一種測量材料吸收微波能量的方法及裝置的製作方法
2023-09-20 06:07:35 1
專利名稱：一種測量材料吸收微波能量的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測試材料特性的方法及裝置，特別是一種測量材料吸收微波能量的方法及裝置。
背景技術：
目前用於測量材料在微波場中吸收微波能量大小的方法是通過測溫儀器直接測量材料在微波場中的溫度變化，並根據該溫度變化來度量材料吸收微波能量的大小。
測量溫度變化的儀器有熱電偶溫度傳感器，熱電阻溫度傳感器，熱敏電阻——高阻導線組成抗電磁幹擾溫度傳感器，光纖維溫度傳感器，紅外測溫儀，超聲波測溫儀等。但是，無論用何種測溫儀器，其測量方法都是利用材料在微波場中的溫度變化來度量材料所吸收的微波能量。然而，在測量微波加熱後的材料溫度時，這些方法存在以下不足1、這些測量方法是對材料進行點測溫，其測量結果多以材料某點或若干點的溫度來代替材料整體溫度。微波是一種高頻電磁波，對材料加熱時具有選擇性，使得對微波敏感的物質能快速產生熱效應，而對微波不敏感的物質基本不產生熱效應，造成材料各點溫度存在較大差異。因此，用材料某點溫度或若干點溫度來代替材料整體溫度並不準確。
2、利用點測溫的方法對粒度不均勻或塊狀材料進行溫度測量時，在相同的試驗條件下，所取得的測量結果重複性差。
3、用這些方法測量材料溫度時，微波不敏感的材料及微波敏感性相近的材料經微波加熱後溫度改變量並不顯著，造成測量結果誤差大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術對材料進行點測溫易導致測量結果不準確、難以對微波不敏感材料進行測溫、對粒度不均勻的材料或塊狀材料不易準確測量等不足，提供一種通過測量中間介質的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量大小的測量方法。
本發明解決上述技術問題採用的技術方案是將待測材料和中間介質共同放入微波場中加熱，通過測量中間介質的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量的大小。實現上述測量方法的步驟為設定測量初始條件，製備樣品，測量中間介質的溫度，計算材料吸收的微波能量。
1)設定測量初始條件①設定微波爐輸出功率和加熱時間根據材料的一般特性、所用微波爐可輸出功率及可設的加熱時間，設定微波爐適合的輸出功率及加熱時間，上述條件下微波爐的輸出能量按下式計算Q1＝Pt式中Q1微波爐輸出能量，J；P微波爐輸出功率，w；t微波爐加熱時間，s。
②確定中間介質的種類和質量根據①中的Q1值確定中間介質的種類和質量，則中間介質在測量條件下所能吸收的最大微波能量按下式計算Q2＝C中間介質M中間介質ΔT式中Q2中間介質可吸收的最大微波能量，J；C中間介質中間介質比熱，J/(kg·℃)；M中間介質中間介質質量，kg；ΔT在測量條件下中間介質發生物相轉變前的最大溫度改變量，℃上述①和②中，Q1與Q2應滿足Q2≥kQ1(k為微波爐的能量轉化效率)。
2)製備樣品根據待測材料盛放容器的大小及研究需要，確定待測樣品適合的粒度和質量。
3)測量中間介質溫度首先將質量為Mkg的中間介質置於微波場中加熱一定時間，並測量中間介質加熱前後的溫度T1與T2；然後在微波爐輸出功率及加熱時間不變的條件下，將質量為mkg的待測材料和質量為Mkg的中間介質置於微波場中共同加熱，並測量中間介質加熱前後的溫度T1AN與T2AN。
4)計算材料吸收的微波能量①中間介質在微波場中單獨加熱時所吸收的微波能量按下式計算Q中間介質＝C中間介質M中間介質(T2-T1)式中Q中間介質中間介質在微波場中單獨加熱時所吸收的微波能量，J；C中間介質中間介質比熱，J/(kg·℃)；M中間介質中間介質質量，kg；T1中間介質微波加熱前溫度，℃；
T2中間介質微波加熱後溫度，℃。
②中間介質與待測材料共同加熱時中間介質所吸收的微波能量按下式計算Q中間介質AN＝C中間介質M中間介質(T2AN-T1AN)式中Q中間介質AN中間介質與待測材料共同加熱時中間介質所吸收的微波能量，J；C中間介質中間介質比熱，J/(kg·℃)；M中間介質中間介質質量，kg；T1AN中間介質微波加熱前溫度，℃；T2AN中間介質微波加熱後溫度，℃。
③待測材料在此條件下吸收的微波能量假設①中的微波能量100％被中間介質吸收，②中微波能量除被中間介質吸收外，剩餘部分能量全部被待測材料吸收，因此，待測材料所吸收的微波能量按下式計算QAN＝Q中間介質-Q中間介質AN式中QAN待測材料吸收的微波能量，J；Q中間介質中間介質在微波場中單獨加熱時所吸收的微波能量，J；Q中間介質AN中間介質與待測材料共同加熱時中間介質所吸收的微波能量，J；可見，通過計算中間介質吸收微波能量的變化可間接得到待測材料吸收微波能量的大小，由此可判斷材料吸收微波的能力。
一種可實現上述測量方法的測量裝置其特徵是所述測量裝置由微波爐、中間介質盛放容器、待測材料盛放容器及溫度測定儀等組成。
所述的微波爐是家用微波爐或經改造的家用微波爐、小型實驗用微波爐或經改造的小型實驗用微波爐，其微波發射方位可在微波爐側壁或底盤。
所述的中間介質盛放容器和待測材料盛放容器應由微波穿透性強且在一定溫度範圍內化學性質穩定的材質製成，如玻璃容器、石英容器等。
所述的中間介質是已知比熱、微波敏感性強、熱傳導性好、在一定溫度範圍內化學性質穩定和不易發生物相轉變的單一液體純淨物，例如蒸餾水。
所述溫度測定儀可為水銀溫度計、熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、光纖維溫度傳感器、紅外測溫儀、超聲波測溫儀等。
四
圖1是本發明所述的測量裝置示意圖。
如圖1所示，一種可實現上述測量方法的測量裝置，由微波爐底板1、待測材料盛放容器2、溫度測定儀3、微波爐諧振腔體4、中間介質盛放容器5、微波爐諧振腔壁6構成。圖1中所示的微波爐是以底板方位發射微波的家用平板微波爐為例。
其中，待測材料盛放容器2置於微波爐底板1上，中間介質盛放容器5置於待測材料盛放容器2的正上方，溫度測定儀3置於微波爐外面，測溫時將測溫頭通過微波爐頂的孔道直接插入中間介質中。
五具體實施例方式
實施例1測量二氧化矽吸收的微波能量選擇0.2kg蒸餾水作為中間介質，二氧化矽0.5kg，微波功率800w，微波加熱時間10s。
①計算蒸餾水單獨在微波場中加熱時所吸收的微波能量首先將質量為0.2kg的蒸餾水裝入中間介質盛放容器5中，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T1為23.8℃；然後將中間介質盛放容器5置於微波爐底板1上，啟動微波爐加熱10s後，停機，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T2為28.0℃。按公式Q水1＝C水M水(T2-T1)計算蒸餾水單獨加熱時所吸收的微波能量Q水1Q水1＝C水M水(28.0-23.8)＝4.2×103×0.2×4.2＝3528J②計算蒸餾水和二氧化矽共同加熱時蒸餾水所吸收的微波能量首先將質量為0.2kg的蒸餾水裝入中間介質盛放容器5中，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T1AN為22.9℃；然後將質量為0.5kg的二氧化矽裝入待測材料盛放容器2中，並置於微波爐底板1上，並將中間介質盛放容器5置於待測材料盛放容器2的正上方，啟動微波爐加熱10s後，停機，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T2AN為27.0℃。蒸餾水吸收的微波能量按公式Q水2＝C水M水(T2AN-T1AN)計算Q水2＝C水M水(28.0-23.8)＝4.2×103×0.2×4.1＝3444J③計算二氧化矽吸收的微波能量由公式Q二氧化矽＝Q水1-Q水2計算Q二氧化矽＝Q水1-Q水2＝3528-34444＝84J實施例2測量活性碳、四氧化三鐵、碳酸鈣、石膏粉和氧化鈣吸收的微波能量。
選擇蒸餾水0.2kg作為中間介質，待測材料0.5kg，微波功率800w，加熱過程中每加熱20s停機測量蒸餾水的溫度一次，再繼續加熱，微波總加熱時間為120s，並根據測量結果計算待測材料吸收的微波能量，結果見表1。
表1各種材料吸收的微波能量測量結果(單位J)
由表1數據可以看出不同材料在相同條件下所吸收的微波能量不相同，隨著微波加熱時間的增加，各種材料吸收的微波能量均逐漸增大。這與實際情況完全相符。因此，這種測量方法具有很強的實際應用價值。
本發明還可用其它的不違背本發明的精神或主要性能的具體形式來描述。所述實施方案只是對本發明的說明而不能限制本發明。
特別說明本發明獲得的測量值只是一個相對比較值，而不是絕對精確值。測量結果可用於比較不同材料吸收微波能量的大小，選擇材料及分析性能。
權利要求
1.一種測量材料吸收微波能量的方法，其特徵是將待測材料和中間介質共同放入微波場中加熱，通過測量中間介質的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量的大小，該方法由設定測量初始條件、製備樣品、測量中間介質溫度、計算材料吸收的微波能量等步驟組成，
1.1所述設定測量初始條件是根據材料的一般特性、所用微波爐可輸出功率及可設的加熱時間，設定微波爐輸出功率和加熱時間，並計算出此條件下微波爐的輸出能量，
1.2所述樣品製備是根據待測材料盛放容器的大小及研究需要，確定待測樣品適合的粒度和質量，
1.3所述的測量中間介質溫度是先將中間介質單獨放入微波場中加熱，並測量中間介質加熱前後的溫度，然後在微波輸出功率及加熱時間不變的條件下，將待測材料和中間介質共同放入微波場中加熱，測量中間介質加熱前後的溫度；
1.4所述的計算材料吸收的微波能量是利用中間介質單獨在微波場中加熱時吸收的微波能量和中間介質與待測材料共同加熱時中間介質吸收的微波能量，並通過下式計算得出待測材料吸收的微波能量QAN＝Q中間介質-Q中間介質AN式中QAN待測材料吸收的微波能量，J；Q中間介質中間介質在微波場中單獨加熱時所吸收的微波能量，J；Q中間介質AN中間介質與待測材料共同加熱時中間介質所吸收的微波能量，J。
2.按照權利要求書1的所述的測量材料吸收微波能量的方法，其特徵是所述的中間介質是已知比熱、微波敏感性強、熱傳導性好、在一定溫度變化範圍內化學性質穩定和不易發生物相轉變的單一液體純淨物。
3.一種適合於權利要求1所述的測量材料吸收微波能量的方法的測量裝置，其特徵是該測量裝置由微波爐、中間介質盛放容器、待測材料盛放容器及溫度測定儀組成。
4.按照權利要求書3所述的測量裝置，其特徵是所述的微波爐是家用微波爐或經改造的家用微波爐、小型實驗用微波爐或經改造的小型實驗用微波爐，其微波發射方位可在微波爐側壁或底盤。
5.按照權利要求書3所述的測量裝置，其特徵是所述的中間介質盛放容器和待測材料盛放容器應由微波穿透性強並且化學性質穩定的材質製成，可以是玻璃容器或者石英容器。
全文摘要
本發明屬於材料特性測試技術領域，涉及一種測量材料吸收微波能量的方法及裝置；所述方法通過量熱法測量中間介質在微波場中吸收微波後的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量的大小；該方法包括設定測量初始條件，製備樣品，測量中間介質溫度，計算材料吸收的微波能量等步驟；其測量裝置由微波爐、介質盛放容器、待測材料盛放容器及溫度測定儀等組成；本發明提供的測量方法操作簡單、使用方便、成本低廉、適用範圍廣。
文檔編號G01N22/00GK101078700SQ20071003528
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者馬少健, 周顯文, 莫偉, 蘇秀娟, 林美群 申請人:廣西大學