Producttem­pe­ratuur meten: weet wat je meet

Het meten en weergeven van een temperatuur lijkt triviaal. ‘Meten is weten’ denk je misschien, maar daarmee is de kous niet af. Er zijn nogal wat aspecten waarmee je rekening moet houden. Want wat meet je precies, hoe doe je dat, en waar? Het zijn bepalende factoren voor het interpreteren van je waardes. 

De vermeerdering van micro-organismen, het rijpen van fruit, bederf van producten, de snelheid van (bio)chemische processen: de voedingsindustrie heeft er dagelijks mee te maken. Processen die voor een groot deel afhankelijk zijn van de temperatuur. Ook voor fysische eigenschappen als viscositeit, dichtheid en elektrische geleidbaarheid, is de temperatuur een belangrijke parameter. Om deze processen gericht te sturen én producteigenschappen goed in te schatten, moet je die temperatuur kunnen regelen en kennen. Dus worden er continu metingen verricht. Maar ‘meten is weten’ staat niet gelijk aan ‘hoe meer je meet, hoe meer je weet’. Om de temperatuur juist te kunnen interpreteren is het essentieel te weten wát, waar en hóe je meet. In de praktijk blijkt dat nog wel eens vies tegen te vallen. 

Praktijkvoorbeelden 

Bij een proces als hoge druk behandeling (High Pressure Processing, HPP) gebeurt er nogal wat op thermisch gebied. HPP vindt vaak plaats bij verhoogde temperatuur en die  temperatuur in het drukvat stijgt ook nog eens als gevolg van de drukopbouw. Het gevolg daarvan is dat zowel de producten als het drukmedium warmer zijn dan het drukvat. Daardoor daalt de temperatuur weer. Als de druk in het vat wordt weggenomen, daalt de temperatuur verder. Wanneer je bij zo’n proces een temperatuur rapporteert, moet duidelijk zijn op welk moment in het proces gemeten is, en over welke temperatuur gesproken wordt. 

Stel, je wilt de kerntemperatuur van een product meten. Dan moet de voeler wel het thermisch centrum van het product bereiken. Met andere woorden: is de voeler lang genoeg? Het klinkt logisch, maar gaat toch geregeld mis. Als het thermisch centrum moeilijk te bepalen is, helpt het doen van een aantal metingen om de daadwerkelijke temperatuur duidelijk te krijgen. Ook is het essentieel te wachten tot de temperatuur zich op een uitleesscherm stabiliseert. Bij dikkere voelers kan dit wat langer duren. Wordt dezelfde voeler gebruikt voor het meten van de kerntemperatuur van verschillende producten, wees je dan bewust van het risico op kruisbesmetting via de voeler. En bij het tussendoor reinigen ervan: voorkom dat er reinigingsmiddel van de voeler in het product terecht komt. 

Wat en waar meet je?

In sommige landen wordt de temperatuur nog uitgedrukt in graden Fahrenheit, zoals in de VS. In bijna alle andere landen is juist graden Celsius gebruikelijk. En dan is er ook nog de eenheid Kelvin, waarbij nul K de koudst mogelijke temperatuur is (0°C = 273.15K). Vermeldt dus altijd expliciet jouw meeteenheid.

Ook het ‘waar’ van een meting is belangrijk: meet je de temperatuur in een koelcel bijvoorbeeld in de buurt van de koelunit, of hangt de sensor bij de deur? Nogal belangrijk als je uitspraken doet over de kwaliteit van de koelregeling.
Bij het meten van temperatuursveranderingen, is de responstijd van de thermometer van belang.

Realiseer je verder dat ‘dé’ temperatuur van een voedselproduct zoals een appel of een stuk vlees niet bestaat: want heb je het dan over de kern-, de oppervlakte- of de gemiddelde temperatuur? Bovendien varieert de temperatuur in een product in de tijd, als functie van de omgevingstemperatuur en/of het proces dat het ondergaat.
Tip: het meten van de temperatuur in een ruimte is gemakkelijker uit te voeren met een gevuld potje met glycerine of water dat in de ruimte blijft staan. De temperatuur van de inhoud neemt na enige tijd dezelfde waarde aan als de temperatuur van de producten die in de ruimte zijn opgeslagen.

Typen thermometers 

Er bestaan verschillende typen thermometers. De eerste goed bruikbare thermometer ooit, was de kwikthermometer. De werking van deze vloeistofthermometer berust op de thermische uitzetting van kwik bij toevoer van warmte. Vanwege het giftige kwik en de breekbaarheid van het glas van deze thermometers, worden ze nu nauwelijks nog gebruikt. Het kwik is vervangen door rood gekleurde alcohol.
Veelgebruikte temperatuur-sensoren in de meet- en regeltechniek en voedingsindustrie, zijn de Pt100 en Pt1000 sensoren als onderdeel van een weerstandsthermometer. Een andere benaming is RTD, van Resistance Temperature Detector, hoewel hier ook andere typen sensoren onder vallen.

Ook thermokoppels worden in de voedingsindustrie gebruikt. Deze meet een temperatuurverschil tussen twee punten. Dit in tegenstelling tot een thermometer, waarmee de temperatuur ten opzichte van een bepaalde standaard wordt gemeten. Thermokoppels zijn minder nauwkeurig en stabiel, maar wel robuust en flexibel in gebruik en ze hebben een zeer korte responstijd. Het bereik van de temperatuur en de nauwkeurigheid zijn afhankelijk van de gebruikte legeringen of  metalen.
Voor het meten van oppervlaktetemperaturen worden ook wel optische sensoren zoals Infrarood (IR) gebruikt. Een risico bij dit type meting is dat door ongewenste reflectie de temperatuur van een ander object wordt waargenomen. Ook sensoren die bestaan uit een glasvezel maken gebruik van IR. De ‘lichtbundel’ wordt in de glasvezel getransporteerd van het product naar de opnemer. Dankzij de dunne glasvezel kan er gemeten worden op plekken die door bijvoorbeeld een hoge omgevingstemperatuur, chemische situatie of ander specifieke omstandigheid niet of moeilijk bereikbaar is.

Kalibratie

Voor de nauwkeurigheid van de metingen is het belangrijk om het instrument te kalibreren en zo nodig bij te stellen.
Kalibreren is het bepalen van de waarde van de afwijking van een meetmiddel ten opzichte van een van toepassing zijnde standaard.
Bijstellen is het verrichten van handelingen die nodig zijn om het meetmiddel zodanig nauwkeurig te laten functioneren dat het geschikt is voor het gebruiksdoel.
IJken is het vaststellen of het meetmiddel geheel voldoet aan de geldende voorschriften. Dit wordt vaak uitgevoerd onder verantwoordelijkheid van een nationale dienst zoals het IJkwezen. Bij wettelijk ijken wordt er tevens een waarmerk van het ijken aangebracht.  

Vaak wordt voor het kalibreren gebruikgemaakt van smeltend ijs (0°C) en kokend water (100°C). Neem voor deze kalibratie gedestilleerd of gedemineraliseerd water om afwijkingen door vriespuntverlaging of kookpuntverhoging te voorkomen. Bij het bepalen van de temperatuur van kokend water moet ook de invloed van de heersende luchtdruk worden meegenomen; deze kan namelijk gemakkelijk zorgen voor 1°C afwijking. De sensor moet ook voldoende tijd krijgen om de juiste temperatuur aan te nemen. Zorgvuldigheid is geboden bij het weergeven van de temperatuur in een getal: meer decimalen achter de komma suggereren een hogere nauwkeurigheid dan daadwerkelijk kan worden gerealiseerd.

Metadata

Pas door het goed omschrijven van gemeten temperaturen krijgen ze betekenis, en dus waarde. Vermeld daarom altijd de gemeten eenheid: bijvoorbeeld in de titel van de kolom waarin de waarden staan. Daarnaast is een bijbehorend tekstdocument mét een beschrijving van de gemeten temperatuur essentieel. In deze zogenaamde ‘metadata’-file geef je bijvoorbeeld aan in welk ruimte gemeten wordt en waar in de ruimte de sensor hangt; welke sensor is gebruikt en wanneer deze voor het laatst is gekalibreerd; Deze informatie verhoogt de kwaliteit van de gemeten data, helpt je om deze beter te interpreteren en maakt het mogelijk om het experiment zo goed mogelijk te herhalen.

Meten is weten; maar weten en toelichten wat je meet, is van groot belang bij het vaststellen van de temperatuur van producten en/of ruimtes.

www.wur.nl

Beeld ©Nikolic Vladimir/shutterstock.com