ITMI980714A1 - Procedimento per il controllo a distanza della temperatura in continuo ed in tempo reale di prodotti alimentari e chimici durante i processi - Google Patents

Description

TITOLARE: GODDINGTON LIMITED - CORK IE

DESCRIZIONE

Oggetto della presente invenzione è un procedimento per la misurazione ed il controllo della temperatura senza contatto e a distanza, in continuo ed in tempo reale di prodotti alimentari, dietetici, farmaceutici e simili, anche già confezionati, durante i processi di trattamento termico quali cottura, sterilizzazione, congelamento e simili.

Pure oggetto dell'invenzione è l'apparecchiatura per realizzare detto procedimento.

E’ noto che durante il riscaldamento di un prodotto possono verificarsi delle disuniformità nella distribuzione delle temperature all'interno del prodotto stesso dovute ad esempio al fatto che il prodotto non è omogeneo, ad esempio nel trattamento termico di un prodotto alimentare che deve essere conservato per un tempo più o meno lungo.

Tali disuniformità possono dar luogo a zone che non raggiungono la temperatura ottimale o che, pur raggiungendola, non vi permangono per un tempo sufficientemente lungo e tale da assicurare una perfetta sterilizzazione. Tali zone possono poi costituire punto di innesco di alterazioni del prodotto durante la sua conservazione.

Oppure, durante la cottura di un alimento da consumare al momento possono pure verificarsi delle irregolarità nella distribuzione delle temperature con la conseguenza che alcune parti possono risultare troppo cotte ed altre poco cotte e quindi l'alimento può risultare non soddisfacente sotto il profilo organolettico.

Per l'operatore è di fondamentale importanza rilevare le suddette disuniformità nella distribuzione delle temperature come pure i tempi di permanenza delle varie zone del prodotto a determinate temperature, nel corso del processo di riscaldamento, e quindi non è in grado di rendersi conto delle irregolarità verificatesi e di intervenire opportunamente ed in tempo per modificare e correggere il procedimento di cottura, sterilizzazione o congelamento del prodotto stesso. Per avere la sicurezza che il prodotto sia stato riscaldato e sterilizzato correttamente in tutti i suoi punti occorre o prolungare il riscaldamento oltre il tempo strettamente necessario oppure effettuare il riscaldamento stesso ad una temperatura superiore a quella dovuta, con conseguenti maggiori costi del trattamento e con il pericolo di deteriorare il prodotto.

Inoltre, durante il trattamento del prodotto possono verificarsi guasti o anomalie di funzionamento della apparecchiatura, anomalie che pure si ripercuotono negativamente sul grado di cottura e di sterilizzazione del prodotto, ed anche in questo caso, è necessario che l'operatore possa rendersene conto ed intervenire in tempo opportunamente.

Gli stessi o analoghi pericoli e/o inconvenienti possono verificarsi quando il prodotto viene raffreddato per essere sottoposto ad esempio a congelamento per una prolungata conservazione.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un procedimento per la misurazione ed il controllo della temperatura di prodotti alimentari, dietetici e simili durante i processi di trattamento termico quali cottura, sterilìzzazione/pastorizzazione, appertizzazione, surgelamento e simile, che consenta di rilevare in tempo reale la temperatura in tutti i punti del prodotto e di realizzare così una "mappa" delle temperature del prodotto stesso per poter controllare e regolare opportunamente il processo, intervenendo tempestivamente in caso di anomalia di funzionamento del processo e/o delle apparecchiature relative.

Altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un procedimento per il controllo ed il monitoraggio della temperatura di un prodotto nel corso di un processo di trattamento termico, in tutte le zone del prodotto stesso, anche di struttura e composizione disomogenea quali ad esempio lasagne, canelloni o in genere prodotti composti da grassi, proteine, sali ed acqua, il quale procedimento non richieda l'impiego di sonde o di altri mezzi a contatto con il prodotto, e possa essere realizzato mediante apparecchiature poste a distanza dal prodotto stesso, all'esterno dell'ambiente entro il quale si realizza il trattamento termico, quale forno, forno a microonde, autoclave e simili.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di realizzare un procedimento per la misurazione, il controllo ed il monitoraggio della temperatura senza contatto e a distanza di prodotti vari durante i processi di trattamento termico, anche quando tali prodotti siano già confezionati in adatti involucri a tenuta e fuori del contatto con l'ambiente, in modo da assicurare condizioni igieniche ottimali e massima sicurezza di sterilizzazione, appertizzazione e conservazione del prodotto stesso.

Ulteriore scopo ancora dell'invenzione è quello di realizzare e mettere a disposizione una apparecchiatura per realizzare detto procedimento di misurazione, controllo e monitoraggio della temperatura durante i processi di trattamento termico di prodotti alimentari, dietetici, farmaceutici e simili anche già confezionati in opportuni involucri.

Questi ed altri scopi ancora e relativi vantaggi che risulteranno dalla descrizione che segue, vengono raggiunti da un procedimento per la misurazione ed il controllo della temperatura di un prodotto alimentare, dietetico, farmaceutico o simile, durante i processi di trattamento termico quali cottura, riscaldamento, sterilizzazione/pastorizzazione, appertizzazione, raffreddamento, surgelamento e simili, il quale procedimento, secondo la presente invenzione, consiste nel rilevare la temperatura dei singoli punti del prodotto in fase di trattamento termico, mediante una termocamera I.R. atta a convertire i segnali di temperatura rilevati in una immagine I.R. la cui intensità dei punti varia in funzione delle temperature rilevate, posizionata a distanza, all'esterno dell'ambiente entro il quale avviene il trattamento termico, e nel confrontare detta immagine I.R. con una scala di riferimento o con una immagine o sorgente di riferimento opportunamente tarata, oppure nel convertire detta immagine I.R. in una mappa termica di detto prodotto in fase di trattamento.

In generale la necessità di misurare la temperatura di un alimento durante il suo ciclo di sterilizzazione/ pastorizzazione e appertizzazione, deriva dall'esigenza di garantire il raggiungimento dei "valori" di temperatura che ne garantiscano la sterilizzazione/pastorizzazione limitando il più possibile il deterioramento delle produzioni alimentari.

Questa necessità di "monitorare" la temperatura assume particolare importanza nel trattamento termico basato sulle microonde; infatti quest'ultima tecnica consente di adeguare molto rapidamente i parametri di "riscaldamento" del forno in funzione al tipo di alimento (caratteristica principale ed innovativa dell'impiego delle microonde per questo scopo).

Il procedimento deve consentire una misura della temperatura "dall'esterno" (non a contatto), in quanto non è possibile inserire all'interno del forno alcun tipo di strumento con parti metalliche. A causa delle correnti indotte dal campo RF le parti metalliche subiscono un forte riscaldamento quando sono "illuminate" dalle microonde, perturbando la misura stessa.

La termocamera I.R. consente una misura non a contatto della temperatura in quanto fornisce una immagine nella quale l'intensità luminosa dei singoli punti è determinata dalla temperatura superficiale dell'area osservata; di conseguenza, attraverso l'acquisizione e l'elaborazione delle immagini I.R. si ottiene la distribuzione spaziale o mappa dei valori di temperatura raggiunti dal prodotto.

Il rilevamento della temperatura dei singoli punti del prodotto e la loro conversione in immagine I.R. può essere intermittente, secondo intervalli di tempo prefissati, oppure in continuo.

In particolare per il riscaldamento di prodotti alimentari, i mezzi di trattamento termico possono essere costituiti da microonde, associate o meno ad altri mezzi, quali ad esempio radiazioni termiche prodotte da resistenze ad incandescenza o simile e detta termocamera I.R. è, secondo il trovato, posizionata all'esterno di un forno a microonde.

Inoltre secondo la presente invenzione, la misurazione della temperatura di detto prodotto viene effettuata, su detto prodotto sottoposto al trattamento termico confezionato in un involucro costituito da opportuna pellicola provvista di bande di trasparenza alle radiazioni infrarosse rilevabili mediante detta termocamera I.R. con idonea banda di sensibilità.

Detta pellicola provvista di idonee bande di trasparenza alla radiazione infrarossa viene scelta mediante analisi spettrofotometrica del materiale stesso. Risultano validamente impiegabili materiali costituiti da poliolefine, quali polietilene, EVOH, polipropilene e loro laminazioni composite di vari strati in vari spessori.

Inoltre, secondo il presente trovato, detta immagine I.R. è sovrapposta ad una immagine naturale del prodotto in fase di trattamento rilevata con una telecamera normale, per rendere più immediato ed automatizzabile il confronto delle due immagini.

Più particolarmente, la conversione di detta immagine I.R. in detta mappa termica secondo la presente invenzione, comprende le seguenti fasi:

- calibrazione sperimentale di detta termocamera inquadrando una sorgente di riferimento opportunamente tarata, posta a diverse temperature e comprendente gli elementi costitutivi della struttura del sistema di trattamento e dell'eventuale involucro del prodotto, così ottenendo una curva di calibrazione costituente la funzione di trasferimento di detta termocamera;

- valutazione del contributo energetico della radiazione I.R. emessa dagli elementi strutturali che viene riflessa dalla superfìcie del prodotto e/o dall'involucro utilizzati per il confezionamento del prodotto e sottrazione di detto contributo energetico,

- valutazione del contributo energetico della radiazione I.R. emessa dall'involucro;

- valutazione della emissività del prodotto mediante detta termocamera I.R. impiegando come riferimento eiementi ad emissività nota e posti alla stessa temperatura di detto prodotto e a vari livelli di temperatura, così ottenendo un fattore moltiplicativo di correzione; - acquisizione della immagine I.R. di detto prodotto in fase di trattamento mediante detta termocamera I.R. e: * sottrazione da detta immagine I.R. di detto contributo energetico emesso dagli elementi strutturali e riflesso dal prodotto e/o dall'involucro, ;* sottrazione da detta immagine I.R. di detto contributo energetico emesso dall'involucro,

- moltiplicazione del risultato di dette sottrazioni per detto fattore moltiplicativo di correzione;

- applicazione di detta funzione di trasferimento al risultato ottenuto con detta moltiplicazione e ottenimento di detta mappa termica.

Sempre secondo la presente invenzione, l'apparecchiatura atta a realizzare detto procedimento per la misurazione ed il controllo della temperatura di un prodotto alimentare, dietetico, farmaceutico e simile durante un processo di trattamento termico quale riscaldamento, sterilizzazione/pastorizzazione, raffreddamento e simili in tempo reale, senza contatto e a distanza, comprende:

- un forno o autoclave atto a contenere il prodotto da sottoporre a trattamento termico, provvisto di adatti mezzi di riscaldamento o raffreddamento quali generatori di microonde, serpentine di riscaldamento e/o di raffreddamento e simili e di almeno una finestra o apertura in corrispondenza della quale viene posto il prodotto, provvista di un mezzo di chiusura realizzato in un materiale trasparente alle radiazioni I.R.,

- una termocamera I.R. atta a rilevare la temperatura dei singoli punti del prodotto in fase di trattamento e a convertirla in immagine I.R., posta esternamente a detto forno o autoclave, in corrispondenza di detta finestra o apertura,

- mezzi per realizzare un riferimento calibrato, o una immagine di riferimento opportunamente tarata.

Secondo la presente invenzione, detto mezzo di chiusura della finestra è costituito da una lastra di Zaffiro sintetico, o di Quarzo o di Seleniuro di Zinco o di Solfuro di Zinco o simili.

Inoltre, detti mezzi per realizzare detta immagine di riferimento sono costituiti da una telecamera normale atta a trasmettere una immagine naturale di detto prodotto in fase di trattamento.

Sempre secondo la presente invenzione, detta finestra è provvista di mezzi schermanti atti a schermare elettricamente le microonde, eventualmente associati e/o incorporati in detto mezzo di chiusura della finestra.

Vantaggiosamente, tali mezzi schermanti sono costituiti da una retina metallica di passo adeguato ed opportunamente trattata.

Per questa tecnica di misura si utilizzano le termocamere I.R. che impiegano come sensori singoli elementi, cortine lineari o matrici bidimensionali con o senza sistemi di scansione e con materiale sensibile Antimoniuro di Indio (InSb), Tellururo di Cadmio e Mercurio (CMT), raicrobolometri, Seleniuro di Piombo (PbSe), la cui sensibilità cade nelle bande 2-5 μτη o 8-12 μιη a seconda del materiale sensibile.

Nelle misure di campioni confezionati (alimentari e non) la termocamera è dotata di opportuno filtro ottico che ne riduce l'intervallo di sensibilità in una regione dello spettro I.R., all'interno delle bande 2-5 μιη o 8-12 μιη, nella quale la pellicola ,di sigillatura ha una trasmissività sufficientemente alta con andamento costante, al fine di ridurre gli errori sistematici nella misura della temperatura.

L’immagine termica del campione da misurare viene focalizzata sul sensore da una ottica I.R. scelta in modo tale da inquadrare l'intero campione, nella installazione meccanica prevista, nel suo campo di vista. A solo titolo di esempio e senza ridurre 1'applicabilità del procedimento, per le pellicole costituite da più strati di polipropilene e di EVOH, può essere vantaggiosamente impiegata una termocaraera I.R. che utilizza un sensore da 256x256 elementi in InSb la cui sensibilità si estende nell'intervallo 2-5 μιη ma che, per la misura di campioni confezionati con pellicole di tipo EVOH, viene ridotta alla banda 4.2-4.8 μιη.

Le termocamera è corredata da alcuni accessori indispensabili per la sua installazione e utilizzo per campioni sottoposti a trattamento termico in autoclave. Per consentire l'osservazione "dall'esterno" degli alimenti viene montata sull'autoclave una finestra costituita da un materiale che sia trasparente nella regione dello spettro elettromagnetico nell'I.R. In particolare è importante che la radiazione I.R. emessa dagli alimenti, non venga attenuata e che la risposta dell'andamento spettrale della trasparenza sia sufficientemente piatto nella zona scelta per l'analisi I.R. I requisiti che il materiale della finestra deve soddisfare sono elencati di seguito:

- alta trasmissività nella banda di lavoro (3-5 μmα 8-12 μm )

- resistenza alla massima sovra-pressione dell'impianto - resistenza alla temperatura di esercizio (max 180°C) - resistenza meccanica e all'umidità

Per la banda 3-5 μιη lo Zaffiro sintetico è il materiale che meglio soddisfa i requisiti sopra elencati ed è di facile reperibilità in formati standard. Altri materiali utilizzabili sono: lo ZnS, lo ZnSe,..

Nel caso in cui la termocamera per vincoli di installazione debba essere montata in posizione orizzontale, per osservare all'interno dell'autoclave viene utilizzato uno specchio particolare.

Per garantire un'elevata riflettività nella regione dell'I.R., lo specchio è realizzato con una particolare tecnica in cui la superficie riflettente dello specchio è quella anteriore. Il materiale riflettente può essere in Alluminio o in Oro entrambi puri (> 99%) depositati per evaporazione in vuoto e passivato con Si02 per evitare l'ossidazione del film.

Lo specchio viene montato sulla verticale passante per il centro della finestra di osservazione mediante dei supporti meccanici che consentono la regolazione in altezza ed in angolo per assicurare l'allineamento ottico.

I dati in uscita dalla termocamera sono disponibili sotto forma di un segnale TV standard RGB/CCIR dove l'immagine I.R. è rappresentata in toni di grigio o a falsi colori per essere visualizzata su un monitor.

Parallelamente è disponibile un interfaccia che consente di acquisire i dati mediante una scheda installata su un PC.

Il sistema di acquisizione delle immagini è costituito da una scheda frame grabber per PC, il SW gestisce sia l'acquisizione dei dati, sia la loro elaborazione in cui sono implementati particolari algoritmi di calcolo, sia la presentazione/gestione delle immagini.

Il Sw permette di acquisire singole immagini o sequenze consecutive, effettuare operazioni numeriche sulle immagini o di applicare filtraggi spaziali, correlare temporalmente immagini in successione, effettuare analisi statistiche. Al termine le immagini possono essere salvate in diversi formati.

Attraverso il SW di acquisizione e presentazione, l'immagine I.R. è trattata come una matrice numerica ad n x m elementi, dove ogni singolo valore è direttamente proporzionale all'energia termica emessa dai corpi.

Il SW di elaborazione e presentazione della apparecchiatura oggetto dell'invenzione prevede che l'operatore introduca, preliminarmente tramite delle apposite finestre di dialogo, i parametri caratteristici del processo (quali temperatura all'interno dell'autoclave, sovra pressione, durata delle fasi) e il tipo di campione da misurare, ed eventualmente il materiale della pellicola di sigillatura, nel caso di un prodotto confezionato. Il SW di elaborazione e presentazione provvede in modo automatico ad estrarre dal data-base delle calibrazioni i parametri di correzione indispensabili per la corretta elaborazione dei dati forniti dalla termocamera e per la loro presentazione.

I parametri di correzione memorizzati nel data-base sono generati a valle della esecuzione delle diverse procedure di calibrazione previste da questa metodologia di misura. Queste procedure utilizzano la stessa strumentazione precedentemente descritta, e sono attivabili da parte dell'operatore secondo sequenze di attività gestite dal SW stesso.

Alla termocamera è associata una procedura di calcolo numerico che consente, utilizzando una appropriata sorgente di riferimento assoluta posta all'esterno dell'autoclave, di effettuare una taratura preliminare della apparecchiatura in modo da ricavare la misura della temperatura del campione esaminato anche quando è all'interno della confezione nell'autoclave.

Tale.metodo di calcolo consente, assieme alla procedura di taratura sperimentale, di calibrare la risposta della apparecchiatura di misura per le diverse sottobande spettrali di sensibilità le quali, come è stato illustrato in precedenza, vengono selezionate in base all'andamento della trasparenza I.R. della pellicola utilizzata per la sigillatura del campione.

Di conseguenza il sistema di misura è corredato da metodologie di calibrazione, procedure di calcolo automatico che consentono di correggere gli errori sistematici che intervengono nella misura della temperatura di un campione confezionato durante il trattamento termico all'interno di un'autoclave.

Come già detto, il sistema di misura è corredato da una procedura di calibrazione che consente di avere il valore della temperatura superficiale del campione a seconda delle condizioni di lavoro, ovvero a seconda della banda di sensibilità prescelta, tenuto conto degli "accessori” (specchio, retina metallica, finestra I.R.) ed anche della pellicola di sigillatura nel caso di campioni confezionati.

Per ottenere il valore di temperatura dai dati acquisiti dalla termocamera nelle condizioni sopra indicate è necessaria una procedura di calibrazione complessiva di tutto il sistema con lo scopo di determinare il comportamento complessivo ed integrale (nella banda di sensibilità) e per poter ricavare la temperatura a partire dal dato digitale fornito dal sistema di acquisizione (ADU).

Tale procedura deve essere ripetuta quando viene cambiato uno degli "accessori" (specchio, finestra I.R., retina) oppure quando si cambia pellicola di sigillatura nel caso di campioni confezionati.

In queste calibrazioni la termocamera viene posta su un apposito banco di misura in cui "osserva" attraverso i vari elementi (specchio, finestra, retina, pellicola, etc.) una sorgente di riferimento costituita da un corpo nero esteso, la cui temperatura può essere variata in modo controllato (con una precisione di 1°C) e la cui superficie è trattata in modo da rappresentare un riferimento assoluto (emissività superficiale >0.98). La calibrazione è schematizzabile in due fasi:

1) attraverso un modello matematico viene calcolata 1'irradianza della sorgente di riferimento nella particolare banda di sensibilità e per le diverse temperature della sorgente;

2) vengono messi in relazione i dati digitali della termocamera e la temperatura della sorgente e calcolati i coefficienti del polinomio della curva che meglio approssima i dati.

Tale curva di calibrazione viene implementata direttamente nel SW di elaborazione e presentazione dei dati forniti dalla termocamera in modo tale che l'immagine I.R. (o la sua matrice numerica equivalente) fornisce direttamente il valore in temperatura.

Nel caso di campioni confezionati la presenza della pellicola non soltanto attenua la radiazione I.R. emessa dal campione, ma quando la confezione è nell'autoclave, altri fenomeni intervengono nella misura, legati alle proprietà ottiche della pellicola, danno origine a contributi di "energia" addizionali che determinano un errore sistematico nella misura della temperatura dell'alimento o altro prodotto.

La pellicola all'interno dell'autoclave si riscalda per convezione con l'aria calda in circolazione, e per la sua bassa capacità termica si porta rapidamente alla temperatura all'interno dell'autoclave. A causa della non perfetta trasparenza della pellicola fà si che quest 'ultima, quando è all'interno dell'autoclave e si trova ad una temperatura T, emetta una quantità di radiazioni I.R. che è legata alla sua temperatura T e alla sua emissività e.

Un ulteriore contributo addizionale introdotto dalla pellicola e che viene automaticamente corretto dalle procedure di calcolo del SW di elaborazione e presentazione dati del sistema in oggetto, è quello derivante dalla riflessione della pellicola, nonostante essa sia piccola.

Quando la confezione viene inserita nell'autoclave, le cui pareti sono ad una certa temperatura T, la pellicola di chiusura rifletterà verso la termocamera parte della radiazione incidente emessa dalle pareti stesse. Questi due fenomeni danno origine a due diversi contributi addizionali di energia che influenzano la misura, e che la loro non-correzione determina una sovrastima della temperatura del campione oggetto della misura. Gli algoritmi di calcolo implementati nel SW di elaborazione e presentazione consentono di sottrarre questi contributi addizionali, che sono legati al tipo di pellicola e alla temperatura all'interno dell'autoclave. Per effettuare la misurazione, l'operatore dovrà introdurre come dati il tipo di pellicola e la temperatura all'interno dell'autoclave direttamente nel processo di calcolo; il SW di elaborazione e presentazione dei dati corregge automaticamente i dati di temperatura visualizzati all'operatore.

Per determinare con accuratezza il valore della temperatura del campione è necessario conoscere a priori la sua emissività superficiale e, da inserire come parametro nel SW di elaborazione e presentazione dei dati. Per prodotti alimentari o strutture chimiche composte non esistono dati facilmente reperibili in bibliografia, di conseguenza il sistema di misura secondo il presente trovato è corredato da un set di riferimenti calibrati appositamente progettati e realizzati, e di una procedura di misura con la quale si determina il valore di emissività del campione direttamente durante il suo trattamento termico o mediante misure preliminari effettuate su un apposito banco di misura.

Il sistema di misura prevede che l'operatore introduca, come valore numerico, questo parametro a seconda del campione da misurare, il SW di elaborazione dei dati il quale provvede automaticamente alla correzione del dato di temperatura.

Come detto l'apparecchiatura di misura è corredata da un set di campioni di riferimento calibrati appositamente progettati per l'impiego con sostanze solide e liquide e costruiti con piastrine di Allumina sottile (due decimi di millimetro). Questo materiale è compatibile con la radiazione a microonde (l'allumina è un materiale non metallico), ha un'elevata conducibilità termica, ha una bassissima capacità termica. Successivamente una superficie è stata trattata con vernice acrilica ad alta emissività e stabile fino a 180°C, fabbricata appositamente per questo utilizzo.

La procedura di misura prevede che durante il processo di trattamento termico, questi riferimenti vengano appoggiati sulla superficie del campione da misurare (nel caso di materiali solidi viene utilizzato un grasso per alte temperature per migliorare il contatto termico) prima della sigillatura della confezione nel caso dei campioni (alimentari e non) confezionati.

Vengono eseguiti i normali cicli di trattamento termico durante i quali vengono acquisite immagini I.R. in cui vengono inquadrati contemporaneamente i riferimenti di allumina verniciata e il campione da misurare.

Dal confronto dei dati numerici delle misure I.R. della superficie dell'allumina e dell'alimento, nella stessa zona, viene ricavato il valore sperimentale dell'emissività superficiale del campione, ed inserito nel SW di elaborazione e presentazione dei dati.

A titolo esemplificativo e non limitativo della presente invenzione vengono riportate le seguenti figure:

- La figura 1 mostra schematicamente ed in forma semplificata, una apparecchiatura per realizzare il procedimento di misurazione secondo l'invenzione, mentre - la figura 2 mostra una sequenza di tre immagini I.R. di un prodotto costituito da una coscia di pollo in cottura, ottenute secondo l'invenzione, una immagine naturale di confronto ottenuta con telecamera normale, ed una scala di riferimento.

Con riferimento a tali figure, il prodotto 1, costituito ad esempio da un prodotto alimentare quale una coscia di pollo da cuocere, è posizionato all'interno del forno di cottura a microonde 3 in corrispondenza della apertura o finestra 4 chiusa da una lastrina di zaffiro sintetico 5. Sotto la lastrina 5 è posizionata una retina 14 schermante le radiazioni elettromagnetiche. Con 2 è indicato il PC per l'acquisizione e la elaborazione numerica dei dati e con 15 il monitor.

La termocamera 6 rileva le temperature del prodotto 1 in cottura. In questo caso la termocamera, per comodità di installazione e per risparmio di spazio, è disposta a 90° e le radiazioni I.R. vengono trasmesse tramite l'ottica I.R. 7 per mezzo dello specchio 8 disposto a 45°.

La prima immagine 9 è ripresa dopo 20 secondi dall'inizio cottura: le varie parti della coscia di pollo in cottura, riportata nella immagine naturale 10 di riferimento si trovano a 3°C, a 15°C e a 50°C, come si rileva confrontando i colori e la intensità delle varie zone dell'immagine 9 con una scala di riferimento opportunamente tarata 11. In figura 2 le immagini e la scala vengono date soltanto a titolo indicativo ed esemplificativo per illustrare il procedimento ma non sono realmente utilizzabili in quanto non sono rilevabili i colori e la loro intensità nelle varie zone. La seconda immagine 12 è ripresa dopo 50 secondi e si può constatare che le varie zone del precedente rilevamento a 20 secondi, si trovano ora rispettivamente a 30°C, 40°C, 100°C, mentre nella terza immagine 13, a 80 secondi, le stesse zone si trovano a 65°C, 72°C e 98°C.

E<1 >chiaro che in questo modo l'operatore è in grado di intervenire in tempo reale sulle modalità di cottura del prodotto, ad esempio aumentando o diminuendo l'intensità delle radiazioni riscaldanti, modificando la posizione e l'orientamento del prodotto in cottura, ecc., in modo da realizzare così condizioni ottimali della cottura. Tali interventi possono essere effettuati manualmente oppure automaticamente mediante computer, secondo programmi opportunamente predisposti.

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la misurazione ed il controllo della temperatura di un prodotto alimentare, dietetico, farmaceutico o simile, durante i processi di trattamento termico quali cottura, riscaldamento, sterilizzazione/pastorizzazione, appertizzazione, raffreddamento, surgelamento e simili, caratterizzato dal fatto che consiste nel rilevare la temperatura dei singoli punti del prodotto in fase di trattamento termico, mediante una termocamera I.R. atta a convertire i segnali di temperatura rilevati in una immagine I.R. ad intensità luminosa variabile in funzione delle temperature rilevate, posizionata a distanza, all'esterno dell'ambiente entro il quale avviene il trattamento termico, e nel confrontare detta immagine I.R. con una scala di riferimento o con una immagine o sorgente di riferimento opportunamente tarate o nel convertire detta immagine 1.R. in una mappa termica di detto prodotto in fase di trattamento.
2. 2. Procedimento per la misurazione ed il controllo della temperatura di un prodotto secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta conversione di detta immagine I.R. in detta mappa termica comprende le seguenti fasi: - calibrazione sperimentale di detta termocamera inquadrando una sorgente di riferimento opportunamente tarata, posta a diverse temperature e comprendente gli elementi costitutivi della struttura del sistema di trattamento e dell'eventuale involucro del prodotto, cosi ottenendo una curva di calibrazione costituente la funzione di trasferimento di detta termocamera; - valutazione del contributo energetico della radiazione I.R. emessa dagli elementi strutturali che viene riflessa dalla superficie del prodotto e/o dall'involucro utilizzati per il confezionamento del prodotto e sottrazione di detto contributo energetico; - valutazione del contributo energetico della radiazione I.R. emessa dall'involucro; - valutazione della emissività del prodotto mediante detta termocamera I.R. impiegando come riferimento elementi ad emissività nota e posti alla stessa temperatura del prodotto e a vari livelli di temperatura, così ricavando un fattore moltiplicativo di correzione; - acquisizione della immagine I.R. del prodotto in trattamento mediante detta termocamera I.R. e: * sottrazione da detta immagine I.R. di detto contributo energetico emesso dagli elementi strutturali e riflesso del prodotto e/o dell'involucro, * sottrazione da detta immagine I.R. di detto contributo energetico emesso dall'involucro; - moltiplicazione del risultato di dette sottrazioni per detto fattore moltiplicativo di correzione; - applicazione di detta funzione di trasferimento al risultato ottenuto da detta moltiplicazione, e ottenimento di detta mappa termica.
3. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detta sorgente di riferimento è costituita da un corpo nero esteso oppure a cavità, la cui temperatura viene variata in modo controllato.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'acquisizione delle immagini I.R. e la loro conversione in mappa termica può essere intermittente, secondo intervalli di tempo prefissati, oppure in continuo.
5. 5. Procedimento secondo le rivendicazioni l e 2, caratterizzato dal fatto che detto rilevamento della temperatura dei singoli punti di detto prodotto viene effettuato su prodotto già confezionato e racchiuso in un involucro costituito da opportuna pellicola provvista di bande di trasparenza ai raggi infrarossi rilevabili mediante detta termocamera I.R. la cui banda è selezionata e modificata in funzione delle bande di trasparenza della pellicola stessa.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta pellicola è realizzata in poliolefine quali polietilene, EVOH, polipropilene e loro laminazioni composite a vari strati in vari spessori.
7. 7. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detta mappa termica è sovrapponibile ad una immagine naturale del prodotto in fase di trattamento rilevata con una telecamera normale, detta immagine naturale essendo associata alla mappa termica per rendere più immediato ed automatizzatile l'analisi delle due immagini.
8. 8. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che la banda di sensibilità di detta termocamera è scelta in una sottobanda all'interno dell'intervallo tra 2.0 βτα. e 5.0 μm oppure dell'intervallo tra 8 )μm e 12 μm nella quale sottobanda l'involucro si trova al massimo della trasparenza e l'andamento della trasmissività è costante.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dal rilevamento delle temperature e dell'andamento delle temperature dei vari punti della superficie del prodotto in fase di trattamento termico, vengono determinate le temperature e l'andamento delle temperature all'interno del prodotto mediante tabelle di taratura ricavate sperimentalmente.
10. 10. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detti elementi costitutivi della struttura sono costituiti da un filtro passa banda, da una retina schermante, da una finestra I.R., da eventuali specchi riflettenti.
11. 11. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detti elementi ad emissività nota sono costituiti da allumina sintetizzata di forma opportuna e trattata superficialmente per ottenere una emissività prossima a 1, omogenea e stabile alla temperatura, e resistenti alle microonde.
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detti elementi ad emissività nota vengono posti alla stessa temperatura del prodotto o mediante contatto diretto con il prodotto durante il trattamento o mediante opportuno dispositivo riscaldante a temperatura nota.
13. 13. Apparecchiatura atta a realizzare detto procedimento per la misurazione ed il controllo della temperatura di un prodotto alimentare, dietetico, farmaceutico e simile durante un processo di trattamento termico quale riscaldamento, sterilizzazione/pastorizzazione, raffreddamento e simili in tempo reale, senza contatto e a distanza, comprende: - un forno o autoclave atto a contenere il prodotto da sottoporre a trattamento termico, provvisto di adatti mezzi di riscaldamento o raffreddamento quali generatori di microonde, serpentine di riscaldamento e/o di raffreddamento e simili e di almeno una finestra o apertura in corrispondenza della quale viene posto il prodotto, provvista di un mezzo di chiusura realizzato in un materiale trasparente alle radiazioni I.R., - una termocamera I.R. atta a rilevare la temperatura dei singoli punti del prodotto in fase di trattamento e a convertirla in immagine I.R., posta esternamente a detto forno o autoclave, in corrispondenza di detta finestra o apertura, - mezzi per realizzare una scala di riferimento, o una immagine di riferimento opportunamente tarata.
14. 14. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 13 caratterizzata dal fatto che detto mezzo di chiusura di detta finestra è costituito da una lastra di un materiale scelto tra zaffiro sintetico, quarzo, Seleniuro di Zinco e Solfuro di Zinco.
15. 15. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 13 caratterizzata dal fatto che detta finestra è provvista di mezzi atti a schermare elettricamente le microonde, eventualmente associati e/o incorporati in detto mezzo di chiusura di detta finestra.
16. 16. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 15 caratterizzata dal fatto che detti mezzi atti a schermare elettricamente le microonde sono costituiti da una retina metallica di passo adeguato ed opportunamente trattata.
17. 17. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 13 caratterizzata dal fatto che detti mezzi per realizzare detta immagine naturale sono costituiti da una telecamera normale atta a trasmettere una immagine naturale di detto prodotto in fase di trattamento termico.
18. 18. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 13 caratterizzata dal fatto che detta termocamera I.R. è provvista di un filtro ottico atto a limitare la sensibilità della termocamera stessa entro un intervallo opportunamente scelto in funzione del materiale di cui è costituita detta pellicola.
19. 19. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 13 caratterizzata dal fatto che tra detta apertura o finestra e detta termocamera I.R. è interposto uno specchio con elevata riflettività nella regione I.R. montato a 45° rispetto alla verticale, in modo che detta termocamera I.R. viene montata in posizione orizzontale, e spostata lateralmente rispetto a detta finestra.
20. 20. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 19 caratterizzata dal fatto che la superficie riflettente di detto specchio è costituita dalla superficie anteriore in modo che la radiazione I.R. non attraversi il materiale di supporto dello specchio stesso.