Berechnung der neuen Temperatur eines Objekts, wenn sich die Lufttemperatur ändert

Ich versuche, die neue Temperatur eines Objekts zu berechnen, wenn sich die Lufttemperatur um es herum in einem bestimmten Zeitraum ändert.

Grundsätzlich erhalte ich regelmäßig Messwerte von einem Lufttemperatursensor in einem Kühlschrank. In einigen Fällen erfolgen diese Messungen alle 5 Minuten, in anderen alle 1 Minute, sodass die Zeit zwischen den Messungen variabel ist.

Für jeden Messwert, den ich erhalte, möchte ich auch die ungefähre Temperatur des Lebensmittels im Kern berechnen; etwas wie ein Huhn zum Beispiel (ich weiß, dass dieser Teil vage ist, aber wenn es eine Variable gibt, die ich anpassen kann, dann ist das in Ordnung).

Das Ergebnis sollte eine "gedämpfte" Version der tatsächlichen Lufttemperatur sein, da offensichtlich alle Objekte die Temperatur langsam ändern, um schließlich die Lufttemperatur zu erreichen.

Früher wurde um den Sensor ein "Lebensmittelsimulanz" gelegt, wodurch die Temperatur automatisch gedämpft wurde, aber das ist nicht mehr der Fall.

Ich weiß nicht viel über Thermodynamik. Ich bin mir nicht sicher, ob ich einfach einen Prozentsatz der Temperaturänderung zum vorherigen gedämpften Wert hinzufügen kann oder ob ich eine Berechnung auf der Grundlage der letzten paar Lufttemperaturmesswerte benötige oder was.

Ich schätze, ich suche nach einem Ergebnis ein bisschen wie:

10:00 2 degrees (air), 2 degrees (product)
10:05 2.5 degrees (air), 2.1 degrees (product)
10:10 2.5 degrees (air), 2.2 degrees (product)
10:20 2.7 degrees (air), 2.5 degrees (product)

Ich könnte etwas wirklich Billiges tun, wie die Messwerte der letzten 30 Minuten zu mitteln, aber ich glaube nicht, dass das ausreichen wird!

Ich würde mich über jede Hilfe freuen - vielen Dank.

Sie können nicht, zumindest nicht ohne die Wärmeleitfähigkeit (auch bekannt als Wärmeübertragungsrate) der Luft-Objekt-Grenzfläche und die Wärmekapazität (auch bekannt als Joule pro Gramm pro Kelvin) des Objekts zu kennen; Um die Kerntemperatur zu erhalten, benötigen Sie auch die Wärmeübertragungsrate des Feststoffs.
Mit einem kontrollierten Experiment können Sie jedoch die Leitfähigkeit abschätzen: Beginnen Sie mit bekannter Luft- bzw. Objekttemperatur. Messen Sie dann beide in regelmäßigen Abständen. Die mittlere Änderung der Temperaturdifferenz dividiert durch das Zeitintervall ergibt die Leitfähigkeit. Mit dem Fourier-Gesetz können Sie die Temperatur des Objekts vorhersagen.
Danke Karl. Es muss nicht absolut präzise sein. Es dient der Lebensmittelsicherheit in Restaurants (und ähnlichem). Sie müssen nur ungefähr wissen, wann die Temperatur der Produkte den Bereich überschritten hat. Sie können nicht wirklich separate Messwerte für jede Lebensmittelart haben, also basiert es auf so etwas wie einem Huhn. Ich denke, sie haben sogar ungefähr die gleiche Reaktion erhalten, indem sie etwas "heiße Schmelze" auf den Sensor aufgetragen haben. Im Grunde versuche ich also, grob einen Proteinblock in einem Kühlschrank zu simulieren.
Danke Aziraphale. Ändert sich die Änderungsrate je nachdem, wie nahe oder fern sie der Lufttemperatur ist (nicht physikalisch, numerisch)? Oder wie lange war es dieser Temperatur ausgesetzt?
Jemand in einem anderen Forum hat Folgendes gesagt: "Sie müssen die Wärmegleichung lösen, um dies zu tun. (Eine PDE zweiter Ordnung in 3 Raumdimensionen: Sie würden davonkommen, ein Huhn als homogene Kugel zu modellieren)." aber vorgeschlagen, dass ich hier frage.
Ich untersuche gerade das Fouriersche Gesetz ...
Ich fand auch Folgendes: „Drei Wärmeleitfähigkeitsmessungen wurden an jeder Probe bei jedem Temperaturniveau durchgeführt. Der Einfluss der Temperatur war ähnlich dem, der in der Literatur für anderes Fleisch berichtet wird. Die folgenden Gleichungen können verwendet werden, um die für weißes Fleisch erhaltenen Ergebnisse auszudrücken : k(Watt/m-°C) = 0,476 + 0,00060T(°C) (0–20°C) und k(Watt/m-°C) = 1,07 − 0149T − 1,04 × 10−4T2(−75 to −10 °C). Ähnliche Ausdrücke wurden für dunkles Fleisch erhalten.“
Bevor Sie sich viel Mühe geben, sollten Sie sich bei den Aufsichtsbehörden erkundigen. Wenn sie ein strenges Verfahren einhalten müssen, spielt es keine Rolle, wie Sie Ihre Berechnung durchführen.

Antworten (2)

Die Methode, das Huhn als Kugel zu modellieren, wie in Ihrem anderen Forum erwähnt, könnte in etwa so funktionieren. Modellieren Sie das Huhn als Kugel und verwenden Sie die Wärmegleichung, wobei Sie die Oberfläche als Grenze behandeln. Wie das geht, wird hier besprochen . Um eine ungefähre Temperaturleitfähigkeit für ein Huhn zu erhalten, könnten Sie die oben entdeckten Gleichungen verwenden, die so aussehen, als wären sie nur von der Temperatur abhängig. Dies übersetzt sich in die Temperaturleitfähigkeit über:

a = k ρ C P

Wo k ist die Wärmeleitfähigkeit, ρ ist die Dichte des Huhns, und C P ist die spezifische Wärmekapazität, die Sie hier für verschiedene Fleischsorten finden können .

Auch wenn diese Methode nicht ganz nach dem klingt, wonach Sie suchen, finden Sie die Verwendung der Wärmegleichung möglicherweise dennoch in irgendeiner Weise nützlich. Es wird häufig zum Messen von Wärme- und Temperaturänderungen in Objekten verwendet.

Wenn es um die Temperatur des Essens (und die daraus resultierende Wachstumsrate von Bakterien) geht, scheint es keine gute Idee zu sein, ein Huhn als Kugel zu modellieren, da bei einem Huhn viele Teile hervorstehen. Und wenn sich die einzigen Bakterien auf dem Huhn nicht in der Mitte des Huhns befinden, scheint es auch eine schlechte Idee zu sein, nur die Kerntemperatur zu verfolgen / vorherzusagen. Die Haut und die hervorstehenden Teile erwärmen sich zuerst und wachsen Bakterien, wenn sie warm genug werden, selbst wenn der Kern des Hähnchens festgefroren ist.

Wie in früheren Kommentaren und Antworten erwähnt, hat jede Substanz ihre eigene Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus beinhaltet der Übergang von gefroren zu ungefroren Schmelzwärme (z. B. kann ein Eis/Wasser genau 0 Grad C bleiben, wenn Wärme aus ihm herausfließt und sich das Verhältnis von Wasser zu Eis ändert); und die effektive Schmelzwärme verschiedener Lebensmittel wird unterschiedlich sein.

Es wird sehr schwierig (wahrscheinlich unmöglich) sein, eine einzige Formel zu finden, die alle Arten von Lebensmitteln abdeckt. Ein alternativer Ansatz könnte darin bestehen, Proben bestimmter Arten von Lebensmitteln auszuwählen, kleine Thermosensoren in verschiedenen Tiefen und an verschiedenen Stellen in die Proben einzuführen und die Umgebungstemperatur auf Herz und Nieren zu prüfen, während Sie die von den Thermosensoren gemeldeten Temperaturen überwachen.

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