CN105891235A - 一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法 - Google Patents

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何春林
马少健
莫伟
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Abstract

本发明属于材料特性测定领域，涉及一种测定温度对物料吸收微波能力影响的测定方法及实现该测定方法的测定装置。该测定方法由样品制备、样品盛装、空白测定、样品测定、计算样品吸收的微波相对能量、改变辐射时间并重复空白测定和样品测定、绘制样品吸收的微波相对能量与辐射时间对应关系图的步骤组成；通过微波加热使样品在不同温度下，然后采用量热法测量吸收反射波腔体中的中间媒介所吸收的微波能量，间接地得出物料随微波加热温度变化时吸波能力的强弱。该方法属于直接、方便、快捷地测定物料吸收微波能力随微波加热温度的变化，对实际微波处理物料的指导性和适用性强。

Description

一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法
技术领域
本发明涉及一种针对微波加热物料后温度对物料吸收微波能力变化的测定方法及所用测定装置。
背景技术
目前用于衡量物料在微波场中加热后温度对物料吸收微波能力影响的方法是通过测定物料的介电常数和磁导率随温度的变化，并且温度的控制以传统加热为主，并非微波加热的实际效果，难以反映出微波时间加热物料时其吸收微波能力变化；同时当采用测温仪器直接测定物料在微波场中的温度变化来衡量物料吸收微波能力大小时，关注是微波辐射效果或者物料吸波后的表观效应，且温度变化不代表吸波能力。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种针对微波加热物料后温度对物料吸收微波能力变化的测定方法及测定装置。
本发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：该测定方法由样品制备、样品盛装、空白测定、样品测定、计算样品吸收的微波相对能量、改变辐射时间并重复空白测定和样品测定、绘制样品吸收的微波相对能量与辐射时间对应关系图的步骤组成；
所述样品制备:将待测物料制成粉末样品；
所述样品盛装：将制备好的粉末样品盛装于容器中；
所述空白测定：将未盛装有待测样品的相同规格容器置于样品测量室，用微波产生器产生的微波辐射样品，并用环行器控制微波进入所述样品测量室，微波辐射时间t；微波被所述环行器定向控制导向进入所述样品测量室加热待测样品后，未被吸收的微波余量，被所述环行器反射导出，被中间媒介吸收，测量所述中介媒介的温度为T1,计算所述中间媒介所吸收的微波能量为Qw-1；
物质吸收微波能量的计算公式为：Q＝Cpm-p×m×△t；
式中Q：物质吸收的微波能量，单位：J；
△t：物质的温度变化值，单位：℃；
Cpm-p：物质在测试温度内的平均比热容，单位：J·g-1·℃-1；
m：待测物料质量，单位：g；
所述样品测定：将盛装有待测样品的容器置于所述样品测量室中，微波辐射时间为t，测量中间媒介的温度为T2、同时记下微波停止后被测样品的温度为T2’，计算中间媒介吸收的微波能量Qw-2，则样品所吸收的微波能量为Qw-1-Qw-2；
所述计算样品吸收的微波相对能量：样品温度从室温升至T2’所吸收的相对微波能量为REy，REy＝(Qw-1-Qw-2)/Pt；
所述改变辐射时间并重复空白测定和样品测定：改变微波辐射时间,随着微波辐射时间的增加，所述空白测定和所述样品测定中，所述中间媒介、样品的温度随之升高，计算每次样品吸收的微波相对能量；
绘制样品吸收的微波相对能量与辐射时间对应关系图：将每次样品吸收的微波相对能量与每次微波辐射时间对应绘制成图，由公知常识可知，微波辐射时间与物料温度呈正相关性，被测样品随微波加热时间变化的吸波特性趋势与随微波加热温度变化的吸波特性趋势是一致的，可间接得到被测样品随微波加热温度变化的吸波特性趋势。
本发明的有益效果：通过微波加热使物料在不同温度下，然后采用量热法测量吸收反射波腔体中的中间媒介所吸收的微波能量，间接地计算物料随微波加热温度变化时吸波能力强弱。该方法属于直接、方便、快捷地测定物料吸收微波能力随微波加热温度的变化，对实际微波处理物料的指导性和适用性强。
优选地，样品制备中将待测物料制成粒度小于或等于0.074mm的粉末。
优选地，用于盛装样品的容器为石英坩埚，直径为4cm，高为3.8cm，厚为0.2cm，所取待测样品质量为32g。
优选地，在空白测定和样品测定步骤中用石英棉为保温材料包裹住所述容器。特别地，所用保温材料为石英棉。
优选地，所用中间媒介为水。
本发明同时提供一种实现上述测定方法的测定装置，所述测定装置包括微波产生器、环行器、单模波导、激励波导、吸收反射波腔体、样品测量室、测温仪；
所述单模波导、所述激励波导、所述吸收反射波腔体分别连接在所述环行器上，所述单模波导的轴线与所述激励波导的轴线同轴，并且垂直于所述吸收反射波腔体的轴线，并且所述单模波导的轴线、所述激励波导的轴线、所述吸收反射波腔体的轴线位于同一平面上；
所述微波产生器安装在所述激励波导背离所述环行器的一端上，用于产生微波；
所述样品测量室位于所述单模波导背离环行器一端的内腔里，用于放置样品；
所述环行器用于定向控制微波导向，微波经由所述激励波导及所述环行器输入所述单模波导；未被样品吸收的微波余量由所述单模波导反射导出，经由所述环行器进入所述吸收反射波腔体；
所述吸收反射波腔体内设置有中间媒介，所述中间媒介用于吸收微波余量；
所述测温仪用于测量待测样品和所述中间媒介的温度。
本发明的测定装置结构简单、操作简易，使用方便，实验数据精准一致、偏差小，重复性强。
优选地，在所述单模波导背离环行器一端上，距离端面4cm从顶面向下开设有3mm直径的测温孔，放置在所述样品测量室内的容器与所述测温孔同轴；所述测温仪的温度探头尺寸与所述测温孔匹配，用于测量所述容器内样品的温度；测量样品温度时，将测温仪的温度探头深入即可进行测温。
优选地，所述测量室底部放置有一用保温材料制作成的模具，所述模具的四边尺寸与所述测量室匹配，厚度与所述容器的高度相当，模具顶部开设有通孔；所述通孔的形状与大小与容器匹配，且与所述测温孔同轴。
优选地，选择型号为BJ26的单模波导。
附图说明
图1是本发明所述的测量装置示意图。
图2是赤铁矿吸收的微波相对能量与微波加热时间关系图。
图3是磁铁矿吸收的微波相对能量与微波加热时间关系图。
附图标记对照表：
微波产生器1 环行器2 单模波导3
保温石英棉4 待测样品5 石英坩埚容器6
吸收反射波腔体7 中间媒介水8 激励波导10
具体实施方式
为了使本发明的目的、方法及操作更加清楚明白，以下结果附图及测定实例，对本发明进行进一步详细说明，此处所述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种测量微波加热温度对物料吸波能力影响的测定装置，用于测定待测样品5吸收的微波相对能量大小，所述测定装置包括微波产生器1、环行器2、单模波导3、保温石英棉4、石英坩埚容器6、吸收反射波腔体7、中间媒介水8、测温仪9、激励波导10、样品测量室(图中未显示)、测温孔(图中未显示)。
所述单模波导3、所述激励波导10、所述吸收反射波腔体7分别连接在所述环行器2上，所述单模波导3的轴线与所述激励波导10的轴线同轴，并且垂直于所述吸收反射波腔体7的轴线，并且所述单模波导3的轴线、所述激励波导10的轴线、所述吸收反射波腔体7的轴线位于同一平面上；优选地，单模波导3的选择的型号为BJ26；
所述微波产生器1安装在所述激励波导10背离所述环行器2的一端上，用于产生微波；
所述样品测量室位于所述单模波导背离环行器2一端的内腔里，由保温石英棉4、待测样品5、石英坩埚容器6所占空间构成；
所述环行器2用于定向控制微波导向，微波经由所述激励波导10及所述环行器2输入所述单模波导3；未被样品吸收的微波余量由所述单模波导3反射导出，经由所述环行器2进入所述吸收反射波腔体7；
所述吸收反射波腔体7内设置有中间媒介水8，所述中间媒介水8用于吸收微波余量；
在所述单模波3导背离环行器2一端上，距离端面4cm从顶面向下开设有3mm直径的测温孔，放置在所述样品测量室内的石英坩埚容器6与所述测温孔同轴；所述测温仪9的温度探头尺寸与所述测温孔匹配，用于测量所述石英坩埚容器6内待测样品5的温度；测量待测样品5的温度时，将测温仪9的温度探头从测温孔伸入即可进行测温；
所述测温仪9用于测量所述待测样品5和所述中间媒介水8的温度。
测量实施过程：
分别测量赤铁矿和磁铁矿随微波加热时间变化其吸收微波相对能量的大小，微波功率P＝1000W。
样品制备:取赤铁矿、磁铁矿各32g,分别将其制成粒度小于或等于0.074mm粉末；
样品盛装：将制备好的待测样品5盛装于直径为4cm，高为3.8cm，厚为0.2cm的石英坩埚容器6中，并用保温石英棉4包裹住石英坩埚容器中6；
空白测定：将未盛装有待测样品的相同规格的并用石英棉4包裹住的石英坩埚容器6置于样品测量室中，将中间媒介水8放置于吸收反射波腔体7的底面中心位置，启动微波产生器1，微波辐射时间t，关闭微波产生器1；微波经激励波导10传输进入环行器2，微波被环行器2定向控制导向，经由环行器2导入单模波导3内腔中的样品测量室加热待测样品5后，未被吸收的微波余量由所述单模波导3反射导出，经由环行器2进入吸收反射波腔体7中，被中间媒介水8吸收，所用中间媒介水8的量为1000ml,用测温仪9测量中介媒介水8的温度为T1,计算中间媒介水8所吸收的微波能量为Qw-1；
样品测定：将盛装有待测样品5并用保温石英棉4包裹住的石英坩埚容器6置于样品测量室中11中，用测温仪9测量待测样品的初始温度即室温温度T2为30℃。将中间媒介水8换成新的1000ml，启动微波产生器1，微波辐射与空白测定相同的时间t，关闭微波产生器1，用测温仪9测量中间媒介水8的温度为T2、将测温仪9的温度探头从测温孔伸入样品测量室中，记下微波停止后被测样品的温度为T2’，计算中间媒介水8吸收的微波能量Qw-2，则样品所吸收的微波能量为Qw-1-Qw-2；
计算样品吸收的微波相对能量：样品温度从室温升至T2’所吸收的相对微波能量为REy，REy＝(Qw-1-Qw-2)/Pt；
所述改变辐射时间并重复空白测定和样品测定重复空白测定和样品测定：改变微波辐射时间,随着微波辐射时间的增加，空白测定和样品测定中，中间媒介、样品的温度随之升高，计算每次样品吸收的微波相对能量，与每次微波辐射时间对应绘制成图，由公知常识可知，微波辐射时间与物料温度呈正相关性，可间接得到被测样品随微波加热温度变化的吸波特性趋势。
由图2、图3可以看出，赤铁矿和磁铁矿随微波加热时间变化其吸收微波能力呈现不同的趋势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和修改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：该测定方法由样品制备、样品盛装、空白测定、样品测定、计算样品吸收的微波相对能量、改变辐射时间并重复空白测定和样品测定、绘制样品吸收的微波相对能量与辐射时间对应关系图的步骤组成；
所述样品制备:将待测物料制成粉末样品；
所述样品盛装：将制备好的粉末样品盛装于容器中；
所述空白测定：将未盛装有待测样品的相同规格容器置于样品测量室，用微波产生器产生的微波辐射样品，并用环行器控制微波进入所述样品测量室，微波辐射时间t；微波被所述环行器定向控制导向进入所述样品测量室加热待测样品后，未被吸收的微波余量，被所述环行器反射导出，被中间媒介吸收，测量所述中介媒介的温度为T1,计算所述中间媒介所吸收的微波能量为Qw-1；
物质吸收微波能量的计算公式为：Q＝Cpm-p×m×△t；
式中Q：物质吸收的微波能量，单位：J；
△t：物质的温度变化值，单位：℃；
Cpm-p：物质在测试温度内的平均比热容，单位：J·g-1·℃-1；
m：待测物料质量，单位：g；
所述样品测定：将盛装有待测样品的容器置于所述样品测量室中，微波辐射时间为t，测量中间媒介的温度为T2、同时记下微波停止后被测样品的温度为T2’，计算中间媒介吸收的微波能量Qw-2，则样品所吸收的微波能量为Qw-1-Qw-2；
所述计算样品吸收的微波相对能量：样品温度从室温升至T2’所吸收的相对微波能量为REy，REy＝(Qw-1-Qw-2)/Pt；
所述改变辐射时间并重复空白测定和样品测定：改变微波辐射时间,随着微波辐射时间的增加，所述空白测定和所述样品测定中，所述中间媒介、样品的温度随之升高，计算每次样品吸收的微波相对能量；
绘制样品吸收的微波相对能量与辐射时间对应关系图：将每次样品吸收的微波相对能量与每次微波辐射时间对应绘制成图，可间接得到被测样品随微波加热温度变化的吸波特性趋势。
2.根据权利要求1所述的一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：将待测物料制成粉末样品的粒度小于或等于0.074mm。
3.根据权利要求1所述的一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：所述容器为石英坩埚。
4.根据权利要求3所述的一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：所述石英坩埚的直径为4cm，高为3.8cm，厚为0.2cm。
5.根据权利要求4所述的一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：所取待测样品质量为32g。
6.根据权利要求1所述的一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：在空白测定和样品测定步骤中用石英棉为保温材料包裹住所述容器。
7.根据权利要求1所述的一种微波加热温度对物料吸波能力影响的测定方法，其特征在于：所述中间媒介为水。
8.一种实现权利要求1至7任意一项所述测定方法的测定装置，所述测定装置包括微波产生器、环行器、单模波导、激励波导、吸收反射波腔体、样品测量室、测温仪；
所述单模波导、所述激励波导、所述吸收反射波腔体分别连接在所述环行器上，所述单模波导的轴线与所述激励波导的轴线同轴，并且垂直于所述吸收反射波腔体的轴线，并且所述单模波导的轴线、所述激励波导的轴线、所述吸收反射波腔体的轴线位于同一平面上；
所述微波产生器安装在所述激励波导背离所述环行器的一端上，用于产生微波；
所述样品测量室位于所述单模波导背离环行器一端的内腔里，用于放置样品；
所述环行器用于定向控制微波导向，微波经由所述激励波导及所述环行器输入所述单模波导；未被样品吸收的微波余量由所述单模波导反射，经由所述环行器进入所述吸收反射波腔体；
所述吸收反射波腔体内设置有中间媒介，所述中间媒介用于吸收微波余量；
所述测温仪用于测量待测样品和所述中间媒介的温度。
9.根据权利要求8所述的测定装置，其特征在于：在所述单模波导背离环行器一端上，距离端面4cm从顶面向下开设有3mm直径的测温孔，放置在所述样品测量室内的容器与所述测温孔同轴；所述测温仪的温度探头尺寸与所述测温孔匹配，用于测量所述容器内样品的温度。
10.根据权利要求9所述的测定装置，其特征在于：所述测量室底部放置有一用保温材料制作成的模具，所述模具的四边尺寸与所述测量室匹配，厚度与所述容器的高度相当，模具顶部开设有通孔；所述通孔的形状与大小与容器匹配，且与所述测温孔同轴。
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