 - Bestimmen einer temperatur während einer mikrowellenbehandlung - Google Patents

Bestimmen einer temperatur während einer mikrowellenbehandlung Download PDF

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Publication number
WO2025119828A1
WO2025119828A1 PCT/EP2024/084284 EP2024084284W WO2025119828A1 WO 2025119828 A1 WO2025119828 A1 WO 2025119828A1 EP 2024084284 W EP2024084284 W EP 2024084284W WO 2025119828 A1 WO2025119828 A1 WO 2025119828A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
measured
liquid material
cooking chamber
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/084284
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Sterz
Christian Böttcher
Markus Kuchler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of WO2025119828A1 publication Critical patent/WO2025119828A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
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    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/687—Circuits for monitoring or control for cooking

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the temperature of a product during microwave treatment in a cooking chamber of a household microwave oven.
  • the invention also relates to a household microwave oven configured to carry out the method.
  • the invention is particularly advantageously applicable to ovens with a microwave function.
  • EP 0 781 072 A1 describes a microwave oven comprising a number of IR sensor elements for obtaining temperature information from discrete detection areas within the oven's cooking zone and generating a two-dimensional temperature image of the cooking zone. Based on this temperature image, necessary loading parameters for controlling automatic heating processes in the oven can be calculated.
  • EP 1 921 384 A1 discloses a device for determining the temperature inside a food item.
  • the device has at least one temperature sensor for detecting at least one surface temperature of the food item and/or an ambient temperature of the food item, in particular at a measuring location within a cooking chamber surrounding the food item, preferably with an ambient temperature sensor arranged at the measuring location.
  • the device further comprises at least one distance sensor for detecting one or a plurality of distances between the distance sensor, on the one hand, and one or a plurality of distance measuring points on the surface of the food item, on the other hand.
  • the device also comprises at least one time measuring device for detecting the time during preparation of the food item and at least one calculation device for calculating the temperature inside the food item from the surface temperature of the food item and/or ambient temperature, the distance or the plurality of distances, the time, and an initial temperature of the food item.
  • a method for determining the temperature inside a food item is also disclosed. It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and in particular to provide an improved possibility of preparing liquid goods by microwave treatment.
  • the problem is solved by a method for determining the temperature of a liquid product during microwave treatment in a cooking chamber of a household microwave oven, in which a mixing temperature of the liquid product is calculated from at least one measured value of the liquid product, a container containing the liquid product, and/or at least one measured value of the cooking chamber.
  • the temperature of the liquid product to be determined is therefore the mixing temperature.
  • the method advantageously allows users to use a highly accurate device function for heating liquid materials to a target mixing temperature. This avoids the situation where a specific surface temperature is measured, but the user receives a noticeably lower mixing temperature after stirring the material. The user would then have to microwave the material again to achieve the desired mixing temperature, which can be avoided by the present method, thus significantly simplifying the process.
  • the method utilizes the knowledge that microwave treatment often results in temperature stratification in liquid material, with the uppermost layer (usually thinner than 1 mm), whose temperature can often be measured by a non-contact temperature sensor, being noticeably warmer than deeper layers (e.g., between a few °C and a few tens of °C). This can be caused, for example, by the effective absorption of microwaves in the uppermost layer and also by the rising of warmer liquid.
  • the method pursues the advantageous inventive goal of estimating the mixing temperature by calculation from measured values recorded during microwave treatment.
  • this method is advantageously easy to implement. For example, if the household microwave oven already has an IR camera, it can be implemented as a purely software solution in a further development.
  • Liquid goods can be understood as fluid goods such as water, water-based beverages (coffee, tea, milk, cocoa, etc.) or soup, etc. and/or viscous goods such as baby food, etc. Especially with baby food, it is a well-known phenomenon that its upper layer can become very hot during microwave treatment, while the lower layers remain cold.
  • the mixing temperature is understood in particular to be a temperature of the liquid material which results from mixing or stirring and thus homogenisation of the temperatures in the liquid material.
  • the household microwave appliance can be a pure microwave appliance or a combination appliance, for example, a microwave appliance with an additional oven function, e.g., by providing at least one resistance heating element, or an oven with an additional microwave function.
  • the household microwave appliance can also additionally have a steam cooking function.
  • Calculating the mixing temperature of the liquid material particularly includes calculating the mixing temperature from the at least one measured value, in particular using a formula with the at least one measured value as the input variable. In particular, it does not mean using the at least one measured value as such as the mixing temperature.
  • the at least one measured value can be a directly measured value (e.g. a surface temperature) and/or a measured value derived from at least one directly measured value (e.g. an averaged value, a quantile value, a temperature difference, etc.).
  • a directly measured value e.g. a surface temperature
  • a measured value derived from at least one directly measured value e.g. an averaged value, a quantile value, a temperature difference, etc.
  • the at least one measured value comprises at least one measured value of the liquid material or a measured value sensed on the liquid material. In one embodiment, the at least one measured value comprises at least one measured value of the container in which the liquid material is located, e.g., a glass, a beaker, etc. In one embodiment, the at least one such measured value comprises at least one of the measured values from the group consisting of surface temperature, ultrasonic properties, and/or surface area and/or volume. This is because it has been shown that these measured values enable a particularly reliable estimation or calculation of the mixing temperature.
  • the temperature(s) can be recorded by a contactless cooking chamber temperature sensor.
  • the contactless cooking chamber temperature sensor is a pixel-based IR camera directed into the cooking chamber, in particular also installed in the area of the cooking chamber. Such IR cameras are used in particular for recording surface temperatures.
  • the household microwave oven can have one or more IR cameras.
  • at least one IR camera is arranged in the area of a ceiling of the cooking chamber, which is particularly advantageous for measuring the upper surface temperature of the product.
  • the ultrasonic property can, for example, be the density and/or fill level of the liquid.
  • the household microwave oven can be equipped with an ultrasonic sensor to measure these properties.
  • the at least one measured value of the cooking chamber comprises at least one measured value from the group of cooking chamber temperature, air humidity, and/or oxygen content.
  • the cooking chamber temperature can be measured using a cooking chamber temperature sensor, and the air humidity and/or oxygen content can be measured using a lambda sensor, for example.
  • At least one measured value represents a microwave power reflected back from the cooking chamber.
  • the household appliance can be equipped with a corresponding RF sensor that operates based on the scattering parameters.
  • this can take advantage of the fact that the dielectric constant changes noticeably with the mixing temperature.
  • the measured value is determined using at least one non-contact sensor.
  • a wired or wireless core temperature probe also known as a meat thermometer or "meat probe” can be immersed in the liquid product. This is particularly advantageous if the core temperature probe has several temperature sensors distributed along its length, as the mixed temperature can then be relatively easily derived as a—possibly weighted—average value.
  • the mixing temperature of the liquid material is estimated by determining at least one surface temperature (e.g., the current surface temperature Takt) of the liquid material and correcting this at least one surface temperature using a correction function Tk Orr , wherein the correction function Tkorr is a function of at least one other of the measured values.
  • the at least one surface temperature can be, for example, a temperature averaged from a measured temperature distribution, a quantile temperature of the temperature distribution, etc.
  • the at least one other of the measured values can be at least one measured value recorded by a sensor other than the sensor measuring the at least one surface temperature (in particular an IR camera).
  • the at least one other of the measured values can additionally or alternatively be at least one measured value derived from the at least one surface temperature, which in particular does not itself correspond to a temperature, for example a size value of a surface of the liquid material determined from a heat distribution.
  • correction function Tcorr is a function of at least one other of the measured values can mean that the determined or measured at least one surface temperature itself is not an influencing variable or variable of the correction function Tcorr.
  • the mixing temperature T m ix is determined by subtracting the correction function Tkorr from the measured surface temperature T a kt according to
  • T mix — clock " T corr is subtracted, which is advantageously particularly easy to implement.
  • the correction function has as input variables at least the measured variables - Initial temperature T start of the liquid material before or at the start of the microwave treatment,
  • Tkorr f (Tstart, ATinit, Takt, P, ).
  • This design has the advantage that the mixing temperature can be estimated with high accuracy and independently of the liquid container used, purely from the measured values of the surface temperature of the liquid material.
  • the temperature increase ATinit measured during the initial period characterizes how quickly the material initially heats up.
  • the quantity value p can be determined, for example, by evaluating a temperature distribution, object detection in an image, laser scanning, input by a user, etc.
  • the size value p is a measure of the size of the vessel to be heated and/or the material contained therein. This value can be specified in any volume and/or area units (e.g., square centimeters or pixel counts).
  • the size value p can be measured, for example, using an optical camera (e.g., with object recognition), a laser scanner, etc., can be determined as the number of pixels of a camera operating in the visible range and/or an IR camera, can be determined as the area assigned to these pixels, etc.
  • the initial time period is the duration of an initial scan.
  • the initial scan corresponds to an initial phase of the microwave treatment or microwave treatment process, during which the measurement values required to carry out the subsequent process are recorded.
  • the initial scan can be used to determine irradiation parameters that produce a particularly effective mode pattern for heating.
  • the initial scan can also be used to record the measurement values required to establish the correction function.
  • Particularly advantageous durations for the initial scan are typically between 15 and 30 seconds.
  • the temperature increase ATinit during the initial scan is then ATjnit - Tend init " Tstart, where Tend init is the temperature at the end of the initial scan and the assumption that the microwave treatment begins with the initial scan.
  • One embodiment allows the input variables of the correction function to be measured using an IR camera with pixel-like resolution. This advantageously eliminates the need for additional sensors to determine the correction function, and enables contactless measurement.
  • the variables Tstart, ATjnit, Takt, and p can be measured using a single IR camera. This camera is advantageously positioned near the ceiling of the cooking chamber and can thus also view directly into the vessels from above.
  • At least one of the temperatures is determined based on or as a quantile temperature, in particular a percentile temperature, of a temperature distribution comprising several pixels. This advantageously achieves a particularly reliable measurement.
  • the temperature increase ATinit resulting, for example, from the temperature increase of a p80 percentile temperature corresponds to the temperature increase at which 20% of the IR camera pixels measuring the liquid material are above the p80 percentile temperature and 80% are below it. This advantageously allows the effect of temperature outliers to be dampened.
  • correction function according to with a, r, n, m, c, and T max specified correction parameters. This has proven to be particularly accurate, reliable, and robust. However, this variant for Tk Orr is only one possible formulation for mathematically approximating the relationship between mixing and surface temperature.
  • the correction parameters can, for example, be precalculated and stored in the microwave oven. The above configuration is illustrated below using an example calculation, which considers a test heating process of 280 ml of water in a "large coffee cup.” The cup is filled with 280 ml of tap water, placed in the microwave, and the process is started after a target mixing temperature T z iei has been defined.
  • the second term takes into account effects of thermal stratification and convection depending on the temperature rise T ak t- T st art that has already occurred and the starting temperature T st art and corrects the first term.
  • This third term partially compensates for the effect of heat conduction, which depends on the current temperature, T a kt . If the temperature gradient is higher, more heat is evenly distributed throughout the vessel by heat conduction. The third term therefore decreases in magnitude the higher T a kt becomes.
  • One advantage of the method is that, with a sufficient number of measured values, i.e., a known cycle time and T m ix, meas, a universal set of parameters a, c, n, m, r, T ma x can be found.
  • the above calculation can be carried out for a sufficient number of heating processes and then, using conventional optimization algorithms (e.g., the so-called "least square" fit), a set of parameters a, c, n, m, r, T ma x can be found for which the deviations between the calculated estimated mixing temperature Tmix and the actual mixing temperature T m ix,meas:
  • conventional optimization algorithms e.g., the so-called "least square” fit
  • This parameter set may depend on the equipment of the cooking appliance used (e.g. compact or full-size appliance, pull-out or hanging rack, position of the microwave feed, etc.) and can be generated by the manufacturer for each equipment and stored, for example, in a data memory of the respective microwave appliance.
  • equipment of the cooking appliance used e.g. compact or full-size appliance, pull-out or hanging rack, position of the microwave feed, etc.
  • the correction parameters are selected depending on the type of liquid food being cooked. This utilizes the knowledge that the behavior on the liquid surface can change, particularly depending on the salt content of the liquid food. Consequently, it can be useful to provide a separate correction parameter for particularly salty liquids such as soups or sauces. However, the provision of separate correction parameters is not limited to differences in salt content.
  • a type of liquid food is fed into the microwave oven, selected on the microwave oven and/or automatically recognized by the microwave oven, and suitable correction parameters are selected accordingly to carry out the method.
  • One embodiment allows the correction parameters to be selected depending on the resulting field distribution ("mode pattern") of the microwave radiation in the cooking chamber.
  • the mode pattern can be known, for example, for certain liquid products or can be determined as a result of the initial scan.
  • the microwave treatment is terminated when the calculated mixing temperature T m ix reaches or exceeds a predetermined target value T z iei. If a user desires a specific target value T z iei, T mix only needs to be calculated continuously or quasi-continuously during the microwave treatment process until T m ix reaches or exceeds the target value T z iei, whereupon the process can be terminated.
  • the liquid product is placed in a container in the cooking chamber
  • T Zjei a target temperature specified for the mixing temperature of the liquid material
  • an initial scan is carried out at the beginning of the microwave treatment, from which at least ATinit and p are determined,
  • the correction function T kor r is calculated at least using the measured input variables ATinit and p,
  • the microwave treatment is continued after the initial scan, whereby the current mixing temperature Tmix is determined quasi-continuously by measuring a current surface temperature Takt of the material less the correction function Tkorr (and thus using the associated correction parameters) and
  • the fact that the current mixing temperature T m ix is determined "quasi-continuously" includes in particular that it is redetermined or calculated at sufficiently short intervals - e.g. of one second.
  • the correction function Tkorr is additionally determined or calculated using the initial temperature T s start , the current surface temperature Takt and/or at least one correction parameter, in particular the set of correction parameters described in more detail above.
  • the object is also achieved by a household microwave appliance configured to perform the method as described above.
  • the household microwave appliance can be designed analogously to the method, and vice versa, and has the same advantages.
  • the household microwave appliance can have a microwave generating device (e.g. a magnetron or a semiconductor-based microwave generator), an IR cooking chamber camera, etc.
  • a microwave generating device e.g. a magnetron or a semiconductor-based microwave generator
  • an IR cooking chamber camera etc.
  • the household microwave appliance can also be equipped with a data processing device or be connected to it (e.g., via the Internet) via a data processing system that can execute the data processing steps necessary to carry out the method, in particular calculation steps.
  • a data processing device e.g., via the Internet
  • the household microwave appliance, in particular the data processing device can have the data memory described above, in which the correction parameters are stored.
  • Fig.1 shows a sectional side view of a sketch of a vessel filled with liquid material
  • Fig.2 shows a sectional side view of a sketch of a microwave oven loaded with the liquid material
  • Fig.3 shows a masking of an image from an IR camera to a pixel belonging to liquid material
  • Fig.4 shows a possible sequence of a microwave treatment process
  • Fig.5 shows a plot of a measured surface temperature without stirring of the liquid material against a measured mixing temperature
  • Fig.6 shows a plot of a calculated mixing temperature against a measured mixing temperature for the samples used in Fig.5.
  • Fig. 1 shows a vessel in the form of, for example, a glass G, which is filled with a liquid material, for example in the form of water W. Due to treatment or exposure to microwaves, a temperature stratification occurs in the material W, in which the layer temperature T is higher the higher the layer is. The material in the uppermost liquid layer (usually ⁇ 1 mm) is particularly hot, and this is the temperature or temperature distribution T SU rf , which is measured by means of an infrared camera mounted above with a view into the glass G.
  • Fig. 2 shows a sectional side view of a sketch of a microwave oven 1 loaded with the liquid product W in the glass G.
  • the microwave oven 1 has a cooking chamber 2 that can be loaded with the product W and can be closed by means of a microwave-tight cooking chamber door 3.
  • the cooking chamber can be supplied with microwaves and, for this purpose, has a microwave generation unit 4 that generates the microwaves.
  • the generated microwaves are guided through a microwave guide 5, from which they can be coupled out into the cooking chamber 2.
  • a rotating antenna 6 At the coupling point there is a rotating antenna 6, the angle of rotation of which can be specifically adjusted by means of a control device 7.
  • a mode image in the cooking chamber 2 can, for example, be influenced.
  • the control device 7 can also be configured to control the microwave generation unit 4.
  • IR camera 9 In the area of a ceiling 8 of the cooking chamber 2 there is an IR camera 9 directed into the cooking chamber 2, e.g. vertically or - as shown - diagonally downwards, in whose field of view the glass G is located.
  • the IR camera 9 therefore measures, among other things, the temperature T SU rf (here referred to only as T) of the uppermost layer of the material W.
  • the IR camera 9 can be coupled to the control device 7, wherein the control device 7 can also serve as a data processing device in order to evaluate the pixels or the associated temperatures.
  • Fig.3 shows a masking of an IR image B of the IR camera 9.
  • the pixels not belonging to the liquid material W have been detected and masked out, e.g. by means of the control device 7.
  • the pixels BPM remaining after the masking, whose temperature is evaluated, correspond to those pixels which show a corresponding part of the uppermost layer of the liquid material W.
  • the number of masked pixels is between 30 and 300 of the total of 768 pixels of the IR image B.
  • the mask can be determined in particular during an initial scan. and remain constant for the subsequent microwave treatment process. It has proven advantageous not to simply average the measured individual temperatures of the pixels BPM to obtain a single surface temperature T, but to use a quantile temperature instead. It has proven particularly advantageous to use a percentile temperature, specifically T p8 o with an 80% percentile.
  • Fig.4 shows a possible sequence of a microwave treatment process using the microwave device 1 from Fig.2.
  • a step S1 the liquid product W is placed in the container G in the cooking chamber.
  • a target value T Z iei for a mixing temperature is set.
  • a step S3 the microwave treatment process is started.
  • step S4 the initial scan is started.
  • step S5 the masked pixels BPM are determined from the initial scan. From the masked pixels BPM, the size p of the surface of the liquid material W can be derived, namely as the area of the pixels BPM. From the temperatures of the masked pixels BPM, their 80% percentile temperatures at the beginning (T s start) and at the end (T en djnit) of the initial scan can be determined, and from this, the temperature range ATmit-
  • step S6 following the initial scan, the microwave treatment is continued and the current p80 surface temperature T a kt is determined at regular intervals.
  • the correction function Tkorr is calculated, in particular according to where the correction parameters a, r, n, T max , m, and c can be stored in a data memory of the control device 7.
  • Tmix — clock — Tkorr can then be calculated, e.g., also by the control device 7.
  • step S7 a check is also carried out in step S7 to determine whether the calculated mixing temperature T m ix has reached or exceeded the desired target value T ziei . If this is not the case ("N"), the process branches back to step S6 and continues the microwave treatment, updating the calculated mixing temperature T m ix .
  • Fig. 5 shows a plot of a measured p80 surface temperature Takt at the time the microwave energy supply is stopped without stirring the liquid W against the measured mixing temperature T m ix,meas for hot water W and various vessels G, whereby the type of vessels is not shown in detail.
  • Stirring and measuring T m ix,meas is carried out in the experimental procedure immediately after the microwave energy supply has ended in order to avoid measurement errors as much as possible.
  • Such vessels G include, for example, a large, a medium, and a small coffee cup, a plastic bowl, a lemonade glass, and a laboratory beaker.
  • the measured mixing temperature T m ix,meas is always below the measured surface temperature Takt, whereby there is also a high spread of the deviation between these two temperatures T m ix,meas and T a kt both for different vessels G and for multiple measurements with the same vessel G and different T a kt.
  • the average deviation between T mix and Tmix,meas is 7.7 °C.
  • Fig.6 shows a plot of a calculated mixing temperature T m ix against the measured mixing temperature T m ix,meas for the samples used in Fig.5.
  • the dashed range of the sample deviations between the two temperatures T m ix,meas and T m ix is small (approx. ⁇ 2.5 °C) and lies within Average at 1.4°C, which is considerably better than the deviation between the two temperatures T m ix,meas and T SU rf shown in Fig.5.
  • the average deviation of 7.7°C, which results from Fig. 5, results in Tkorr 7.7°C. This also improves the mean deviation, but only to 3.5°C (not shown).
  • the above correction function Tcorr can also be applied with good accuracy to vessels that are not included in the original data set/population from which the correction parameters were calculated. This is even more successful the more diverse the test vessels in the population are, using which the correction parameters are fitted. With a large and diverse population, a particularly robust set of correction parameters can be achieved, which enables particularly high accuracy in the calculation of T mix , even for new vessels not examined in the original data set.
  • a numerical value may also include the exact number stated as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Ein Verfahren (S1 - S8) dient zum Bestimmen einer Temperatur eines flüssigen Guts (W) während einer Mikrowellenbehandlung (S3 - S8) in einem Garraum (2) eines Haushalts-Mikrowellengeräts (1). Bei dem Verfahren aus mindestens einem Messwert (Tstart, Tend_init, ∆Tinit, Takt, p) des flüssigen Guts (W), eines das flüssige Gut (W) aufnehmenden Gefäßes (G) und/oder mindestens einem Messwert des Garraums (2) eine Mischtemperatur (Tmix) des flüssigen Guts (W) berechnet wird. Ein Haushalts-Mikrowellengerät (1) ist dazu eingerichtet, das Verfahren (S1 - S8) durchzuführen.

Description

Bestimmen einer Temperatur während einer Mikrowellenbehandlung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur eines Guts während einer Mikrowellenbehandlung in einem Garraum eines Haushalts-Mikrowellengeräts. Die Erfindung betrifft auch ein Haushalts-Mikrowellengerät, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Backöfen mit Mikrowellenfunktion.
EP 0 781 072 A1 beschreibt einen Mikrowellenofen, der eine Anzahl von IR-Sensor- elementen umfasst, um Temperaturinformationen von diskreten Erfassungsbereichen innerhalb der Kochzone des Ofens zu erhalten und ein zweidimensionales Temperaturbild der Kochzone zu erzeugen. Basierend auf diesem Temperaturbild können notwendige Beladungsparameter zur Steuerung automatischer Heizvorgänge im Ofen berechnet werden.
EP 1 921 384 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen der Temperatur im Inneren eines Garguts. Die Vorrichtung weist wenigstens einen Temperatursensor zum Erfassen wenigstens einer Oberflächentemperatur des Garguts und/oder einer Umgebungstemperatur des Garguts, insbesondere an einem Messort innerhalb eines das Gargut umgebenden Garraumes, vorzugsweise mit einem an dem Messort angeordneten Umgebungstemperaturfühler auf. Weiterhin umfasst die Vorrichtung wenigstens einen Abstandssensor zum Erfassen eines oder einer Vielzahl von Abständen zwischen dem Abstandssensor einerseits und einem oder einer Vielzahl von Abstandsmesspunkten auf der Oberfläche des Garguts andererseits. Außerdem umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Zeitmesseinrichtung zum Erfassen der Zeit während einer Zubereitung des Garguts und wenigstens eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Temperatur im Inneren des Garguts aus der Oberflächentemperatur des Garguts und/oder Umgebungstemperatur, dem Abstand oder der Vielzahl von Abständen, der Zeit und einer Anfangstemperatur des Garguts. Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur im Inneren eines Garguts. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, flüssiges Gut durch Mikrowellenbehandlung zuzubereiten.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur eines flüssigen Guts während einer Mikrowellenbehandlung in einem Garraum eines Haushalts- Mikrowellengeräts, bei dem aus mindestens einem Messwert des flüssigen Guts, eines das flüssige Gut aufnehmenden Gefäßes und/oder mindestens einem Messwert des Garraums eine Mischtemperatur des flüssigen Guts berechnet wird. Die zu bestimmende Temperatur des flüssigen Guts ist also die Mischtemperatur.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die von einem Nutzer sensorisch wahrgenommene Verzehrtemperatur eines flüssigen Guts, nämlich die Mischtemperatur, abschätzend berechnet und beispielsweise zum Steuern einer Mikrowellenbehandlung verwendet werden kann, obwohl sich die Mischtemperatur erst durch Umrühren des flüssigen Guts ergibt, zumeist nach Beendigung eines Behandlungsvorgangs. Im Gegensatz dazu war das (Wieder-) Erwärmen von Flüssigkeiten bisher ein Vorgang, der auch durch fortschrittliche Sensorik nicht mit hinreichender Präzision abgebildet wurde. Insbesondere die abhängig vom Gefäß sehr unterschiedlichen Schichtungseigenschaften verhinderten nämlich bislang eine genauere Steuerung der für den Konsum maßgeblichen Mischtemperatur.
Das Verfahren ermöglicht es dagegen vorteilhafterweise, einem Nutzer eine sehr genau arbeitende Gerätefunktion für das Erwärmen von flüssigem Gut auf eine Ziel- Mischtemperatur anzubieten. Dadurch kann vermieden werden, dass eine bestimmte Oberflächentemperatur gemessen wird, aber ein Nutzer nach Umrühren des Guts eine merklich niedrigere Mischtemperatur erhält. Der Nutzer müsste dann das Gut erneut mik- rowellenbehandeln, um die gewünschte Mischtemperatur zu erhalten, was durch das vorliegende Verfahren vermieden werden kann, wodurch sich eine deutliche Arbeitserleichterung ergibt. Das Verfahren nutzt die Erkenntnis, dass in flüssigem Gut bei einer Mikrowellenbehandlung oft eine Temperaturschichtung entsteht, bei der eine oberste Schicht (üblicherweise dünner als 1 mm), deren Temperatur häufig durch einen berührungslosen Temperatursensor gemessen werden kann, merklich wärmer ist als tiefere Schichten (z.B. zwischen einigen °C bis zu einigen zehn °C). Dies kann beispielsweise durch die effektive Absorption von Mikrowellen in der obersten Schicht und auch durch ein Hochsteigen wärmerer Flüssigkeit bedingt sein. Durch das Verfahren wird das vorteilhafte erfinderische Ziel verfolgt, die Mischtemperatur aus während einer Mikrowellenbehandlung aufgenommenen Messwerten durch Berechnung abzuschätzen.
Zudem ist dieses Verfahren vorteilhafterweise einfach umsetzbar. So kann es für den Fall, dass das Haushalts-Mikrowellengerät bereits eine IR-Kamera aufweist, in einer Weiterbildung als reine Softwarelösung implementiert werden.
Unter flüssigem Gut kann leichtflüssiges Gut wie Wasser, wasserhaltige Getränke (Kaffee, Tee, Milch, Kakao, usw.) oder Suppe usw. und/oder zähflüssiges Gut wie Babybrei usw. verstanden werden. Speziell bei Babybrei ist es ein bekanntes Phänomen, dass dessen obere Schicht bei Mikrowellenbehandlung sehr heiß werden kann, während untere Schichten noch kalt bleiben.
Unter der Mischtemperatur wird insbesondere eine Temperatur des flüssigen Guts verstanden, die sich durch Mischen bzw. Umrühren und dadurch Homogenisierung der Temperaturen in dem flüssigen Gut ergibt.
Das Haushalts-Mikrowellengerät kann ein reines Mikrowellengerät oder eine Kombinationsgerät sein, beispielsweise ein Mikrowellengerät mit zusätzlicher Ofenfunktion, z.B. durch Vorsehen mindestens eines Widerstands-Heizkörpers, oder ein Backofen mit zusätzlicher Mikrowellenfunktion. Auch kann das Haushalts-Mikrowellengerät zusätzlich einen Dampfgarfunktion aufweisen.
Während der Mikrowellenbehandlung wird das in dem Garraum befindliche Gut mit Mikrowellen bestrahlt. Dass die Mischtemperatur des flüssigen Guts berechnet wird, umfasst insbesondere, dass die Mischtemperatur aus dem mindestens einen Messwert berechnet wird, insbesondere anhand einer Formel mit dem mindestens einen Messwert als Eingangsgröße. Insbesondere nicht gemeint ist es, den mindestens einen Messwert als solches als Mischtemperatur zu nutzen.
Der mindestens eine Messwert kann ein direkt gemessener Messwert (z.B. eine Oberflächentemperatur) und/oder ein aus mindestens einem direkt gemessener Messwert abgeleiteter Messwert (z.B. ein gemittelter Wert, ein Quantil-Wert, eine Temperaturdifferenz, usw.) sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Messwert mindestens einen Messwert des flüssigen Guts bzw. an dem flüssigen Gut abgefühlten Messwert umfasst. Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Messwert mindestens einen Messwert des Gefäßes, in dem sich das flüssige Gut befindet, umfasst, z.B. ein Glas, ein Becher, usw. Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine solche Messwert zumindest einen der Messwerte aus der Gruppe Oberflächentemperatur, Ultraschalleigenschaft und/oder Oberfläche und/oder Volumen umfasst. Denn es hat sich gezeigt, dass diese Messwerte eine besonders zuverlässige Abschätzung bzw. Berechnung der Mischtemperatur ermöglichen.
Die Temperatur(en) lässt bzw. lassen sich in einer Weiterbildung durch einen berührungslosen Garraum-Temperatursensor erfassen. Es ist eine Weiterbildung, dass der berührungslose Garraum-Temperatursensor eine in den Garraum gerichtete, insbesondere auch im Bereich des Garraums verbaute, bildpunktbasierte IR-Kamera ist. Solche IR- Kameras dienen insbesondere dem Erfassen von Oberflächentemperaturen. Das Haushalts-Mikrowellengerät kann ein oder mehrere IR-Kameras aufweisen. Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens eine IR-Kamera im Bereich einer Decke des Garraums angeordnet ist, was besonders vorteilhaft ist, um eine oberseitige Oberflächentemperatur des Guts zu messen.
Es ist auch möglich, dass mindestens eine IR-Kamera seitlich an dem Garraum angeordnet ist. Dies kann den Vorteil ergeben, dass sich so ein vertikaler Temperaturverlauf des Gefäßes besonders einfach und zuverlässig erfassen lässt und zur Berechnung der Mischtemperatur nutzen lässt.
Die Ultraschalleigenschaft kann beispielsweise eine Dichte und/oder ein Füllstand des flüssigen Guts sein. Zu deren Messung kann das Haushalts-Mikrowellengerät mit einem Ultraschallsensor ausgerüstet sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Messwert des Garraums mindestens einen Messwert aus der Gruppe Garraumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder Sauerstoffgehalt umfasst. Die Garraumtemperatur kann mittels eines Garraum- Temperatursensors, die Luftfeuchtigkeit und/oder der Sauerstoffgehalt beispielsweise mittels eines Lambda-Sensors gemessen werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass der mindestens eine Messwert eine aus dem Garraum rückreflektierte Mikrowellenleistung darstellt. Das Haushaltsgerät kann diesbezüglich mit einer entsprechenden HF-Sensorik ausgerüstet sein, die auf Basis der Streuparameter arbeitet. Insbesondere kann dabei ausgenutzt werden, dass sich die Dielektrizitätskonstante merklich mit der Mischtemperatur ändert.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Messwert mittels mindestens eines nichtberührungslos arbeitenden Sensors ermittelt wird. So kann beispielsweise ein drahtgebundener oder drahtloser Kerntemperaturfühler (auch als Bratenthermometer oder "Meat Probe" bekannt) in das flüssige Gut eingetaucht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Kerntemperaturfühler über mehrere entlang seiner Länge verteilte Temperatursensoren verfügt, da die Mischtemperatur sich dann vergleichsweise einfach als - ggf. gewichteter - Durchschnittswert ableiten lässt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Mischtemperatur des flüssigen Guts schätzungsweise berechnet wird, indem mindestens eine Oberflächentemperatur (z.B. die aktuelle Oberflächentemperatur Takt) des flüssigen Guts bestimmt wird und diese mindestens eine Oberflächentemperatur mittels einer Korrekturfunktion TkOrr korrigiert wird, wobei die Korrekturfunktion Tkorr eine Funktion mindestens eines anderen der Messwerte ist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Bestimmung der Korrekturfunktion mittels drahtloser IR-Messung. Die Nutzung einer Korrekturfunktion ermöglicht aufgrund der breiten Streuung der Abwei- chungen der gemessenen Temperatur zu der Mischtemperatur eine weitaus bessere Abschätzung als mit einem standardisierten, festen Korrekturwert.
Die mindestens eine Oberflächentemperatur kann beispielsweise eine aus einer gemessenen Temperaturverteilung gemittelte Temperatur, eine Quantil-Temperatur der Temperaturverteilung, usw. sein.
Der mindestens eine andere der Messwerte kann mindestens ein durch einen anderen Sensor als dem die mindestens eine Oberflächentemperatur messenden Sensor (insbesondere IR-Kamera) aufgenommener Messwert sein.
Der mindestens eine andere der Messwerte kann zusätzlich oder alternativ mindestens ein aus der mindestens einen Oberflächentemperatur abgeleiteter Messwert sein, der insbesondere selbst keiner Temperatur entspricht, beispielsweise ein aus einer Wärmeverteilung bestimmter Größenwert einer Oberfläche des flüssigen Guts.
Dass die Korrekturfunktion Tkorr eine Funktion mindestens eines anderen der Messwerte ist, kann umfassen, dass die bestimmte bzw. gemessene mindestens eine Oberflächentemperatur selbst keine Einflussgröße bzw. Variable der Korrekturfunktion Tkorr ist. Alternativ kann die mindestens eine Oberflächentemperatur selbst auch eine Einflussgröße der Korrekturfunktion Tkorr sein. Beispielsweise kann dann, wenn die mindestens eine Oberflächentemperatur eine aktuelle Oberflächentemperatur Takt ist oder umfasst, Tkorr = f (Takt) gelten.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Mischtemperatur Tmix bestimmt wird, indem die Korrekturfunktion Tkorr von der gemessenen Oberflächentemperatur Takt gemäß
T mix — Takt " T korr subtrahiert wird, was vorteilhafterweise besonders einfach umsetzbar ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Korrekturfunktion als Eingangsgrößen mindestens die Messgrößen - Anfangstemperatur Tstart des flüssigen Guts vor oder mit Beginn der Mikrowellenbe- handlung,
- während einer anfänglichen Zeitdauer gemessene Temperaturerhöhung ATinit des flüssigen Guts,
- aktuelle Temperatur Takt des flüssigen Guts und/oder
- Größenwert p des flüssigen Guts umfasst, also Tkorr = f (Tstart, ATinit, Takt, P, ...) gilt.
Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass sich die Mischtemperatur mit hoher Genauigkeit und unabhängig vom verwendeten Flüssigkeitsgefäß rein aus den Messwerten der Oberflächentemperatur des flüssigen Guts mit hoher Genauigkeit abschätzen lässt.
Durch die während der anfänglichen Zeitdauer gemessene Temperaturerhöhung ATinit wird charakterisiert, wie schnell sich das Gut anfänglich erwärmt.
Der Größenwert p kann beispielsweise durch Auswertung einer Temperaturverteilung, Objekterkennung in einem Bild, Laserabtastung, Eingabe durch einen Nutzer, usw. bestimmt werden.
Der Größenwert p ist ein Maß für die Größe des zu erwärmenden Gefäßes und/oder des sich darin befindlichen Guts. Diese Größe kann in grundsätzlich beliebigen Volumeneinheiten und/oder Flächeneinheiten (z.B. Quadratzentimeter oder Pixelzahlen) angegeben werden. Der Größenwert p kann beispielsweise über eine optische Kamera (z.B. mit Objekterkennung), eine Laserabtastung, usw. gemessen werden, kann als Zahl von Bildpunkten einer im sichtbaren Bereich arbeitenden Kamera und/oder einer IR-Kamera bestimmt werden, kann als diesen Bildpunkten zugeordnete Fläche bestimmt werden, usw.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die anfängliche Zeitdauer die Dauer eines Initialscans ist. Der Initialscan entspricht einer Anfangsphase der Mikrowellenbehandlung bzw. des Mikrowellenbehandlungsvorgangs, in welcher zum Durchführen des weiteren Vorgangs benötigte Messwerte aufgenommen werden. So kann der Initialscan verwendet werden, um Bestrahlungsparameter zu bestimmen, die ein zum Erwärmen besonders effektives Modenbild ergeben. Der Initialscan kann auch dazu verwendet werden, zum Aufstellen der Korrekturfunktion benötigte Messwerte aufzunehmen. Besonders vorteilhafte Zeitdauern für den Initialscan liegen typischerweise zwischen 15 und 30 Sekunden. Für die Temperaturerhöhung ATinit während des Initialscans gilt dann ATjnit — Tend init " Tstart mit Tend init der Temperatur zum Ende des Initialscans und der Annahme, dass die Mikrowellenbehandlung mit dem Initialscan beginnt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Eingangsgrößen der Korrekturfunktion mittels einer bildpunktartig auflösenden IR-Kamera gemessen werden. Dadurch kann vorteilhafterweise auf weitere Sensoren zur Bestimmung der Korrekturfunktion verzichtet werden, und es ist eine berührungslose Messung möglich. Insbesondere können die Größen Tstart, ATjnit, Takt und p mittels nur einer IR-Kamera gemessen werden. Diese ist vorteilhafterweise im Bereich einer Decke des Garraums angeordnet und kann so auch direkt von oben in Gefäße einblicken.
Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens eine der Temperaturen, insbesondere die Temperaturerhöhung ATinit, anhand einer oder als eine Quantiltemperatur, insbesondere Perzentiltemperatur, einer mehrere Bildpunkte umfassenden Temperaturverteilung bestimmt wird. So wird vorteilhafterweise eine besonders zuverlässige Messung erreicht. Die sich beispielsweise aus dem Temperaturanstieg einer p80-Perzentiltemperatur ergebende Temperaturerhöhung ATinit entspricht derjenigen Temperaturerhöhung, bei der 20% der das flüssige Gut messenden Bildpunkte der IR-Kamera über der p80- Perzentiltemperatur liegen, und 80% darunter. Dadurch kann vorteilhafterweise der Effekt von Temperaturausreißern abgedämpft werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Korrekturfunktion gemäß
Figure imgf000010_0001
mit a, r, n, m, c und Tmax vorgegebenen Korrekturparametern berechnet wird. Dies hat sich als besonders genau und zuverlässig bzw. robust erwiesen. Diese Variante für TkOrr ist jedoch nur eine mögliche Formulierung, um den Zusammenhang zwischen Misch- und Oberflächentemperatur rechnerisch anzunähern. Die Korrekturparameter können beispielsweise vorberechnet und in dem Mikrowellengerät abgespeichert werden. Die obige Ausgestaltung wird im Folgenden mittels einer Beispielrechnung veranschaulicht, bei welcher ein Test-Erwärmungsvorgang von 280 ml Wasser in einer "großen Kaffeetasse" betrachtet wird. Die Tasse wird mit 280ml Leitungswasser befüllt, in das Mikrowellengerät gestellt und der Vorgang gestartet, nachdem eine Ziel-Mischtemperatur TZiei definiert worden ist.
Der anfänglich durchgeführte, 30 s dauernde Initialscan liefert eine Maske oder Untermenge mit p = 130 Bildpunkten oder Pixeln einer IR-Kamera aus der - typischerweise größeren - Gesamtmenge aller Bildpunkte der IR-Kamera. Diese spezifischen 130 Bildpunkte sind als zu dem Wasser gehörig identifiziert worden, messen also die Temperatur an der Wasseroberfläche. Damit ist p auch ein Maß für die Größe der Flüssigkeitsoberfläche. Im Gegensatz dazu sind die restlichen Bildpunkte als nicht dem Wasser zugehörig eingestuft worden, sondern können z.B. der Kaffeetasse, einer Garraumwand usw. zugeordnet werden. Die dem Wasser als zugehörig eingestuften Bildpunkte können beispielsweise dadurch identifiziert worden sein, dass sie den höchsten Temperaturhub / schnellste Temperaturerwärmung während des Initialscans zeigen und ggf. auch Zusammenhängen.
Während des Initialscans wird ferner eine Erhöhung der p80-Temperatur Tpso (also der Temperatur, unterhalb der 80 % der 130 Bildpunkte liegen) von Tstart = 18,4°C auf Tendjnit = 32,9°C durch IR-Messung ermittelt. Daraus ergibt sich ein ATinit von 14,5°C. Mit Erreichen der aktuellen Oberflächentemperatur Takt = 50°C wird die Energiezufuhr gestoppt, das Leitungswasser z.B. umgerührt und die tatsächliche Mischtemperatur Tmix, meas = 43°C händisch mit einem Thermoelement gemessen.
Mit dem für dieses Beispiel angenommenen Parametersatz a = 35; n = 0,75; m = 2; c = 7; Tmax = 90°C; r = 3,5 ergibt sich folgende Rechnung für die Einzelterme der Korrekturfunktion T korr- 0,2541 °C = 8,89 °C
Figure imgf000011_0001
Dieser erste Term ergibt sich aus der Erkenntnis, dass die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Mischung tendenziell umso höher ist, je höher der Temperaturstieg ATinit ist. Je größer das Gefäß ist, umso tendenziell geringer ist diese Temperaturdifferenz. Bei einer großen Flüssigkeitsoberfläche verringert sich also die Temperaturdifferenz. Der Teilerausdruck (p - r • p0’5) bewirkt, dass die Randpixel, also diejenigen Bildpunkte, die eine Temperaturmischung von flüssigem Gut einerseits und umliegendem Garraum andererseits aufweisen, anzahlmäßig herausgerechnet werden. Diese Korrektur ist insbesondere bei einer geringen Auflösung und einer Nutzung eines Maskierungsverfahrens vorteilhaft.
Figure imgf000012_0001
Der zweite Term berücksichtigt Effekte der thermischen Schichtung und Konvektion in Abhängigkeit vom bereits erfolgten Temperaturhub Takt- Tstart und der Starttemperatur Tstart und korrigiert den ersten Term.
(3) = 7 • (1 ) °C « 3,11 °C
Figure imgf000012_0002
Dieser dritte Term kompensiert teilweise den Effekt der Wärmeleitung in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur Takt. Ist der Temperaturgradient höher, wird mehr Wärme im Gefäß durch Wärmeleitung vergleichmäßigend verteilt. Der dritte Term sinkt daher in seiner Größe, je höher Takt wird.
Für die Korrekturfunktion gilt dann für das Beispiel insgesamt:
Tkorr = 8,89 °C ■ 0,45 + 3,11 °C = 7,11 °C
Die berechnete Mischtemperatur Tmix ergibt sich nun aus
Tmix = Takt - Tkorr = 50 °C - 7, 11 °C = 42,89 °C, was sehr gut zum tatsächlich gemessenen Messwert Tmix, meas = 43 °C passt. Praktischerweise braucht nicht für jedes Gefäß, jeden Temperaturhub, jede Füllmenge oder jede Objektgröße ein einzelner Parametersatz a priori bestimmt werden. Ein Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass sich mit einer ausreichenden Anzahl von Messwerten, also bekannten Takt und Tmix, meas, ein universeller Satz von Parametern a, c, n, m, r, Tmax finden lässt. Dazu kann beispielsweise die obige Rechnung für eine ausreichende Menge an Erwärmungsvorgängen durchgeführt werden und dann über übliche Optimierungsalgorithmen (z.B. den sog. ,,Least-Square“-Fit) ein Parametersatz a, c, n, m, r, Tmax gefunden werden, für den die Abweichungen zwischen der berechneten abgeschätzten Mischtemperatur Tmix und der tatsächlichen Mischtemperatur Tmix,meas: |Tmix - Tmix, meas| minimiert werden.
Dieser Parametersatz kann abhängig sein von der Ausstattung des verwendeten Gargeräts (z.B. Kompakt- oder Fullsize-Gerät, Auszug oder Einhängegestell, Position der Mikrowelleneinspeisung, usw.) und kann ausstattungsspezifisch vom Hersteller erzeugt und beispielsweise in einem Datenspeicher des jeweiligen Mikrowellengeräts hinterlegt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Korrekturparameter abhängig von der Art des flüssigen Garguts gewählt werden. Dabei die Erkenntnis ausgenutzt, dass sich insbesondere abhängig von einem Salzgehalt des flüssigen Guts das Verhalten an der Flüssigkeitsoberfläche ändern kann. Folglich kann es sinnvoll sein, für besonders salzhaltige Flüssigkeiten wie Suppen oder Saucen einen separaten Korrekturparameter vorzuhalten. Jedoch ist das Vorsehen eigener Korrekturparameter nicht auf Unterschiede im Salzgehalt beschränkt. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Art des flüssigen Guts in das Mikrowellengerät eingegeben wird, an dem Mikrowellengerät ausgewählt wird und/oder durch das Mikrowellengerät automatisch erkannt wird und entsprechend passende Korrekturparameter zum Durchführen des Verfahrens ausgewählt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Korrekturparameter abhängig von einer sich einstellenden Feldverteilung („Modenbild“) der Mikrowellenstrahlung im Garraum gewählt werden. Das Modenbild kann beispielsweise für bestimmte flüssige Güter bekannt sein oder sich als Ergebnis des Initialscans ergeben. Es ist eine Weiterbildung, dass die Mikrowellenbehandlung beendet wird, wenn die berechnete Mischtemperatur Tmix einen vorgegebenen Zielwert TZiei erreicht oder überschreitet. Falls ein bestimmter Zielwert TZiei von einem Nutzer gewünscht wird, braucht während des Mikrowellenbehandlungsvorgangs lediglich kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich Tmix berechnet zu werden, bis Tmix den Zielwert Tziei, erreicht oder überschreitet, woraufhin der Vorgang beendet werden kann.
Es ist folglich eine besonders einfach umsetzbare Ausgestaltung eines Mikrowellenbehandlungsvorgangs, dass
- das flüssige Gut in einem Gefäß in dem Garraum platziert wird,
- eine Zieltemperatur TZjei für die Mischtemperatur des flüssigen Guts vorgegeben wird,
- die Mikrowellenbehandlung gestartet wird,
- zu Beginn der Mikrowellenbehandlung ein Initialscan durchgeführt wird, aus dem zumindest ATinit und p bestimmt werden,
- die Korrekturfunktion Tkorr zumindest unter Verwendung der gemessenen Eingangsgrößen ATinit und p berechnet wird,
- die Mikrowellenbehandlung nach dem Initialscan fortgeführt wird, wobei die aktuelle Mischtemperatur Tmix durch Messung einer aktuellen Oberflächentemperatur Takt des Guts abzüglich der Korrekturfunktion Tkorr (und damit unter Nutzung der zugehörigen Korrekturparameter) quasi-kontinuierlich bestimmt wird und
- das Verfahren bzw. der Vorgang beendet wird, wenn die aktuelle berechnete Mischtemperatur Tmix die Zieltemperatur TZiei erreicht oder überschreitet.
Dass die aktuelle Mischtemperatur Tmix "quasi-kontinuierlich" bestimmt wird, umfasst insbesondere, dass sie in ausreichend kurzen Abständen - z.B. von einer Sekunde - neu bestimmt bzw. berechnet wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Korrekturfunktion Tkorr zusätzlich unter Verwendung der Anfangstemperatur Tstart, der aktuellen Oberflächentemperatur Takt und/oder mindestens eines Korrekturparameters, insbesondere des Satzes der oben genauer beschriebenen Korrekturparameter, bestimmt bzw. berechnet wird. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Haushalts-Mikrowellengerät, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren wie oben beschrieben durchzuführen. Das Haushalts- Mikrowellengerät kann analog zu dem Verfahren ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.
So kann das Haushalts-Mikrowellengerät in einer Weiterbildung eine Mikrowellenerzeugungseinrichtung (z.B. ein Magnetron oder einen halbleiterbasierten Mikrowellengenerator), eine IR-Garraumkamera, usw. aufweisen.
Auch kann das Haushalts-Mikrowellengerät mit einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgerüstet oder (z.B. über das Internet) datentechnisch verbunden sein, welche die zum Durchführen des Verfahrens notwendigen Datenverarbeitungsschritte, insbesondere Rechenschritte, ausführen kann. Ferner kann das Haushalts-Mikrowellengerät, insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung, den oben beschriebenen Datenspeicher aufweisen, in dem die Korrekturparameter abgespeichert sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines mit flüssigem Gut gefüllten Gefäßes;
Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines mit dem flüssigen Gut beschickten Mikrowellengeräts;
Fig.3 zeigt eine Maskierung eines Bilds einer IR-Kamera auf eine zu flüssigem Gut gehörige Bildpunkte;
Fig.4 zeigt einen möglichen Ablauf eines Mikrowellenbehandlungsvorgangs;
Fig.5 zeigt eine Auftragung einer gemessenen Oberflächentemperatur ohne Umrühren des flüssigen Guts gegen eine gemessene Mischtemperatur; und
Fig.6 zeigt eine Auftragung einer berechneten Mischtemperatur gegen eine gemessene Mischtemperatur für die in Fig.5 verwendeten Proben. Fig.1 zeigt ein Gefäß in Form z.B. eines Glases G, das mit flüssigem Gut z.B. in Form von Wasser W gefüllt ist. Aufgrund einer Behandlung bzw. Beaufschlagung mit Mikrowellen stellt sich in dem Gut W eine Temperaturschichtung ein, bei der die Schichttemperatur T umso höher ist, je höher die Schicht liegt. Das Gut in der obersten Flüssigkeitsschicht (üblicherweise < 1 mm) ist besonders heiß, wobei dies die Temperatur oder Temperaturverteilung TSUrf ist, die mittels einer oberhalb angebrachten Infrarotkamera mit Einblick in das Glas G gemessen wird.
Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines mit dem flüssigen Gut W in dem Glas G beschickten Mikrowellengeräts 1. Das Mikrowellengerät 1 weist einen Garraum 2 auf, der mit dem Gut W beschickbar und mittels einer mikrowellendichten Garraumtür 3 verschließbar ist. Der Garraum ist mit Mikrowellen beaufschlagbar und weist dazu eine Mikrowellenerzeugungseinheit 4 auf, welche die Mikrowellen erzeugt. Die erzeugten Mikrowellen werden durch eine Mikrowellenführung 5 geleitet, aus der sie in den Garraum 2 auskoppelbar sind. Am Auskopplungsort befindet sich hier eine Drehantenne 6, deren Drehwinkel sich mittels einer Steuereinrichtung 7 gezielt einstellen lässt. Abhängig von der Winkelstellung lässt sich beispielsweise ein Modenbild in dem Garraum 2 beeinflussen. Die Steuereinrichtung 7 kann auch dazu eingerichtet sein, die Mikrowellenerzeugungseinheit 4 anzusteuern. Im Bereich einer Decke 8 des Garraums 2 befindet sich eine in den Garraum 2 z.B. senkrecht oder - wie gezeigt - schräg nach unten gerichtete IR-Kamera 9, in deren Blickfeld sich das Glas G befindet. Die IR-Kamera 9 misst also unter anderem die Temperatur TSUrf (hier nur noch als T bezeichnet) der obersten Schicht des Guts W. Die IR-Kamera 9 kann beispielsweise eine Digitalkamera mit einer Bildauflösung von 24 32 = 768 Bildpunkten sein. Die IR-Kamera 9 kann mit der Steuereinrichtung 7 gekoppelt sein, wobei die Steuereinrichtung 7 auch als Datenverarbeitungseinrichtung dienen kann, um die Bildpunkte bzw. die zugehörigen Temperaturen auszuwerten.
Fig.3 zeigt eine Maskierung eines I R-Bilds B der IR-Kamera 9. Dabei sind die nicht zu dem flüssigen Gut W gehörigen Bildpunkte erkannt und ausmaskiert worden, z.B. mittels der Steuereinrichtung 7. Die nach der Maskierung übriggebliebenen Bildpunkte BPM, deren Temperatur ausgewertet wird, entsprechen denjenigen Bildpunkten, welche einen entsprechenden Teil der obersten Schicht des flüssigen Guts W zeigen. Typicherweise beträgt die Zahl der maskierten Bildpunkte zwischen 30 und 300 von den insgesamt 768 Bildpunkten des I R-Bilds B. Die Maske kann insbesondere während eines Initialscan fest- gelegt und für den folgenden Mikrowellenbehandlungsvorgang gleich bleiben. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die gemessenen Einzeltemperaturen der Bildpunkte BPM nicht einfach zu mitteln, um eine einzige Oberflächentemperatur T zu erhalten, sondern eine dazu eine Quantil-Temperatur zu verwenden. Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, eine Perzentiltemperatur zu nutzen, speziell Tp8o mit einem 80 %-Perzentil.
Fig.4 zeigt einen möglichen Ablauf eines Mikrowellenbehandlungsvorgangs anhand des Mikrowellengeräts 1 aus Fig.2.
In einem Schritt S1 wird das flüssige Gut W in dem Gefäß G in dem Garraum platziert.
In einem Schritt S2 wird ein Zielwert TZiei für eine Mischtemperatur festgelegt.
In einem Schritt S3 wird der Mikrowellenbehandlungsvorgang gestartet.
In einem Schritt S4 wird zunächst der Initialscan gestartet.
In einem Schritt S5 werden aus dem Initialscan die maskierten Bildpunkte BPM bestimmt. Aus den maskierten Bildpunkten BPM wiederum kann die Größe p der Oberfläche des flüssigen Guts W abgeleitet werden, nämlich als Fläche der Bildpunkten BPM. Aus den Temperaturen der maskierten Bildpunkte BPM können deren 80%-Perzentil- Temperaturen zu Beginn (Tstart) und zum Ende (Tendjnit) des Initialscans bestimmt werden und daraus wiederum der Temperaturhub ATmit-
In einem Schritt S6 wird im Anschluss des Initialscans die Mikrowellenbehandlung weitergeführt und dabei in regelmäßigen Abständen die aktuelle p80-Oberflächentemperatur Takt bestimmt. Aus Takt wird - z.B. mittels der Steuereinrichtung 7 - zunächst die Korrekturfunktion Tkorr berechnet, insbesondere gemäß
Figure imgf000017_0001
wobei die Korrekturparameter a, r, n Tmax, m und c in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung 7 abgespeichert sein können. Folgend kann Tmix — Takt — Tkorr berechnet werden, z.B. ebenfalls durch die Steuereinrichtung 7.
Während der Mikrowellenbehandlung wird in einem Schritt S7 außerdem überprüft, ob die berechnete Mischtemperatur Tmix den gewünschten Zielwert Tziei erreicht oder überschritten hat. Ist die nicht der Fall ("N"), wird zu Schritt S6 zurückverzweigt und die Mikrowellenbehandlung unter Aktualisierung der berechneten Mischtemperatur Tmix weitergeführt.
Ist dies jedoch der Fall ("J"), wird der Mikrowellenbehandlungsvorgang in Schritt S8 beendet.
Fig.5 zeigt eine Auftragung einer gemessenen p80-Oberflächentemperatur Takt zum Zeitpunkt des Stoppens der Mikrowellenenergiezufuhr ohne Umrühren des flüssigen Guts W gegen die gemessene Mischtemperatur Tmix,meas für heißes Wasser W und verschiedene Gefäße G, wobei die Art der Gefäße nicht differenziert dargestellt sind. Das Umrühren und Messen von Tmix,meas wird im Versuchsablauf unmittelbar nach der Beendigung der Mikrowellenenergiezufuhr durchgeführt, um Messfehler möglichst zu vermeiden. Solche Gefäße G umfassen hier beispielsweise eine große, eine mittlere und eine kleine Kaffeetasse, eine Kunststoffschale, ein Limonadenglas und einen Laborbecher.
Wie bereits oben beschrieben, liegt die gemessene Mischtemperatur Tmix,meas immer unterhalb der gemessenen Oberflächentemperatur Takt, wobei sich zudem eine hohe Spreizung der Abweichung zwischen diesen beiden Temperaturen Tmix,meas und Takt sowohl für unterschiedliche Gefäße G als auch für mehrere Messungen bei gleichem Gefäß G und unterschiedlichen Takt ergibt. Im Beispiel beträgt die durchschnittliche Abweichung zwischen Tmix Und Tmix.meas 7 ,7 C.
Fig.6 zeigt eine Auftragung einer berechneten Mischtemperatur Tmix gegen die gemessene Mischtemperatur Tmix,meas für die in Fig.5 verwendeten Proben. Die Korrekturparameter für die oben beschriebene Korrekturfunktion Tkorr sind aus den in Fig.5 verwendeten Proben generiert worden, wobei sich a = 35; n = 0,75; m = 2; c = 7; Tmax = 90°C und r = 3,5 ergeben hat. Die gestrichelt eingezeichnete Bandbreite der Probenabweichungen zwischen den beiden Temperaturen Tmix,meas und Tmix ist gering (ca. ± 2,5 °C) und liegt im Mittel bei 1 ,4°C, was erheblich besser ist als die Abweichung zwischen den beiden in Fig.5 gezeigten Temperaturen Tmix,meas und TSUrf.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die parametrisierte Korrekturfunktion genauere Ergebnisse von Tmix ergeben kann als beispielsweise ein konstanter Offset, der aber grundsätzlich auch verwendet werden kann. Der Grenzfall Tkorr = const, lässt sich mit a = 0; n = 0; m = 0; c = const; Tmax = °°OC und r = 1 abbilden. Aus der durchschnittlichen Abweichung von 7,7°C, die sich aus Abb. 5 ergibt, folgt Tkorr = 7,7°C. Damit wird die mittlere Abweichung ebenfalls verbessert, aber lediglich auf 3,5°C (ohne Abb.).
Die Nutzung der obigen Korrekturfunktion Tkorr ist auch mit guter Genauigkeit auf Gefäße anwendbar, die nicht im ursprünglichen Datensatz / der ursprünglichen Grundgesamtheit, aus dem / der die Korrekturparameter berechnet worden sind, enthalten sind. Dies gelingt umso besser, je vielgestaltiger die Testgefäße der Grundgesamtheit sind, mittels derer die Korrekturparameter gefittet werden. Mit einer großen und vielfältigen Grundgesamtheit lässt sich daher ein besonders robuster Korrekturparametersatz erzielen, der auch bei neuen, im ursprünglichen Datensatz nicht untersuchten Gefäßen eine besonders hohe Genauigkeit bei der Berechnung von Tmix ermöglicht.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist. Bezugszeichenliste
1 Mikrowellengerät
2 Garraum
3 Garraumtür
4 Mikrowellenerzeugungseinheit
5 Mikrowellenführung
6 Drehantenne
7 Steuereinrichtung
8 Decke des Garraums
9 IR- Kamera
B IR-Bild
BPM Maskierte Bildpunkte
G Gefäß p Größe der Oberfläche des flüssigen Guts
S1-S8 Verfahrensschritte
Takt Aktuelle Oberflächentemperatur
Tendjnit Oberflächentemperatur zum Ende eines Initialscans
Tkorr Korrekturfunktion
Tmix Berechnete Mischtemperatur
Tmix Gemessene Mischtemperatur
T, Tsurf Oberflächentemperatur des flüssigen Guts
Tstart Oberflächentemperatur zu Beginn eines Mikrowellenbehandlungsvorgangs
Tztei Zielwert der Mischtemperatur
W Flüssiges Gut

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (S1 - S8) zum Bestimmen einer Temperatur eines flüssigen Guts (W) während einer Mikrowellenbehandlung (S3 - S8) in einem Garraum (2) eines Haushalts- Mikrowellengeräts (1), bei dem aus mindestens einem Messwert (Tstart, Tendjnit, ATinit, Takt, p) des flüssigen Guts (W), eines das flüssige Gut (W) aufnehmenden Gefäßes (G) und/oder des Garraums (2) eine Mischtemperatur (Tmix) des flüssigen Guts (W) berechnet wird.
2. Verfahren (S1 - S8) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Messwert (Tstart, Tendjnit, ATinit, Takt, p) des flüssigen Guts (W) und/oder des Gefäßes (G) mindestens einen Messwert aus der Gruppe
- Oberflächentemperatur (Tstart, Tendjnit, ATM, Takt),
- Ultraschalleigenschaft,
- Oberfläche (p) und/oder Volumen umfasst.
3. Verfahren (S1 - S8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Messwert des Garraums (2) mindestens einen Messwert aus der Gruppe
- Garraumtemperatur,
- Luftfeuchtigkeit,
- Sauerstoffgehalt, umfasst.
4. Verfahren (S1 - S8) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem die Mischtemperatur (Tmix) des flüssigen Guts (W) bestimmt wird, indem mindestens eine Oberflächentemperatur (Tstart, Tetldjnit, ATinit, Takt) des flüssigen Guts (W) bestimmt wird und mittels einer Korrekturfunktion (TkOrr) korrigiert wird, wobei die Korrekturfunktion (TkOrr) eine Funktion mindestens eines anderen der Messwerte (p) ist.
5. Verfahren (S1 - S8) nach Anspruch 4, bei dem die Korrekturfunktion (TkOrr) als Eingangsgrößen mindestens die Messgrößen
- Anfangstemperatur (Tstart) des flüssigen Guts (W), - während einer anfänglichen Zeitdauer gemessene Temperaturerhöhung (ATinit) des flüssigen Guts (W),
- aktuelle Temperatur (Takt) des flüssigen Guts (W) und/oder
- Größenwert (p) des flüssigen Guts umfasst.
6. Verfahren (S1 - S8) nach Anspruch 5, bei dem die anfängliche Zeitdauer die Dauer eines Initialscans (S4) ist.
7. Verfahren (S1 - S8) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, bei dem die Eingangsgrößen (Tstart, ATinit, Takt, p) mittels einer bildpunktartig auflösenden IR-Kamera (9) gemessen werden.
8. Verfahren (S1 - S8) nach Anspruch 7, bei dem mindestens eine der Temperaturen (Tstart, ATinit, Takt) anhand einer Quantiltemperatur, insbesondere Perzentiltemperatur, einer mehrere Bildpunkte (BPM) umfassenden Temperaturverteilung bestimmt wird.
9. Verfahren (S1 - S8) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Korrekturfunktion (Tkorr) gemäß
Figure imgf000022_0001
mit a, r, n, m, c und Tmax vorgegebenen Korrekturparametern berechnet wird.
10. Verfahren (S1 - S8) nach Anspruch 9, wobei die Korrekturparameter abhängig von der Art des flüssigen Garguts (W) gewählt werden.
11. Verfahren (S1 - S8) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Korrekturparameter abhängig von einer sich einstellenden Feldverteilung der Mikrowellenstrahlung im Garraum (2) gewählt werden.
12. Verfahren (S1 - S8) nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , bei dem - das flüssige Gut (W) in einem Gefäß (G) in dem Garraum (2) platziert wird (S1),
- eine Zieltemperatur (Tziei) für die Mischtemperatur (Tmix) des flüssigen Guts (W) vorgegeben wird (S2),
- die Mikrowellenbehandlung gestartet wird (S3), - zu Beginn der Mikrowellenbehandlung ein Initialscan durchgeführt wird (S4 - S5), aus dem zumindest die während einer anfänglichen Zeitdauer gemessene Temperaturerhöhung (ATinit) und der Größenwert (p) bestimmt werden (S5),
- die Korrekturfunktion (Tkorr) zumindest unter Verwendung der gemessenen Eingangsgrößen (Tstart, ATinit, Takt, p) berechnet wird, - die Mikrowellenbehandlung nach dem Initialscan fortgeführt wird (S6), wobei die aktuelle Mischtemperatur (Tmix) durch Messung einer aktuellen Oberflächentemperatur (Takt) des flüssigen Guts (W) abzüglich der Korrekturfunktion (Tkorr) quasikontinuierlich bestimmt wird (S6) und
- das Verfahren beendet wird (S8), wenn die aktuelle berechnete Mischtemperatur (Tmix) die Zieltemperatur (Tziei) erreicht oder überschreitet (S7).
13. Haushalts-Mikrowellengerät (1), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (S1 - S8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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