使用施加的电磁场的温度控制的制作方法

1.本发明涉及可用于确定产品的温度并且确定产品(诸如食物产品)的冷冻程度的非侵入性和非接触式方法。本发明还涉及应用该方法以控制装备(诸如用于冷却和冷冻的装备)，以及将该方法应用于可利用其实现该方法的装备以控制该装备的操作。


背景技术：

2.在许多领域中，确定对象或对象组的温度的能力是重要的。这种能力对于许多原因而言是有用的，诸如维持或控制产品暴露于的状况。传统上，可通过使对象与温度计直接接触或与附接到热电偶的触点直接接触来测量对象的温度。然而，在许多情况下，诸如在食品工业中，不需要与产品接触并且为非侵入性的方法将是优选的，但只有在可发现实用且可靠的此类方法的情况下。已知非接触式方法(诸如使用红外温度传感器的技术)用于本领域，但它们具有许多缺点。通常，红外传感器仅提供对物品的表面点的温度的读数，而不是物品的较大表面或体积的温度的读数。而且，测量准确度取决于实际测量点尺寸和测量距离，并且即使所有其他位置相等，对于相对较小的目标点，准确度通常不好于3-4℉。相对于距离的较小目标区域导致不太准确的测量。从被测量的表面元件到物品的表面元件的温度通常变化(顶部、底部、边缘、中心等)。此外，如果物品在冷冻过程中经历相变，则小温度变化可意味着大冷冻程度变化。在被测量的对象具有内部温度变化的频繁情况下，红外温度传感器无法可靠地检测内部或平均温度。例如，在连续冷冻过程期间，在食物内部存在温度梯度，其中产品的表面比产品的核心更冷。产品在其离开冷冻机后可能需要一段时间以使内部温度梯度消失以及使整个产品达到平衡温度。因此，在离开冷冻机时测量表面温度不是非常有用的，因为其与最终平衡温度不良好地相关联。另一方面，当温度探针插入具有内部温度梯度的产品中时，小穿透深度变化可导致显著的不准确性。
3.美国公开的专利申请2012/0237644描述了用于基于在烹饪期间测量食物物品的电阻抗来控制烹饪过程的方法。传感器探针插入食物物品中以用于阻抗测量，这将损害、改变、损坏或破坏食物物品的形状。另外，传感器表面在接触一个或多个食物物品时会产生食品安全问题。因此，接触测量方法仅适用于食物物品的随机和偶尔采样，并且这不是用于在连续生产中确定食物温度的可靠方法。
4.美国公开的专利申请2017/0138661公开了用于通过基于实时测量的食物产品的物理特性自动地自调整热传递来将食物产品冷冻到选定温度的方法。例如，参考文档建议应用红外(ir)传感器以进行食物产品温度测量和冷冻机控制。然而，这具有如上所讨论的许多缺点，包括红外传感器所测量的表面温度由于在冷冻期间的食物物品内和其表面上的温度梯度而不表示产品的平均温度或其总体冷冻程度。us2017/0138661还描述了用于通过连续调整热传递来控制冷冻过程的方法。在许多情况下，操作参数中的连续调整不是优选的。在调整了参数之后，系统需要时间来达到稳定性，并且该响应时间内的附加调整可导致过程控制中的严重不稳定性并且因此导致不良的产品质量。
5.美国专利号5189366公开了用于通过使样本穿过生成电磁场的线圈系统来确定材
料的温度的方法和装置，其中材料的电导率随温度变化。如果根据表达式处理电抗和电阻分量(如该专利中所述)，则该专利断言测量方法基本上独立于被测试的产品的横截面面积和尺寸。
[0006][0007]
其中kr是计算的振幅，x是电抗信号，r是电阻信号，并且α是在0.5与1.0之间变化的功率，这取决于材料的几何形状。具体地，本专利描述了用于通过运行一系列具有相同已知电导率和不同已知横截面的测试样本以及找到α的最佳拟合值来预先确定α的值的试错方法。然而，本发明人已经确定，可根据本专利的教导内容获得的结果并不总是独立于被测量的产品的尺寸和大小，至少当产品被完全或部分冷冻时。在许多商业过程中，在被处理的产品的质量、尺寸和形状方面存在可变性。例如，在家禽肉处理中，在被处理的单独鸡胸肉的尺寸、形状和重量方面存在显著差异。如果鸡胸肉的尺寸或形状或重量显著影响kr读数，则将非常难以推导出kr值的变化表示产品的平均温度的变化还是仅表示产品的重量、尺寸和/或形状的变化。这将使得kr读取作为测量产品平均温度的手段是不切实际的。
[0008]
相比之下，本发明提供了用于评估产品温度并且确定部分或完全冷冻的产品的冷冻程度的可靠技术，其方式不依赖于产品的尺寸或形状，并且是非侵入性的，并且不需要与产品接触更不用物理穿透到产品中。本发明还提供了用于避免来自其他因素(如高生产通量，其中多个产品件可同时穿过传感器)的错误读数的可靠技术。这些优点使本发明高度适用于各种各样的应用，包括但不限于评估被冷却或冷冻或加热的食物产品。


技术实现要素：

[0009]
本发明的一个方面是一种分析产品以确定其温度的方法，包括：
[0010]
(a)提供传导的具有待分析产品的组成的产品的实际温度与具有所述待分析产品的所述组成的产品在两个或更多个不同实际温度下表现出的相位角的关联，其中由给定产品表现出的所述相位角是在施加到所述给定产品的给定强度和频率的电磁场中测量的所述给定产品的电抗信号和所述给定产品的电阻信号的函数；
[0011]
(b)将所述给定强度和频率的电磁场施加到所述被分析的产品，测量所述被分析的产品在处于所述给定强度和频率的所述电磁场中表现出的所述电抗信号和所述电阻信号，并且根据所述被分析的产品的所测量的电抗信号和电阻信号来确定所述被分析的产品所表现出的所述相位角；以及
[0012]
(c)根据所述关联，根据步骤(b)中确定的所述相位角来确定所述被分析的产品的所述实际温度。
[0013]
本发明的另一个方面是一种分析产品以确定所述产品的冷冻程度的方法，包括：
[0014]
(a)提供传导的具有待分析产品的组成的产品的所述冷冻程度与具有所述待分析产品的所述组成的产品在两个或更多个不同冷冻程度下表现出的相位角的关联，其中由给定产品表现出的所述相位角是在施加到所述给定产品的给定强度和频率的电磁场中测量的所述给定产品的电抗信号和所述给定产品的电阻信号的函数；
[0015]
(b)将所述给定强度和频率的电磁场施加到所述被分析的产品，测量所述被分析的产品在处于所述给定强度和频率的所述电磁场中表现出的所述电抗信号和所述电阻信
号，并且根据所述被分析的产品的所测量的电抗信号和电阻信号来确定所述被分析的产品所表现出的所述相位角；以及
[0016]
(c)根据所述关联，根据步骤(b)中确定的所述相位角来确定所述被分析的产品的所述冷冻程度。
[0017]
本发明的另一个方面是一种操作装备的方法，所述装备提供在产品离开所述装备时处于期望范围内的实际温度的产品，所述方法包括：
[0018]
(a)使传导的产品到装备中并穿过装备，所述装备能够使所述装备内的所述产品经受能够修改所述装备内的所述产品的温度的至少一个可调整操作状况；
[0019]
(b)在以下中的一者或多个者处将给定强度和频率的电磁场施加到所述产品：(i)所述装备内的位置、或(ii)所述产品离开所述装备的位置、或(iii)所述产品进入所述装备的位置，测量由所述产品在所施加的电磁场中表现出的电抗信号和电阻信号，并且确定由所述产品表现出的相位角，其中由给定产品表现出的所述相位角是在施加到所述给定产品的给定强度和频率的电磁场中测量的所述给定产品的所述电抗信号和所述给定产品的所述电阻信号的函数；
[0020]
(c)根据所述产品的两个或更多个不同实际温度与在所述给定强度和频率的所述施加的电磁场中测量的具有所述被分析的产品的组成的产品所表现出的所述相位角的预定关联，根据所测量的相位角来确定所述产品的所述实际温度；以及
[0021]
(d)当步骤(c)中确定的所述产品的所述实际温度与所述产品的预定设定点实际温度之间的差异大于预定差值时，通过调整所述装备内的至少一个可调整操作状况以修改所述装备中的所述产品的实际温度来减小所述差异，使得所述产品在其离开所述准备时的实际温度处于所述期望范围内。
[0022]
本发明的另选实施方案是一种操作装备的方法，所述装备提供在产品离开所述装备时处于期望范围内的实际温度的产品，所述方法包括：
[0023]
(a)使传导的产品到装备中并穿过装备，所述装备能够使所述装备内的所述产品经受能够修改所述装备内的所述产品的温度的至少一个可调整操作状况；
[0024]
(b)在以下中的一者或多个者处将给定强度和频率的电磁场施加到所述产品：(i)所述装备内的位置、或(ii)所述产品离开所述装备的位置、或(iii)所述产品进入所述装备的位置，测量由所述产品在所施加的电磁场中表现出的电抗信号和电阻信号，并且确定由所述产品表现出的相位角，其中由给定产品表现出的所述相位角是在施加到所述给定产品的给定强度和频率的电磁场中测量的所述给定产品的所述电抗信号和所述给定产品的所述电阻信号的函数；
[0025]
(c)确定如步骤(b)中测量的由所述产品表现出的所述相位角与预定相位角设定点之间的差异；以及
[0026]
(d)当步骤(c)中测量的所述差异大于预定差值时，通过调整所述装备内的至少一个可调整操作状况以修改所述装备中的所述产品的温度来减小所述差异，使得所述产品在其离开所述准备时的实际温度处于所述期望范围内。
[0027]
本发明的另一个方面是一种操作装备的方法，所述装备提供在产品离开所述装备时处于期望范围内的冷冻程度的产品，所述方法包括：
[0028]
(a)使传导的产品到装备中并穿过装备，所述装备能够使所述装备内的所述产品
经受能够修改所述装备内的所述产品的冷冻程度的至少一个可调整操作状况；
[0029]
(b)在以下中的一者或多个者处将给定强度和频率的电磁场施加到所述产品：(i)所述装备内的位置、或(ii)所述产品离开所述装备的位置、或(iii)所述产品进入所述装备的位置，测量由所述产品在所施加的电磁场中表现出的电抗信号和电阻信号，并且确定由所述产品表现出的相位角，其中由给定产品表现出的所述相位角是在施加到所述给定产品的给定强度和频率的电磁场中测量的所述给定产品的所述电抗信号和所述给定产品的所述电阻信号的函数；
[0030]
(c)根据所述产品的两个或更多个不同实际冷冻程度与在所述给定强度和频率的所述施加的电磁场中测量的具有所述被分析的产品的组成的产品所表现出的所述相位角的预定关联，根据所测量的相位角来确定所述产品的所述冷冻程度；以及
[0031]
(d)当步骤(c)中确定的所述产品的所述冷冻程度与所述产品的预定设定点冷冻程度之间的差异大于预定差值时，通过调整所述装备内的至少一个可调整操作状况以修改所述装备中的所述产品的冷冻程度来减小所述差异，使得所述产品在其离开所述准备时的冷冻程度处于所述期望范围内。
[0032]
本发明的又另一方面是一种装备，所述装备能够修改所述装备内的产品的温度，包括：
[0033]
壳体，所述壳体具有从入口到出口延伸通过所述壳体的通道，以及能够使产品从所述入口到所述出口移动通过所述通道的第一装置，以及所述壳体内的一个或多个出口，液体或气态热传递介质能够从所述一个或多个出口传递到所述通道中以建立所述壳体内的产品暴露于的环境，其中所述壳体内的产品暴露于的至少一个状况是可调整的以修改所述通道内的产品的温度；
[0034]
第二装置，所述第二装置处于以下中的一者或多者处：(i)所述壳体内的位置、或(ii)离开所述壳体的出口处的位置、或(iii)进入所述壳体的入口处的位置，其能够向产品施加电磁场，
[0035]
第三装置，所述第三装置可操作地连接到所述第二装置并且能够测量由产品在所述电磁场中表现出的所述电抗信号和由产品在所述电磁场中表现出的所述电阻信号，并且根据其计算由所述产品表现出的所述相位角；
[0036]
第四装置，所述第四装置可操作地连接到所述第三装置并且能够确定由所述产品表现出的预定设定点相位角与由穿过其所述通道的所述产品表现出的所述相位角之间的差异，和
[0037]
第五装置，所述第五装置可操作地连接到所述第四装置并且能够调响应所述差异而整所述壳体内的所述产品暴露于的至少一个操作状况以减小所述差异。
[0038]
本发明的另选实施方案包括：
[0039]
一种装备，所述装备能够修改所述装备内的产品的温度，包括：
[0040]
壳体，所述壳体具有从入口到出口延伸通过所述壳体的通道，以及能够使产品从所述入口到所述出口移动通过所述通道的第一装置，以及所述壳体内的一个或多个出口，液体或气态热传递介质能够从所述一个或多个出口传递到所述通道中以建立所述壳体内的产品暴露于的环境，其中所述壳体内的产品暴露于的至少一个状况是可调整的以修改所述通道内的产品的温度；
[0041]
第二装置，所述第二装置在所述壳体内和/或在离开所述壳体的出口处和/或在进入所述壳体的入口处，其能够向产品施加电磁场，
[0042]
第三装置，所述第三装置可操作地连接到所述第二装置并且能够测量由产品在所述电磁场中表现出的所述电抗信号和由产品在所述电磁场中表现出的所述电阻信号，并且根据其计算由所述产品表现出的所述相位角；
[0043]
第四装置，所述第四装置可操作地连接到所述第三装置并且能够根据具有与穿过所述通道的所述产品相同的组成的参考产品的温度与其相位角之间的预定关联，确定所述产品的预定设定点温度与对应于所述产品的所计算的相位角的所述产品的所述温度之间的差异；和
[0044]
第五装置，所述第五装置可操作地连接到所述第四装置并且能够调响应所述差异而整所述壳体内的所述产品暴露于的至少一个操作状况以减小所述差异。
[0045]
本发明的其他另选实施方案包括一种装备，所述装备能够修改所述装备内的产品的冷冻程度，包括：
[0046]
壳体，所述壳体具有从入口到出口延伸通过所述壳体的通道，以及能够使产品从所述入口到所述出口移动通过所述通道的第一装置，以及所述壳体内的一个或多个出口，液体或气态热传递介质能够从所述一个或多个出口传递到所述通道中以建立所述壳体内的产品暴露于的环境，其中所述壳体内的产品暴露于的至少一个状况是可调整的以修改所述通道内的产品的冷冻程度；
[0047]
第二装置，所述第二装置在所述壳体内和/或在离开所述壳体的出口处和/或在进入所述壳体的入口处，其能够向产品施加电磁场，
[0048]
第三装置，所述第三装置可操作地连接到所述第二装置并且能够测量由产品在所述电磁场中表现出的所述电抗信号和由产品在所述电磁场中表现出的所述电阻信号，并且根据其计算由所述产品表现出的所述相位角；
[0049]
第四装置，所述第四装置可操作地连接到所述第三装置并且能够根据具有与穿过所述通道的所述产品相同的组成的参考产品的冷冻程度与其相位角之间的预定关联，确定所述产品的预定冷冻程度与对应于所述产品的所计算的相位角的所述产品的所述冷冻程度之间的差异；和
[0050]
第五装置，所述第五装置可操作地连接到所述第四装置并且能够调响应所述差异而整所述壳体内的所述产品暴露于的至少一个操作状况以减小所述差异。
[0051]
本发明的另一个方面是一种操作装备的方法，所述装备提供在产品离开所述装备时表现出期望范围内的选定物理特性的产品，所述方法包括：
[0052]
(a)使传导的产品到装备中并穿过装备，所述装备能够使所述装备内的所述产品经受能够修改所述装备内的所述产品的选定物理特性的至少一个可调整操作状况；
[0053]
(b)在以下中的一者或多个者处将给定强度和频率的电磁场施加到所述产品：(i)所述装备内的位置、或(ii)所述产品离开所述装备的位置、或(iii)所述产品进入所述装备的位置，测量由所述产品在所施加的电磁场中表现出的电抗信号和电阻信号，并且确定由所述产品表现出的相位角，其中由给定产品表现出的所述相位角是在施加到所述给定产品的给定强度和频率的电磁场中测量的所述给定产品的所述电抗信号和所述给定产品的所述电阻信号的函数；
[0054]
(c)确定如步骤(b)中测量的由所述产品表现出的所述相位角与对应于所述选定物理特性的期望值的预定相位角设定点之间的差异；以及
[0055]
(d)当步骤(c)中测量的所述差异大于预定差值时，通过调整所述装备内的至少一个可调整操作状况以修改所述装备中的所述产品的选定物理特性来减小所述差异，使得所述产品在其离开所述准备时的选定物理特性处于所述期望范围内。
[0056]
根据本发明的装备，其用于执行上述方法并且能够修改所述装备内的产品的选定特性，包括
[0057]
壳体，所述壳体具有从入口到出口延伸通过所述壳体的通道，以及能够使产品从所述入口到所述出口移动通过所述通道的第一装置，以及所述壳体内的一个或多个出口，液体或气态热传递介质能够从所述一个或多个出口传递到所述通道中以建立所述壳体内的产品暴露于的环境，其中所述壳体内的产品暴露于的至少一个状况是可调整的以修改所述通道内的产品的选定特性；
[0058]
第二装置，所述第二装置处于以下中的一者或多者处：(i)所述壳体内的位置、或(ii)离开所述壳体的出口处的位置、或(iii)进入所述壳体的入口处的位置，其能够向产品施加电磁场，
[0059]
第三装置，所述第三装置可操作地连接到所述第二装置并且能够测量由产品在所述电磁场中表现出的所述电抗信号和由产品在所述电磁场中表现出的所述电阻信号，并且根据其计算由所述产品表现出的所述相位角；
[0060]
第四装置，所述第四装置可操作地连接到所述第三装置并且能够确定对应于所述选定物理特性的期望值的预定设定点相位角与由穿过其所述通道的所述产品表现出的所述相位角之间的差异，和
[0061]
第五装置，所述第五装置可操作地连接到所述第四装置并且能够调响应所述差异而整所述壳体内的所述产品暴露于的至少一个操作状况以减小所述差异。
[0062]
如本文所用：
[0063]“实际温度”是指在产品的整个质量中平均的产品温度的平均值。
[0064]
出于本发明的目的，“实际温度”可以许多不同方法中的任一者确定，条件是在本发明的任何给定具体实施中，前述关联和确定是相对于相同方法。当产品没有内部温度梯度时，确定实际温度很容易通过使温度计接触产品的表面或通过将温度计插入产品中或在一些情况下使用红外温度传感器来完成。然而，在许多工业应用中，从温度控制装置(例如，连续冷却器)离开的产品将具有内部温度梯度。在这种情况下，本领域技术人员熟悉的不同技术用于确定产品的实际或平均或平衡温度。一种方式是将产品放置在良好隔离的容器中，该容器不允许热泄漏。一旦内部温度梯度消失，使用温度计的以上规程就可用于确定产品的实际温度。测量具有内部温度梯度的产品的实际或平均温度的另一种方式是使用如水量热法的方法。在水量热法中，将已知质量的具有内部温度梯度的产品浸入处于已知起始温度的已知量的液体(优选地为水)。液体和产品在良好隔离的容器中接触以便不允许从或到环境的热泄漏。一旦液体-产品的混合物的温度稳定，就使用此最终混合物温度来确定产品的实际温度，然后使用能量平衡将其浸入液体中。本领域技术人员将认识到，存在可利用的上述技术的许多变型。例如，代替使用水，可将产品浸入沸腾液体(如液氮)中。在这种情况下，在能量平衡方程中使用气化的液氮量来测量产品的实际温度。
[0065]
产品的“冷冻程度”是指相对于以固相或液相存在于产品中的所有通常液体材料的总量的以固相存在于产品中的所有通常液体材料的部分，其中“通常液体材料”是在25℃和一个大气压下为液体的材料。水是通常液体材料的示例。如果存在于产品中的通常液体材料的一些但不全部是固体，则认为产品被“部分冷冻”。如果存在于产品中的所有通常液体材料是固体，则认为产品被“完全冷冻”或“全部冷冻”。
[0066]“冷却”产品是指从产品移除热量，由此减小产品的温度；“冷却”包括从产品移除热量而不致使产品中的任何通常液体材料冷冻，并且包括从产品移除热量并引起一些通常液体材料的冷冻，或产品中的所有通常液体材料的冷冻。
[0067]“传导”意味着产品是电传导的、电磁传导的或两者，至少产品在其处于电磁场时发射信号的程度。如果产品包含水(无论是液体、固体、或部分液体和部分固体)或包含一种或多种使产品传导的物质，则产品可以是“传导的”。此类物质的示例包括通过有机或无机离子化合物的水中电离形成的离子，并且包括解离的有机和无机酸或盐。产品内的使其电磁传导的其他材料也可被水取代。
[0068]“相位角”是指产品在电磁场中表现出的特定的特性性质，如本文中的等式(1)中定义的。通过进一步解释该方程如何重要，在将交流电磁场施加到电磁传导产品时，在产品本身中生成单独的交变场。在这种情况下，相位角被定义为施加和感应的交流电磁场之间的移位或延迟。此移位或延迟或相位角是由于产品的电抗(x
product
)和电阻(r
product
)并且数学上等于x
product
和r
product
的比率的反正切在可商购获得的金属检测器装备中，当产品穿过金属检测器生成的电磁场时，由检测器电子器件测量电抗信号(x
signal
)和电阻信号(r
signal
)。这些信号与x
product
和r
product
相同或与其相关。实际电抗和电阻与由电子器件测量的那些之间的差异可能是由于多个因素，包括测量线圈的距离以及产品与测量线圈之间的距离。被发现用于本发明的相位角优选地定义为所测量的电抗信号和电阻信号的比率的反正切虽然作为一般情况，相位角也可以是通过常数移位的上述数学函数中的任一者的修改，例如，将相位角移位90度并且另外作为一般情况，相位角可以是x
product
、r
product
、x
signal
、r
signal
的任何数学函数，其满足以下标准：(a)将电抗值和电阻值标准化以减小产品的质量、尺寸、大小的影响并且放大温度的影响，(b)然后应用抑制函数以进一步减小感兴趣的所有温度下的质量、尺寸、大小的影响，以及(c)相对于温度，优选至少在所有感兴趣温度下，数学函数应是单调的；本文的等式(1)的相位角已经被发现满足所有这些考虑因素。
附图说明
[0069]
图1a是根据本发明的温度确定的方法的流程图。
[0070]
图1b是根据本发明的确定冷冻程度的方法的流程图。
[0071]
图1c是在从产品未被冷冻的点延伸到产品被完全冷冻的点的温度下的产品的焓相对温度的代表性曲线图。
[0072]
图1d是根据本发明的用于实现选定特性的期望值的另一个方法的流程图。
[0073]
图2是可利用其实施本发明的装置的剖视图。
[0074]
图3是用于实现本发明的连接的示意性表示。
[0075]
图4a和图4b是在对相位角应用标准化函数和抑制函数以获得与质量、尺寸、形状或大小无关的温度敏感准确度时的代表性曲线图。
具体实施方式
[0076]
本发明用于其中期望确定产品的实际温度或确定产品的冷冻程度的任何物理应用。许多示例存在于用于制造、处理、加热或冷却产品的商业方法中。优选的示例在食物产品的冷却中，诸如通过使用用于冷却或冷冻食物产品(这是指完全可食用的产品，以及可食用并且包含在包装中的产品，该包装本身可能不被认为是可食用的)的装备。以下描述将参见食物产品的冷却(或冷冻)以说明本发明，但不旨在将本发明的适用性限于此类应用。可利用其实现本发明的食物产品的实例包括水、水性饮料、水果、蔬菜(整体或切片)、海鲜、家禽、除海鲜和家禽外的肉、即食食品、食品成分和烘焙食品。
[0077]
本发明利用如本文所定义的产品表现出的相位角和产品的实际温度之间，以及如本文所定义的产品表现出的相位角和产品的冷冻程度之间的迄今为止未识别的关系。基于在暴露于外部电磁场时由产品发射的电磁场的检测，相位角与传导的产品的冷冻程度或确定的(或平衡的)温度相关联。此类产品表现出电阻和电抗特性的组合，其中它们的组合被称为阻抗。具体地，电阻源自产品中的离子(诸如食物产品中)，而电抗由产品的电容特性驱动。这两种特性都受产品的实际温度及其组成影响。
[0078]
当产品暴露于外部(初级)电磁场时，在产品中感应出涡流，该涡流生成次级电磁场，并且次级电磁场被测量为复杂信号，该复杂信号被检测器进一步分解为电阻信号和电抗信号。初级施加场和次级生成场之间存在移位或延迟。此移位或延迟有时被称为相位角。次级复杂信号的振幅、频率和相位角受产品的电阻和电抗以及受初级场的振幅和频率影响。初级电磁场的最优选频率介于100khz与1mhz之间，但也可使用介于50khz和1000khz之间的较大范围内的频率。如本技术领域中已知的，通过施加具有期望频率的交流电来提供电磁场的期望频率。(虽然可利用直流电来建立电磁场，但交流电是优选的。)特别地，次级复杂信号的相位角、电阻信号(r或r
signal
)的振幅和电抗信号(x或x
signal
)的振幅与产品的电阻和电阻强烈相关联。相位角θ根据等式(1)确定：
[0079]
(1)θ＝arctan(电抗信号/电阻信号)
[0080]
如下文进一步描述的，已经发现电阻信号和电抗信号两者以及因此给定产品的相位角受温度、冷冻期间的相变和产品的冷冻程度影响。上文所提及的电抗信号和电阻信号可以是产品在给定温度下经受给定初级场时的基本特性，或者其可以是这种基本特性的函数，如通过检测次级感应场的装备测量的。相位角也可以是等式1的修改，例如，将相位角移位90度
[0081]
通常，相位角也可被定义为满足以下标准的电抗信号和电阻信号的任何数学函数。
[0082]
i.将标准化函数应用于电抗信号和电阻信号，n(x,r)，其减小产品的质量、尺寸、形状的影响，但放大温度影响与尺寸/大小影响之间的对比。标准化函数的一些示例是
其中α，β是常数。
[0083]
ii.在一些情况下，还需要将抑制函数d(n(x,r))应用于标准化函数以进一步为温度控制应用抑制尺寸/大小影响。抑制函数的一些示例是arctan(n)、arctan(n) a，其中a是恒定的。
[0084]
标准化和抑制函数的主要目的是确保表示相位角的最终数学函数基本上独立于产品质量、尺寸和大小，而不牺牲检测产品温度变化的能力。必须在标准化函数和抑制函数的选择中考虑以下因素。应用因素包括食物温度、食物温度的准确度的要求、食物大小/尺寸，以及食物大小/尺寸的可能变化。单独的标准化函数(图4a)或标准化和抑制函数(图4b)一起应确保来自尺寸/大小/形状的相位角变化在温度测量准确度的要求内。在图4a和图4b中，正方形、星形、圆形符号是分别处于设定温度、设定温度加准确度(δ)、设定温度减准确度的食物物品。例如，五个正方形符号表示处于设定温度的具有不同大小/尺寸的五个食物物品。理想地，相位角应完全独立于尺寸/大小，因此具有相同温度的符号应形成图4b中的直线水平线。在温度控制应用中，如果处于不同温度的食物物品的相位角值没有重叠，则可选择标准化和抑制函数。详细地，来自正方形组的相位角的最大值小于来自圆圈组的最小值，并且来自方形组的相位角的最小值大于来自星形组的最大值。在图4a中不满足上述要求，因为单独的标准化函数不能够消除大小/尺寸的影响。在这种情况下，对于相位角定义，标准化和抑制函数都是必需的，以便测量温度。最终数学函数也应相对于产品温度为单调的。这是确保函数不会失去识别产品温度差异的能力。然而，出于本发明的目的，已经确定等式(1)的定义满足所有这些考虑因素并且在已经实现所有此类标准化和抑制之后提供相位角；也就是说，在已经根据等式(1)确定相位角之后，不需要进行相位角值的标准化或抑制。此外，将认识到，(电抗信号)与(电阻信号)的比率与每个信号的特定单位无关，条件是每个信号的值以相同的单位确定。
[0085]
现在参考图1a，示出了可根据本发明执行以确定产品的实际温度的步骤的流程图。
[0086]
元素201表示将电磁场施加到产品的方法步骤。元素202表示其中测量响应于所施加的电磁场而引起的产品的电抗信号和电阻信号的步骤，并且基于在该步骤中测量的电抗信号和电阻信号的振幅根据等式(1)确定相位角。优选的实施方案是提供多个电线圈并且使产品穿过线圈，同时使交流电流过线圈中的一者以建立产品穿过的电磁场。多个线圈中的其他线圈用于检测产品在其通过第一线圈的电磁场之后发射的次级复杂信号。次级复杂信号的电阻和电抗分量由检测器确定。执行这些功能的装置是已知的。相位角优选地根据显示为平坦“尾部”的信号的部分确定，从而忽略(或过滤，视觉上或电子地)正确表征为“噪声”的任何峰。
[0087]
当然将认识到，为了使得可以从产品检测到次级信号，相应的线圈将需要彼此足够靠近地定位(考虑到相关因素，诸如产品穿过的电磁场的强度、产品移动通过第一线圈并朝向检测线圈移动的速度，以及产品在其已经穿过第一线圈之后继续发射其电磁场的能力)，使得由产品发射的信号可由检测线圈检测。
[0088]
元素203表示已经单独建立的参考产品(该参考产品具有与被处理的产品相同的组成)的实际温度与如确定的其在具有与步骤201中施加到产品的电磁场相同的强度和频率的电磁场中表现出的相位角的关联。关联优选地通过以下方式来建立：使具有与待分析产品相同的组成的参考产品在不同的实际温度(优选地至少两个不同的实际温度并且更优选地2至10个不同的实际温度)下经受被分析的产品所经受的强度和频率的电磁场，以及通过测量电阻信号值和电抗信号值并且根据等式(1)或如先前所描述的电抗信号和电阻信号的任何其他函数计算相位角来确定参考产品的每个样本在每个相应温度下表现出的相位角。对于正在经受本发明的每个产品或产品类型，这种关联通常将是不同的。如本文所述，已经发现产品的不同实际温度对应于所获得的不同相位角。
[0089]
如所指示，被分析的产品的实际温度与被分析的产品所表现出的相位角之间的上述关联可直接建立，即通过实际测试具有与待分析产品相同的组成的参考产品。然而，本发明还可通过间接建立关联来实现，即通过建立(通过实际测试)具有与待分析产品相同的组成的产品所表现出的相位角与其组成不同于待分析产品的参考产品之间的第一关联，以及参考产品所表现出的相位角和具有与待分析产品相同的组成的产品的实际温度之间的第二关联。以此方式，在实践本发明时，可使用在一种或多种组成组分方面与待分析产品仅相差几个百分比(至多5％或甚至高至10％)的参考产品。因此，参考产品的组成与待分析产品的组成相同并非总是必须的。例如，调查(husak,ryan lon，“针对烹饪肉产率、肉组成和相对值的源自有机、自由范围和常规生产系统的可商购肉鸡的调查(a survey of commercially available broilers originating from organic,free-range and conventional production systems for cooked meat yields,meat composition and relative value)”(2007)，回顾性学位论文和专题论文，14523)示出了美国的可商购腿肉中的平均水分水平具有1％的均值标准误差(sem)。在这种情况下，只要参考产品的组成在一个或多个组成组分方面仅以几个百分比(多至10％)不同于待分析产品的组成，就可选择参考产品。另选地，美国农业部已经建立了食物组成数据库，其中记录了具有不同通用产品代码(upc)的食物产品的组成。参考产品应具有与待分析产品相同的upc编号。
[0090]
元素204表示以下的步骤：其中针对被处理的产品，通过在上述关联(在元素203中)中发现与由于执行步骤201和202而确定的相位角相对应的实际温度来确定已经经受步骤201和202的产品的实际温度。
[0091]
任选元素205表示出于许多功能目的中的任一者(诸如控制加工或处理其实际温度被确定的产品的装置的操作)利用所确定的实际温度。本文对食物冷却装置的控制的描述是根据本发明确定的实际温度的这种利用的一个示例。
[0092]
现在参考图1b，示出了可以根据本发明的方式执行以确定产品的冷冻程度的步骤的流程图。
[0093]
图1b中的元素201和202表示如上文相对于图1a所述的相同方法步骤。
[0094]
图1b中的元素206表示已经单独建立的被处理的产品的冷冻程度与如根据等式(1)确定的其在具有与步骤201中施加到产品的电磁场相同的强度和频率的电磁场中表现出的相位角的关联。关联通常通过以下方式来建立：使产品的参考样本在不同的实际冷冻程度(优选地至少两个不同的实际冷冻程度并且更优选地2至10个不同的实际冷冻程度)下经受执行本发明的强度和频率的电磁场，以及通过测量电阻信号值和电抗信号值并且根据
等式(1)或如先前所描述的电抗信号和电阻信号的任何其他函数计算相位角来确定产品的每个样本在每个相应冷冻程度下表现出的相位角。对于正在经受本发明的每个产品或产品类型，这种关联通常将是不同的。下文相对于图1c描述了应用确定冷冻程度的方法。
[0095]
图1b中的元素207表示以下的步骤：其中针对被测试的产品，通过在上述关联(在元素206中)中发现与由于执行步骤201和202而确定的相位角相对应的实际冷冻程度来确定已经经受步骤201和202的产品的实际冷冻程度。
[0096]
图1b中的任选元素208(类似图1a中的任选元素205)表示出于许多功能目的中的任一者(诸如控制加工或处理其温度被确定的产品的装置的操作)利用所确定的冷冻程度。本文对食物冷却装置的控制的描述是根据本发明确定的温度的这种利用的一个示例。
[0097]
现在参考图1d，示出了可执行以控制加工或处理其温度被确定的产品的装置的操作的步骤的流程图。
[0098]
图1d中的元素201和202表示如上文相对于图1a所述的相同方法步骤。
[0099]
图1d中的元素209(类似图1a中的元素205)表示出于许多功能目的中的任一者(诸如控制加工或处理其相位角被确定的产品的装置的操作)利用已经经受步骤201和202的所确定的相位角。预定设定点相位角对应于产品的选定物理特性的期望值。本文对食物冷却装置的控制的描述是根据本发明确定的温度的这种利用的一个示例。
[0100]
转到图1c，在点a和d之间延伸的实线表示纯液体(诸如水)的焓与其温度之间的理想化关系。在点a的区域中，纯液体完全处于液态。随着热量从液体移除并且液体的焓减少，液体冷却并且其温度减少，如从点a的区域到点b的区段所示的。点b表示纯液体冷冻的首次开始。
[0101]
随着附加热量从液体移除，其焓继续减少。在理想化设置中，纯液体的温度将保持恒定，直到达到点c，该点表示纯液体已经完全冷冻的点。在理想化情况下，连接点b和点c的线是垂直的，并且此线与温度轴相交的点被认为是纯液体的冷冻点。然后，随着附加热量从现在完全冷冻的产品移除，产品的焓继续朝向点d的区域减少。
[0102]
在产品是包含液体和固体以及其中一些可溶解于液体或固体中的其他成分的混合物的情况下，在焓已经减小以便达到点b之后从产品移除热量和焓会致使产品的温度沿着图1c中的虚线所示的路径逐渐减少。正当产品中的越来越多的液体逐渐变得冷冻时的温度的逐渐减小对应于由产品中存在的其他组分引起的产品的冷冻点减小。因此，对于产品的任何焓含量h2，存在对应的温度t2。这也意味着在整个文件中可通过焓取代实际温度。
[0103]
任何给定产品的冷冻程度可按照以下来确定：通过建立所讨论的产品的参考曲线(即，图1c中显示为虚线的曲线)，通过执行对应于h1(其为冷冻首次出现的点b处的焓值)与h3(其为产品中没有更多的液体可被冷冻的焓值)之间的产品的一系列不同焓值的温度t2的一系列确定。然后将产品的冷冻程度确定为(h1-h2)/(h1-h3)的值，表示为百分比。
[0104]
可以若干不同方式中的任一种利用设备以执行这些功能。也就是说，从线圈接收输入的设备可测量并向用户提供电抗信号和电阻信号的值，用户根据该值确定相位角并且根据相位角与实际温度或冷冻程度的预定关联，视情况而定单独(或手动地)根据相位角确定实际温度或冷冻程度。另选地，设备可从线圈接收输入并且直接确定并向用户提供相位角(即，根据已经测量的电抗信号和电阻信号)，用户根据上述关联视情况而定单独(或手动地)根据该相位角确定实际温度或冷冻程度。另选地，设备可从线圈接收输入，直接确定相
位角(即，根据已经测量的电抗信号和电阻信号)，并且根据已经包含在设备中的前述关联视情况而定直接确定并向用户提供实际温度或冷冻程度。另一个另选方案是使用户从设备接收电抗信号和电阻信号的值，并且然后将那些值输入到直接确定相位角的设备中，根据已经在设备中的关联来确定实际温度或冷冻程度。
[0105]
这些实施方案中的任一者可与控制用于处理所讨论产品的装备内的状况的控制组合(甚至在同一设备中)，使得根据电抗信号和电阻信号以及根据相位角确定的温度或冷冻程度值调整和控制状况。参考本发明对装置的应用进一步详细地描述了本发明，其中食物产品可被冷却并且如果需要被冷冻。实验已确定(a)产品的实际温度(及其冷冻程度)与其在不同温度下表现出的相位角之间存在可靠和可重现的关联；并且(b)无论产品中的水分是完全未冷冻、部分冷冻还是完全冷冻都存在关联，使得还可确定水分的冷冻程度；并且(c)关联独立于产品的质量、尺寸和大小，从而在允许跨不同产品样本比较结果的基础上极大增强了本发明的方法用于确定实际温度的能力。
[0106]
参考图2，示出了用于冷却或冷冻食品或加热产品(如果如本文所述的那样修改)并且实现本发明的典型装置。
[0107]
用于冷却、冷冻或加热产品的装置10包括由顶壁14a和多个侧壁14形成的壳体12，该顶壁和多个侧壁在其中限定内部腔室16。入口18被设置通过侧壁14中的一者，而出口20设置在侧壁中的另一者中，通常定位在壳体12的与入口18相对的端部处。入口18和出口20提供腔室16与装置10外部的区域之间的连通。运输组件(诸如传送带22)移动通过腔室16并且将食物产品24从入口18传送通过腔室16到达出口20。传送带22可以是任何已知类型的构造，例如不锈钢网带。带22由任何常规装备推进，诸如在图2中表示为42的驱动马达。
[0108]
为了在装置10中冷却产品24，在腔室16中建立足够冷的气氛以便冷却或者(如果需要)冷冻产品24。一些实施方案采用冷气或冷冻剂的注射，其是指在32℉和一个大气压的环境状况下是气态的液态或固态物质，示例包括液氮和固体二氧化碳颗粒(“干冰雪”)。如本技术领域中已知的，液体二氧化碳从出口穿过到通道中会致使液体二氧化碳形成固体，即前述干冰雪。这在本发明的实践中被认为是液体热传递介质从出口穿过。可将冷冻剂通过管道26引入腔室16中。管道26可包括阀28(诸如调节控制阀)以控制或限制被引入到装置10的腔室16中的冷冻剂的量。冷冻剂管道26与冷冻剂的远程源(未示出)流体连通，该冷冻剂可以是例如氮气、液氮(lin)或液体二氧化碳。腔室16中的管道26的端部30被分支或分裂成多个区段32或部分以提供包括多个喷嘴34的喷杆，其用作从管道提供的冷冻剂的分配臂或歧管。区段32还可设置有至少一个以及针对大多数应用设置有多个喷嘴34，该喷嘴将冷冻剂的喷雾36分配或喷射到传送带22上靠近其经过的食物产品24上。冷冻剂喷雾36通常呈lin或固体二氧化碳雪的形式以用于从喷嘴34下方经过的食物产品中吸取热量。
[0109]
在另选实施方案中，冷气氛由制冷单元48在腔室16中建立，该制冷单元将腔室16内的气氛(冷空气)汲取到单元48中并且跨管道、翅片或其他金属表面(其由穿过它们的液体冷却剂或制冷剂冷却)，以及将冷却的气氛从单元48中的出口排放到腔室16中。单元48可依赖于冷冻剂的排除，在这种情况下，管道26和区段32和喷嘴34不需要存在，或者单元48可与施加冷冻剂的装置一起采用。
[0110]
壳体12还设置有至少一个以及针对大多数应用设置有多个马达38，这些马达中的每个马达连接到并驱动对应的风扇40，该风扇用于使冷冻剂产品36或由制冷单元48提供的
冷气氛在腔室16内循环和移动，视情况而定，并且将腔室16中的气氛维持到将减小产品温度的期望冷温度。将认识到，取决于所使用的冷却技术，气氛可以是等温的或共流的(与产品在冷冻机气氛内传送的方向相同的方向上的温度曲线)或逆流的(与产品在冷冻机气氛内传送的方向相反或不类似的方向上的温度曲线)，并且可利用冲击、对流或接触冷却。风扇40的移动提供了跨腔室16分配冷气氛，使得在入口18处进入的食物产品24开始经受热传递并且因此进行冷却和/或冷冻。马达38可安装在壳体12外部，使得来自马达的热量对腔室16中的气氛具有最小影响。传送带22的配置是具有单次通过或多次通过的直带。
[0111]
装备包括一个或多个单元46，该一个或多个单元能够使产品24经受电磁场并且响应于电磁场而测量产品的电阻信号和电抗信号。单元46可位于以下位置中的一者或多者处，所有这些位置在图2中示出(尽管单元46不必位于图2中所示的所有位置处)；(i)在壳体16内，和/或(ii)在出口20处；和/或(iii)在入口18处。一个或多个单元46也可以是在传送机中的放置在单元10之前或之后的单独单元以及测量和/或控制与单元10的通信。在一些情况下，也可仅利用入口18处的单元46，尤其是如果每个产品的形状、尺寸和大小恒定并且对于产品发生的变化仅是其入口温度。单元46可包括或可连接到具有上述能力的任何组合的设备。
[0112]
在另选实施方案中，装置10可以是具有本文相对于图2描述的所有前述特征的封闭壳体，但其中带在入口和出口之间遵循装置内的弯曲路径，其中带在围绕中心轴线的行的竖直堆叠中重复地在其自身上方经过，从而形成螺旋或螺旋状物。已知为螺旋冷冻机的此类装置的示例在许多专利中发现，诸如美国专利号5398521、6912869和4953365。
[0113]
在其他另选实施方案中，装置10是开放或闭合的槽或u形容器或器皿或管状有夹套设备(诸如刮擦表面热交换器)，食物产品24通过螺旋钻或安装在由马达驱动的轴上的一个旋转桨或多个旋转桨的作用向前移动通过其。
[0114]
除了连续冷却或加热过程和装备之外，批量过程和系统(诸如机柜冷冻机或批量肉类混合器)也可受益于本发明。产品样本可使用采样系统来手动或自动地从腔室或混合器皿内部取出，使用上文所描述的本发明方法来测量，并且手动或自动地设置必要的停留时间和操作状况以实现产品的期望实际温度或冷冻程度。
[0115]
在其中改变或控制产品温度的一些商业上利用的装备中，产品可以是穿过的单个件，以沿产品移动的方向对准的列进行排列，其中列中的产品件之间存在间隙。在许多情况下，产品件也以垂直于产品移动的方向的行进行排列，使得给定行中的多个件同时穿过，有时彼此接触或在其他时间在它们之间存在小间隙。例如，当牛肉饼在食物处理设施中形成并冷冻时，典型的是提供沿着穿过冷冻机的传送带的宽度一字排开的一行4到6个肉饼。同一行中的肉饼之间通常存在几英寸或更小的间隙。
[0116]
当关于多个产品件操作本发明时，当然期望获得每个产品件的可靠读数，而没有诸如可能由给定件对电磁场的响应与也在场中进行分析的任何其他件的响应之间的干扰引起的错误读数。据信，由于多个产品件的响应之间的干扰引起的此类错误读数的风险可通过在多个产品件穿过给定电磁场时提供产品件之间的足够间距来减小或避免。待提供的间距将包括在件移动通过场的方向上的件之间的距离，并且可能还包括在与件移动通过场的方向垂直的方向上的件之间的距离。对于任何给定装置和产品集合，足以避免干扰的件之间的距离可容易地用实验方法来确定，例如通过使单个件经受场并且确定相位角(或根
据相位角确定诸如实际温度的特性)，并且然后关于该件以及存在的一个或多个附加件重复该步骤，这些附加件与第一件相距测量距离；并且然后确定使用单个件获得的读数(诸如相位角或温度)被看到改变的与第一件相距的距离；并且然后关于多个件操作本发明，该多个件间隔开的距离大于第一件的读数被看到改变的距离。
[0117]
将为合适的距离(其中多个产品件作为在件移动通过场的方向上对准的列穿过电磁场)的一个量度是沿着移动方向保持足够的距离，使得列中的最多仅一个产品在任何给定时间经受电磁场；也就是说，产品件仅在列中紧接在该产品件前方的件已经离开场之后进入场。在应用中，可通过将传送带的速度调整为比上游操作更快并且由此在产品件之间创建间隙来解决列中的产品件之间的间隙。
[0118]
装置10和类似装备可用于加热产品24而不是冷却产品，在这种情况下，代替冷冻剂或冷却空气，热空气或热气态组合物诸如蒸汽从单元48或从喷嘴34馈入壳体16中。可进行加热以简单地升高产品的温度，或烹饪产品，或者将其从完全或部分冷冻状态解冻。
[0119]
现在参考图3，控制器52处理来自一个或多个单元46的实时输入，该输入对应于由每个单元46检测的电抗信号和电阻信号，并且根据电抗信号和电阻信号输入确定相位角。控制器52根据相位角与先前已经提供到控制器中的实际温度的关联来确定对应于相位角的实际温度。然后，控制器52将因而确定的实际温度与预定设定点实际温度进行比较，并且确定所确定的实际温度与设定点实际温度之间的差异(如果有的话)以及差异的方向(即，差异指示所确定的实际温度高于设定点实际温度或低于设定点实际温度)。有利的是间歇性地进行这些测定和比较，诸如每0.1至20秒，而不是连续进行。等效方法适用于测量和控制产品的冷冻程度对比实际温度。
[0120]
控制器52连接到装置10的操作分量中的一者或多者，这些操作分量影响装置从产品中移除热量(或加热产品，视情况而定)的功能以提供对此类分量的操作的控制。此类分量包括但不限于：
[0121]
马达42的速度，通过其可控制带移动通过壳体16的速度，由此实现产品暴露于腔室16中的冷却或加热状况的时间长度的增加或减少；
[0122]
调整由单元48建立的温度和/或冷却或加热气氛循环通过单元48的速率，由此使得能够控制产品所暴露于的冷却或加热气氛的温度；
[0123]
气态热传递介质(例如，用于冷却产品的冷冻剂或冷空气，或用于加热产品的热空气或蒸汽)被馈入到腔室16或产品24上的速率(例如通过调整阀28)，由此使得能够控制多少此类热传递介质可用于施加到产品24；
[0124]
馈入腔室16中的热传递介质的温度，由此使得能够控制热传递介质冷却或加热产品24的速率；
[0125]
旋转风扇40的马达38的速度，由此使得能够控制热传递气氛在腔室16内循环并且朝向产品24推动的速率。
[0126]
当操作者期望时，控制器52可连接到装置10的任何一个或多于一个的任何数量的前述操作分量以在调整装置内的温度时控制装置的操作。
[0127]
单元46与一个或多个操作分量之间的互连允许装置10操作以自动控制和优化食物冷却或冷冻或加热，并且还可向操作者提供反馈以允许更精确地监督和控制定位在装置10上游和下游的其他过程。
[0128]
每个单元46测量穿过单元46的电磁场的每个产品所表现出的产品相位角。对于由产品表现出的检测到的相位角，产品的实际温度根据预定相位角-实际温度关联来确定并且与期望温度进行比较。如果产品的实际温度高于期望的设定点，则这意味着产品在达到可接受的极限之前将需要进一步冷却，并且可触发拒绝/重新工作状况。此外，控制器52将使用实际温度与期望温度之间的差异来确定是否需要对装置操作参数的任何改变以确保产品以期望的平衡温度离开。装置操作参数包括设定点温度、输送带速度、风扇速度、操作的风扇的数量(如果多于一个)、制冷剂控制阀打开百分比和其他参数。在此示例中，产品被不足地冷冻。这将触发冷冻机减小其气体温度设定点。另一种可能性是减少带速度(以增加停留时间)或增加风扇速度。当然，可将这些操作参数的任何组合一起调整。另一方面，如果检测到的产品实际温度低于期望的设定温度，则这指示了产品被过度地冷冻。冷冻机将类似地改变其操作参数以减小冷冻机的制冷能力，从而再次确保产品以期望的实际温度离开冷冻机。这种方法导致减小冷冻机操作成本。
[0129]
每0.1至20秒(优选地在每0.5至3秒的一次范围内)收集穿过单元46的食物产品所表现出的相位角值并将其存储。每次新产品件通过电磁场时也可收集相位角。为统计分析收集的相位角值的数量可以是20-2000(优选地在50-500的范围内)。如果在时间过去之前达到该值，则一旦收集新相位角，将消除最旧相位角。每1至300秒(优选地在10-100秒的范围内)在统计学上分析样本集合并且将其与预定义的目标相位角进行比较。并且如果差异大于预定差异，则将调整操作参数中的一者或多者。虽然可通过连续测量电抗信号和电阻信号并且连续确定和处理相位角来实践本发明，但非连续的测量和确定和处理是优选的。当调整冷冻机的操作状况时，始终存在修改的操作状况以达到稳态值的迟滞时间。如果在先前改变有机会达到稳态之前，对操作状况进行后续改变，则冷冻机操作可能变得不稳定。出于此原因，优选的是对冷冻机的操作进行连续改变。优选的是，不超过每1秒一次，优选地不超过每100秒一次，并且最优选地不超过每300秒一次地进行对冷冻机的操作状况的改变。
[0130]
与用于确定实际温度的其他技术相比，本发明的主要益处及其对相位角的依赖是在本发明中检测、确定和利用的参数独立于其表现出的相位角被确定的产品的质量、大小和尺寸，而不管产品是否被冷冻。下面是使用本发明中概述的方法来测量牛肉饼的实际温度的示例。为了比较，还遵循美国专利号5189366中概述的说明来测量产品的实际温度。
[0131]
实施例
[0132]
重量为6盎司以及厚度为0.5英寸的牛肉饼(80％瘦/20％肥)用于此研究。将牛肉饼在温控室中存储过夜。第一实验的温度被设置在0℉(几乎完全冷冻)并且第二实验的温度被设置在35℉(高于冷冻点)。通过两种方式测量肉饼的温度，即使用插入每个肉饼中的温度计，并且使用上文所描述的水量热法方法，以考虑任何潜在内部温度梯度。然后，使肉饼穿过利用300khz的场频率的可商购获得的金属检测器(赛默飞apex 500高性能)。肉饼以不同的配置进行布置以改变产品的大小、尺寸和形状。从金属检测器测量电抗(x)信号和电阻(r)信号。遵循美国专利号5189366的说明来确定比率(其中α在0.5到1之间变化)。同样，遵循本发明，按照来计算相位角。结果和比较示于下表1中。在35℉的温度(未冷冻)下，美国专利号5189366和本发明的方法均提供了相对独立于质量、形状和大小的温
度的量度。然而，在0℉(几乎完全冷冻)下，高度取决于质量、尺寸和大小。另一方面，在0℉下，相位角独立于质量、尺寸和大小。
[0133]
在商业肉饼冷冻操作中，0℉是大多数肉饼被冷冻以用于长期存储的温度。因此，0℉是商业相关温度。在大多数商业连续冷冻应用中，存在形成馈送一个冷冻机的多个肉饼形成线路。因此，在冷冻机的入口和出口处存在沿着传送机的宽度一字排开的多个肉饼。如果用于建立电磁场的线圈位于冷冻机的出口处以检测冷冻肉饼的实际温度，则多个肉饼将在给定时间进入场。如果肉饼形成线路中的一者或多者由于损伤或另一个原因而不起作用(已知其在商业设施中发生)，则进入冷冻机的肉饼的数量和场将改变。如果操作员正在使用美国专利号5189366的方法，则传送机上的肉饼数量的这种变化可被解释为产品的温度的显著变化，这是由于比率取决于产品的质量、尺寸和大小。然而，本发明的相位角方法将不给出相同错误。
[0134]
表1
[0135][0136]
本发明的方法可用于确保产品在处于期望值或在所期望的实际温度范围内的实际温度下离开装置10。在此类应用中，离开装置10的产品的实际温度可通过任何常规技术(在图2中由50表示)来测量，该常规技术可以是热电偶或温度计或其他温度测量设备。例如，如果产品在其离开时处于过高或过低的实际温度，则操作员可简单地调整装置10中的操作状况，使得基于与产品的相位角的关联使用本文所描述的方法中的任一者来确定的装置内的实际温度分别降低或升高。
[0137]
本发明的方法还可以利用实际温度与相位角之间的关联的方式来实现，如本文所述，但没有具体地包括确定实际温度的步骤。也就是说，实践本发明的装置(诸如相对于图2描述的装置)的操作的设定点可基于实际温度与相位角之间的上述关联来建立，但设定点是实际相位角值；并且然后响应于检测到相位角设定点与测量相位角之间的差异而进行装置的操作状况的调整。
[0138]
此外，正像产品在其离开装置10时的实际温度或冷冻程度是针对装置10内的状况是否需要被调整的有用指导，可替代地依赖产品在其离开装置10时的其他物理特性。此类其他物理特性的示例包括产品的视觉外观、产品的表面纹理或产品的内部粘性或粘度，其可能影响产品在后续处理步骤中的可处理性。在此类情况下，本发明的操作所基于的相位角设定点是在其离开装置时表现出期望特性的产品所表现出的相位角(如本文所述的定义
和确定)。操作员可修改装置10的操作状况以达到离开装置10的产品的期望状态或状况，建立由产品表现出的对应相位角，并且简单地使用该相位角作为装置10的设定点，包括相位角的可接受的可变性范围。