CN107102200B - 一种多磁控管微波加热装置性能测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多磁控管微波加热装置性能测试系统，用于对多个磁控管同时馈入微波加热腔的微波系统进行性能测试，所述测试系统包括依次连接的取样单元、AD转换模块、数据处理显示单元，所述取样单元包括系统取样模块和单管取样模块，单管取样模块包括单管电源取样模块、磁控管参数取样模块、微波功率计。本发明还公开了一种多磁控管微波加热装置性能测试方法，根据采集的系统参数和各个磁控管的单管参数，分析多磁控管微波加热装置性能。本发明中测试系统结构简单且采集数据全面，利于测试方法对微波系统的性能进行高效、准确的分析。
Description
技术领域
本发明涉及微波系统测试领域，具体的说，是一种多磁控管微波加热装置性能测试系统及测试方法。
背景技术
多磁控管微波加热装置，又叫多馈口微波加热系统，采用多支磁控管，每支磁控管连接一个激励器，每个激励器通过波导分布连接在微波加热腔中，多个馈口将微波能量传输到微波加热腔中，对微波加热腔内的载体物质进行加热，向负载馈能。
相比单磁控管微波加热系统，多磁控管微波加热系统的结构和控制稍微复杂，但由于每个磁控管对应通道其微波功率不高，反而要求产品具备大功率微波加热性能时大大降低大功率对应的设计难度和制造难度，因而实际微波应用领域中，多磁控管微波加热装置应用广泛，具不完全统计，比例高达80％。
但是，由于多磁控管微波加热装置中多个磁控管工作频率相同，互相耦合、互相干扰，系统容易出现微波功率减小、磁控管损坏严重等影响微波系统正常工作的情况。发生此类情况，需要排查原因：是馈口的相对位置设计有问题；是微波的控制方法不正确；是微波加热腔结构有问题；是被加热的负载有问题；还是其他问题。
由于缺乏对微波系统的性能测试，设计人员无法对故障进行判别，想要优化设计也无据可依。进一步，在一些需要精确控制微波功率的应用场合，更需要对微波性能进行测试。所以，亟需提供一种测试方法，用于对采用多个磁控管进行微波加热的多磁控管微波加热系统进行系统性能测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多磁控管微波加热装置性能测试系统及测试方法，用于对采用多个磁控管进行微波加热的多磁控管微波加热系统进行系统性能测试，根据测试结果分析出微波加热系统的工作状态，从而做出系统评价，便于设计出性能更好的微波系统。
现有技术中，多磁控管微波加热装置中设置多个微波输入单元，每个微波输入单元包括依次连接的专用电源、磁控管、激励器。每个磁控管由专用电源供电并通过激励器中波导输入到微波加热腔中。
本发明通过下述技术方案实现：一种多磁控管微波加热装置性能测试系统，用于对多个磁控管同时馈入微波加热腔的微波加热装置进行性能测试，所述测试系统包括依次连接的取样单元、AD转换模块、数据处理显示单元，其特征在于：所述取样单元包括系统取样模块和与磁控管一一对应连接的单管取样模块，单管取样模块包括单管电源取样模块、磁控管参数取样模块、微波功率计，系统取样模块、单管电源取样模块、磁控管参数取样模块、微波功率计分别与AD转换模块连接；
所述系统取样模块，用于采集多个磁控管总电源的总电压、多个磁控管总电源的总电流、系统加热时间信号；
所述单管电源取样模块，设置在单个磁控管的电源输入端，用于采集单个磁控管的单管输入电压信号、单管输入电流信号；
所述磁控管参数取样模块，与磁控管连接，用于采集单个磁控管的单管阳极电压信号、单管阳极电流信号、单管灯丝电压信号、单管灯丝电流信号、单管温度信号；
所述微波功率计，通过激励器与磁控管连接，用于采集单个磁控管的单管微波输出功率信号、单管微波反射功率信号。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述微波功率计包括相互连接的双向定向耦合器、检波二极管。
进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：
步骤S1：在多磁控管微波加热装置的微波加热腔中放入水负载；
步骤S2：运行多磁控管微波加热装置和测试系统，待多磁控管微波加热装置稳定运行后，测试系统通过取样单元采集测试时刻对应的系统总参数和每个磁控管的单管参数，同时采集此时刻水负载的测试水温；同时，采集到的系统总参数和各个单管参数通过AD转换模块转换并汇总至数据处理显示单元；
步骤S3：由数据处理显示单元计算出对应微波系统的性能参数并反馈分析结果。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S1中放入水负载时，测量初始水温T1、水质量MW并输入数据处理显示单元；
所述步骤S2中运行多磁控管微波加热装置时，记录起始时刻time1、磁控管预热结束时刻time2、测试系统测试时刻time3、测试时刻水负载的测试水温T2并输入数据处理显示单元；
所述步骤S2中系统总参数包括电源总电压U总、电源总电流I总；单管参数包括单管输入电压Ui入、单管输入电流Ii入、单管阳极电压Uai、单管阳极电流Iai、单管灯丝电压Ufi、单管灯丝电流Ifi、单管温度Tmi、单管微波输出功率Pmi出、单管微波反射功率Pmi反；
所述步骤S3中微波系统的性能参数包括单个磁控管的单管输入功率Pi入、单管阳极功率Pai、单管灯丝功率Pfi、总电源输入总功率P电总、多个磁控管输入总功率Pi总、多个磁控管阳极总功率Pa总、多个磁控管灯丝总功率Pf总、微波输出总功率Pm出、微波反射总功率Pm反、磁控管微波输出效率η出、微波热效率η热、微波负载功率Pz；
当磁控管微波输出效率η出或微波热效率η热超出设定的阈值范围之外时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在结构问题或电路问题；
当多个磁控管阳极总功率Pa总、多个磁控管灯丝总功率Pf总之和与多个磁控管输入总功率Pi总的差值超出超出设计阈值时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在电路问题；
当微波反射总功率Pm反与微波输出总功率Pm出比值超出设计阈值时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在结构设计不合理的问题。
进一步地，为了更好的实现本发明，
所述总电源输入总功率P总电为总电源的总电压与总电流之积，即P电总＝U总*I总；
所述多个磁控管输入总功率Pi总为多个磁控管输入功率之和，即
所述多个磁控管阳极总功率Pa总为多个磁控管阳极功率之和，即
所述多个磁控管灯丝总功率Pf总为多个磁控管灯丝功率之和，即
所述微波输出总功率Pm出为多个磁控管微波输出功率之和，即
所述微波反射总功率Pm反为多个磁控管微波反射功率之和，即
进一步，为了更好的实现本发明，所述步骤S3中微波负载功率Pz的计算方法如下：
ΔT＝(T2-T1)
Δt＝time3-time2
其中：Pz：微波负载功率，单位：千瓦；
K：负载的比热容，单位：千焦耳每千克摄氏度；
Mw：水质量，单位：千克；
T1：初始水温，单位：摄氏度；
T2：测试水温，单位：摄氏度；
ΔT：负载测试温差，单位：摄氏度；
time3：测试系统测试时刻；
time2：磁控管预热结束时刻；
Δt：磁控管微波实际加热时间，单位：秒。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S3中微波热效率η热的计算方法如下：
ΔT＝(T2-T1)；
Δt＝time3-time2；
t＝time3-time1；
其中：η热：微波热效率，单位：％；
Pz：微波负载功率，单位：千瓦；
Win入：输入能效，单位：千瓦·秒；
K：负载的比热容，单位：千焦耳每千克摄氏度；
Mw：水质量，单位：千克；
Pi总：多个磁控管输入总功率，单位：千瓦；
T1：初始水温，单位：摄氏度；
T2：测试水温，单位：摄氏度；
ΔT：负载测试温差，单位：摄氏度；
time3：测试系统测试时刻；
time2：测试管预热结束时刻；
time1：测试的起始时刻；
Δt：磁控管微波实际加热时间，单位：秒；
t：测试时间，单位：秒。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述磁控管微波输出效率η出的计算方法如下：
其中：η出：磁控管微波输出效率，单位：％；
Pm出：微波输出总功率，单位：千瓦；
Pm反：微波反射总功率，单位：千瓦；
Pa总：多个磁控管阳极总功率，单位：千瓦；
Pf总：多个磁控管灯丝总功率，单位：千瓦。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S3中微波系统的性能参数还包括单管输出效率ηi；所述单管输出效率ηi的计算方法如下：
当任一个磁控管的单管输出效率ηi与磁控管微波输出效率η出的差值超出设计阈值时，对应的磁控管及其附近磁控管的结构设计不合理。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述单管阳极功率Pai、单管灯丝功率Pfi之和与单个磁控管的单管输入功率Pi入的差值超出设计阈值时，对应磁控管的电路有问题。
所述磁控管的灯丝基本是一个常数，是一个固定的影响效率的能量消耗，其大小不一样仅是个性的差别。Tmi为单个磁控管温度，一般正常温度为160℃，如果系统或磁控管工作不正常，该温度会升高，当温度达到200℃时，根据经验，磁控管寿命会下降30％。而且磁控管温度异常表示磁控管故障，需要更换。另一方面，磁控管温度Tmi与磁控管工作状态有关，开始试验时记录起始时刻为time1，当磁控管温度Tmi达到160℃时，磁控管预热完成，记录此时为预热结束时刻time2，直至测试结束时刻time3。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明中的多磁控管微波加热装置性能测试系统，根据多磁控管微波加热装置的结构进行设计，同时采集整体系统参数和各个磁控管的单管参数，利于全面、有效的分析微波系统的性能；
(2)本发明中的多磁控管微波加热装置性能测试方法，借助水负载，通过采集到的系统参数和磁控管的单管参数，全面分析微波系统的性能；
(3)本发明中性能测试系统的结构简单，性能测试方法操作便捷，测试的数据既可以用于微波加热装置是否符合生产要求的合格检验又可以用于为优化微波加热装置的性能提供数据支持。
附图说明
图1为本发明中测试系统的结构示意图；
图2为本发明中测试系统的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。本发明下列实施例以对采用N支磁控管的多磁控管微波加热装置进行性能测试为例进行说明。
实施例1：
本发明通过下述技术方案实现：如图1所示，一种多磁控管微波加热装置性能测试系统，用于对多个磁控管同时馈入微波加热腔的微波加热装置进行性能测试，所述测试系统包括依次连接的取样单元、AD转换模块、数据处理显示单元，其特征在于：所述取样单元包括系统取样模块和与磁控管一一对应连接的单管取样模块，单管取样模块包括单管电源取样模块、磁控管参数取样模块、微波功率计，系统取样模块、单管电源取样模块、磁控管参数取样模块、微波功率计分别与AD转换模块连接。
所述系统取样模块，用于采集多个磁控管总电源的总电压、多个磁控管总电源的总电流、系统加热时间信号；
所述单管电源取样模块，设置在单个磁控管的电源输入端，用于采集单个磁控管的单管输入电压信号、单管输入电流信号；
所述磁控管参数取样模块，与磁控管连接，用于采集单个磁控管的单管阳极电压信号、单管阳极电流信号、单管灯丝电压信号、单管灯丝电流信号、单管温度信号；
所述微波功率计，通过激励器与磁控管连接，用于采集单个磁控管的单管微波输出功率信号、单管微波反射功率信号。
如图2所示，以一个具有N(N为自然数)个磁控管的微波加热装置进行性能测试为例，此时所述测试系统包括与AC 220V外接电源连接的系统取样模块、与N个磁控管一一对应连接的N个单管取样模块，所述系统取样模块和N个单管取样模块分别通过AD转换单元与数据处理显示单元连接进行数据通信。具体地，1#单管取样模块与1#磁控管连接，采集1#磁控管的单管输入电压、单管输入电流、单管阳极电压、单管阳极电流、单管灯丝电压、单管灯丝电流、单管温度、单管微波输出功率、单管微波反射功率；同理，N#单管取样模块与N#磁控管连接，采集N#磁控管的单管输入电压、单管输入电流、单管阳极电压、单管阳极电流、单管灯丝电压、单管灯丝电流、单管温度、单管微波输出功率、单管微波反射功率。
所述单管取样模块中设置有采集单管输入电压、单管阳极电压、单管灯丝电压的电压采集模块，采集单管输入电流、单管阳极电流、单管灯丝电流的电流采集模块，采集单管温度的温度采集模块，采集单管微波输出功率、单管微波反射功率的功率采集模块。所述电压采集模块可以采用现有的电压采集电路，并利用现有的电压采集电路对单个磁控管的电源输入端、阳极、灯丝分别进行电压采集。所述电流采集模块可以采用现有的电流采集电路，并利用现有的电流采集电路对单个磁控管的电源输入端、阳极、灯丝分别进行电流采集。所述功率采集模块可以直接采用现有的微波功率计对单个磁控管输出端输出的功率、反射的功率进行采集。所述功率采集模块也可以采用设置检波二极管的双向定向耦合器对单个磁控管输出端进行检波后输出功率、反射功率的采集。所述电压采集电路、电流采集电路、微波功率计、双向定向耦合器均可在使用现有技术，故不再赘述其具体结构或工作原理。
本发明还公开了一种多磁控管微波加热装置性能测试方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：在多磁控管微波加热装置的微波加热腔中放入水负载；
步骤S2：运行多磁控管微波加热装置和测试系统，待多磁控管微波加热装置稳定运行后，测试系统通过取样单元采集测试时刻对应的系统总参数和每个磁控管的单管参数，同时采集此时刻水负载的测试水温；
步骤S2：采集到的系统总参数和各个单管参数通过AD转换模块转换并汇总至数据处理显示单元；
步骤S3：由数据处理显示单元计算出对应微波系统的性能参数并反馈分析结果。
本实施例中，所述步骤S3中微波系统的性能参数可以反应出微波加热装置的性能，一是可以通过用户手册等资料指导用户在使用该系统时选择合适微波配置，扬长避短，最大化利用微波加热装置，达到系统工作最优化；二是设计人员可以根据反馈分析结果对微波加热装置结构或电路进行优化设计，如：各个微波波导的输出位置、负载的位置、磁控管控制电路等，以获得更好的加热效果。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上进行优化，所述性能测试方法借助性能测试系统进行数据的采集、分析、处理、显示。
所述性能测试方法中需要采集的数据有：
水负载的水质量MW，步骤S1中，通过量筒等量具测量体积后计算出水负载的质量，或者直接称取放入微波加热腔中水负载的质量；
初始水温T1，步骤S1中，通过温度计或者温度传感器等元件直接测出水负载在初始时的温度；
测试水温T2，步骤S2中，通过温度计或者温度传感器等元件直接测出水负载在测试微波系统性能时的温度；
磁控管开始工作的起始时刻time1，步骤S2中，数据处理显示单元记录为开始测试的起始时刻；
磁控管预热结束时刻time2，步骤S2中，数据处理显示单元检测到单管温度值达到预热温度值时记录为预热结束时刻；
测试系统测试时刻time3，步骤S2中，数据处理显示单元记录测试结束的测试时刻；
总电源的总电压U总，步骤S2中由系统取样模块直接采集微波系统工作时的电源总电压；
总电源的总电流I总，步骤S2中由系统取样模块直接采集微波系统工作时的电源总电流；
单管输入电压Ui入，步骤S2中由单管电源取样模块直接采集微波系统工作时专用电源输入单支磁控管的电压；
单管输入电流Ii入，步骤S2中由单管电源取样模块直接采集微波系统工作时专用电源输入单支磁控管的电流；
单管阳极电压Uai，步骤S2中由单管电源取样模块直接采集微波系统工作时单支磁控管的阳极电压；
单管阳极电流Iai，步骤S2中由单管电源取样模块直接采集微波系统工作时单支磁控管的阳极电流；
单管灯丝电压Ufi，步骤S2中由磁控管参数取样模块直接采集微波系统工作时单支磁控管的灯丝电压；
单管灯丝电流Ifi，步骤S2中由磁控管参数取样模块直接采集微波系统工作时单支磁控管的灯丝电流；
单管温度Tmi，步骤S2中由磁控管参数取样模块直接采集微波系统工作时单支磁控管的温度；
单管微波输出功率Pmi出，步骤S2中由双向定向耦合器直接采集单支磁控管输出的微波功率；
单管微波反射功率Pmi反，步骤S2中由双向定向耦合器直接采集单支磁控管反射的微波功率；
根据采集的上述信号，可以计算出：
磁控管灯丝预热时间t预，t预＝time2-time1，(单位：秒)；
磁控管微波实际加热时间Δt，Δt＝time3-time2，(单位：秒)
磁控管测试时间t，t＝time3-time1，(单位：秒)；
总电源输入总功率P电总，P电总＝U总*I总，(单位：千瓦)；
单个磁控管单管输入功率Pi入,Pi入＝Ui入*Ii入，i＝1，2，……，N，(单位：千瓦)；
多个磁控管输入总功率Pi总，
单个磁控管单管阳极功率Pai,Pai＝Uai*Iai，i＝1，2，……，N，(单位：千瓦)；
多个磁控管阳极功率Pa总，
单个磁控管单管灯丝功率Pfi，Pfi＝Ufi*Ifi，i＝1，2，……，N，(单位：千瓦)；
多个磁控管灯丝总功率Pf总，
多个磁控管微波输出总功率Pm出，
多个磁控管微波反射总功率Pm反，
单个磁控管单管微波功率Pmi，Pmi＝Pmi出+Pmi反，i＝1，2，……，N，(单位：千瓦)；
多个磁控管微波总功率Pm总，
输入能效Win入，Win入＝Pi总*t，(单位：千瓦·秒)；
微波负载功率Pz，
微波加热装置中多个磁控管微波热效率η热,
其中，K为负载的比热容；
微波加热装置中多个磁控管微波输出效率η出，
微波加热装置中单管输出效率ηi，
根据测试数据，进行分析判断并反馈：
当磁控管微波输出效率η出或微波热效率η热超出设定的阈值范围之外时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在结构问题或电路问题；
当多个磁控管阳极总功率Pa总、多个磁控管灯丝总功率Pf总之和与多个磁控管输入总功率Pi总的差值超出超出设计阈值时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在电路问题；
当任一个磁控管的单管阳极功率Pai、单管灯丝功率Pfi之和与单个磁控管的单管输入功率Pi入的差值超出设计阈值时，对应磁控管的电路有问题；
当微波反射总功率Pm反与微波输出总功率Pm出比值超出设计阈值时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在结构设计不合理的问题；
当任一个磁控管的单管输出效率ηi与磁控管微波输出效率η出的差值超出设计阈值时，对应的磁控管及其附近磁控管的结构设计不合理。
实施例3：
本实施例在实施例1或2的基础上，按0.5N:1N:1.5N的质量比准备三份负载进行微波加热装置性能测试。其中N为对应微波加热装置中工作的磁控管的数量。
例如：微波加热装置中有9个工作的磁控管，即N＝9时，三份水负载的质量分别为4.5KG、9.0KG、13.5KG。
又例如：微波加热装置中有10个工作的磁控管，即N＝10时，三份水负载的质量分别为5.0KG、10.0KG、15.0KG。
实施例4：
本实施例在实施例3的基础上，根据GB/T 18800-2008家用微波炉性能测试方法进行操作。本实施例以一采用9个(N＝9)性能相同的磁控管的微波加热系统为例，每个磁控管的额定功率为1.05KW，微波加热系统其微波腔容积260L，控制多磁控管微波加热装置和测试系统通电工作的时间为100S，即time3-time1＝100s。其中，磁控管预热时间为t预热且t预热＝time2-time1，磁控管预热时间为3s,即磁控管达到工作温度预热结束；磁控管微波加热时间为Δt且Δt＝time3-time2＝97s。
在室温20℃、常压状态下对三份质量不同的水负载分别进行实验，实验基础参数如表1所示：
| 项目 | 水负载质量(M<sub>W</sub>) | 初始温度(T1) | 测试时间 |
| 第一组 | 4.5KG | 20℃ | 100s |
| 第二组 | 9.0KG | 20℃ | 100s |
| 第三组 | 13.5KG | 20℃ | 100s |
表1
然后对上述三份水负载分别按下列步骤进行操作：
步骤S1：在多磁控管微波加热装置的微波加热腔中放入一聚丙烯塑料桶，然后在聚丙烯塑料桶中注入标定的水，作为微波加热系统的水负载。
步骤S2：运行多磁控管微波加热装置和测试系统，待多磁控管微波加热装置稳定运行后，测试系统通过取样单元采集测试时刻对应的系统总参数和每个磁控管的单管参数，同时采集此时刻水负载的测试水温T2。
其中，多磁控管微波加热装置和测试系统开始运行时刻为磁控管开始工作的起始时刻time1；多磁控管微波加热装置稳定运行是指磁控管单管温度Tmi达到工作值即磁控管完成预热时，此时记为磁控管预热结束时刻time2；测试系统进行测试的测试系统测试时刻time3。
三组实验的基础采集参数如表2所示：
表2
步骤S2：采集到的系统总参数和各个单管参数通过AD转换模块转换并汇总至数据处理显示单元。
步骤S3：由数据处理显示单元计算出对应微波系统的性能参数并反馈分析结果。
其中：
为了方便数据分析，单管参数中主要显示单管输入功率、单管阳极功率、单管灯丝功率、单管微波输出功率、单管微波反射功率，其中，单管输入功率根据单管输入电压与单管输入电流乘积获得，单管阳极功率根据单管阳极电压与单管阳极电流乘积获得，单管灯丝功率根据单管灯丝电压与单管灯丝电流乘积获得。
步骤S2、S3中采集的第一组(水负载为4.5KG)试验对应的测试数据如表3：
| 参数项 | 单位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 多管总和 |
| Pi | KW | 1.5 | 1.6 | 1.6 | 1.5 | 1.4 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | Pi<sub>总</sub>＝14.0 |
| Pai | KW | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.2 | 1.2 | 1.3 | 1.2 | 1.3 | 1.3 | Pa<sub>总</sub>＝11.4 |
| Pfi | KW | 0.033 | 0.033 | 0.033 | 0.033 | 0.032 | 0.033 | 0.035 | 0.033 | 0.033 | Pf<sub>总</sub>＝0.298 |
| Pmi<sub>出</sub> | KW | 0.94 | 0.96 | 1.02 | 0.94 | 0.96 | 1.03 | 0.97 | 0.99 | 1.01 | Pm<sub>出</sub>＝8.82 |
| Pmi<sub>反</sub> | KW | 0.28 | 0.25 | 0.21 | 0.28 | 0.24 | 0.14 | 0.35 | 0.24 | 0.22 | Pm<sub>反</sub>＝2.21 |
表3
计算得采用4.5KG水负载时，对应微波加热装置测试出的主要性能参数如表4所示：
| 参数项 | 单位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 总效率 |
| ηi | ％ | 53.53 | 53.26 | 56.52 | 53.53 | 58.44 | 66.77 | 50.20 | 56.26 | 59.26 | --- |
| η<sub>热</sub> | ％ | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 47.24 |
| η<sub>出</sub> | ％ | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 56.51 |
| Pz | KW | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 6.82 |
表4
步骤S2、S3中采集的第二组(水负载为9.0KG)试验对应的测试数据如表5：
| 参数项 | 单位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 多管总和 |
| Pi | KW | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.5 | 1.5 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | Pi<sub>总</sub>＝14.9 |
| Pai | KW | 1.3 | 1.5 | 1.7 | 1.4 | 1.4 | 1.6 | 1.4 | 1.5 | 1.4 | Pa<sub>总</sub>＝13.2 |
| Pfi | KW | 0.033 | 0.033 | 0.034 | 0.033 | 0.034 | 0.033 | 0.034 | 0.033 | 0.033 | Pf<sub>总</sub>＝0.300 |
| Pmi<sub>出</sub> | KW | 1.03 | 1.06 | 1.11 | 1.02 | 0.99 | 1.14 | 1.06 | 1.04 | 1.09 | Pm<sub>出</sub>＝9.54 |
| Pmi<sub>反</sub> | KW | 0.11 | 0.08 | 0.15 | 0.10 | 0.14 | 0.23 | 0.10 | 0.14 | 0.17 | Pm<sub>反</sub>＝1.22 |
表5
计算得采用9.0KG水负载时，对应微波加热装置测试出的主要性能参数如表6所示：
| 参数项 | 单位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 总效率 |
| ηi | ％ | 69.02 | 63.93 | 55.36 | 64.20 | 59.27 | 55.73 | 66.95 | 58.71 | 64.20 | --- |
| η<sub>热</sub> | ％ | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 55.89 |
| η<sub>出</sub> | ％ | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 61.63 |
| Pz | KW | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 8.59 |
表6
步骤S2、S3中采集的第三组(水负载为13.5KG)试验对应的测试数据如表7：
| 参数项 | 单位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 多管总和 |
| Pi | KW | 1.7 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 1.7 | 1.9 | 1.8 | 1.7 | 1.8 | Pi<sub>总</sub>＝16.0 |
| Pai | KW | 1.5 | 1.6 | 1.6 | 1.7 | 1.5 | 1.7 | 1.6 | 1.5 | 1.6 | Pa<sub>总</sub>＝14.3 |
| Pfi | KW | 0.033 | 0.034 | 0.033 | 0.033 | 0.033 | 0.033 | 0.034 | 0.034 | 0.034 | Pf<sub>总</sub>＝0.301 |
| Pmi<sub>出</sub> | KW | 1.13 | 1.15 | 1.02 | 1.19 | 1.15 | 1.20 | 1.17 | 1.14 | 1.16 | Pm<sub>出</sub>＝10.31 |
| Pmi<sub>反</sub> | KW | 0.28 | 0.25 | 0.21 | 0.28 | 0.24 | 0.14 | 0.35 | 0.24 | 0.22 | Pm<sub>反</sub>＝2.21 |
表7
计算得采用13.5KG水负载时，对应微波加热装置测试出的主要性能参数如表8所示：
| 参数项 | 单位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 总效率 |
| ηi | ％ | 55.45 | 55.08 | 49.60 | 52.51 | 59.36 | 61.17 | 50.18 | 58.67 | 57.53 | --- |
| η<sub>热</sub> | ％ | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 64.30 |
| η<sub>出</sub> | ％ | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 55.48 |
| Pz | KW | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 10.61 |
表8
结合表1-表8，汇总三份水负载的三个试验所对应的主要系统参数如表9所示：
| 参数项 | 单位 | 第一组水负载(4.5KG) | 第二组水负载(9.0KG) | 第三组水负载(9.0KG) |
| ηi | ％ | 50.20-66.77 | 55.36-69.02 | 49.60-61.17 |
| η<sub>热</sub> | ％ | 47.24 | 55.89 | 64.30 |
| η<sub>出</sub> | ％ | 56.51 | 61.63 | 55.48 |
| Pz | KW | 6.82 | 8.59 | 10.61 |
表9
所述步骤S3，采用同一个微波加热装置对负载质量不同的三份水负载进行试验，结合表1-表9，综合反馈分析结果：
①分析结果1：通过本性能测试系统可以测试出微波加热装置的微波负载功率Pz和多个磁控管微波热效率η热两个用于评价微波加热装置性能的重要指标。其中：
②分析结果2：本实施例中三组试验参数可用于分析微波加热装置在磁控管分布结构、微波电路、负载位置等方面是否存在问题。
2.1本实施例中微波加热装置的6#磁控管及其附近相邻磁控管的结构有待优化。
具体说明：表3-8中可以看出，第一组试验中6#磁控管单管微波输出功率最大但单管微波反射功率最小，同时7#磁控管微波反射功率最大；第二组试验中6#磁控管单管微波输出功率最高但单管微波反射功率最大,同时7#磁控管微波反射功率正常；第一组试验中6#磁控管单管微波输出功率最大但单管微波反射功率最小，同时7#磁控管微波反射功率最大；从上述数据可以分析出6#磁控管和相邻的7#磁控管其微波反射功率相互影响较大，推测其馈口相对位置或电路可能存在问题。
另一方面，在其他条件不变的情况下，相邻磁控管微波反射功率影响程度会随着负载质量增加而减小。如表3、表4所示第一组水负载4.5KG时，6#磁控管对应单管输出效率为66.77％，系统微波输出效率为56.51％，差值+10.26；如表5、表6所示第二组水负载9.0KG时，6#磁控管对应单管输出效率为55.73％，系统微波输出效率为61.63％，差值-5.9；第三组水负载14.5KG时，6#磁控管对应单管输出效率为61.17％，系统微波输出效率为55.48％，差值+5.69。也就是说，随着水负载质量增加，6#磁控管、7#磁控管相互影响减小，推测6#磁控管、7#磁控管馈口相对位置存在结构问题的可能性比较大，可以先从结构方面进行调节排查。若随着水负载质量的增加，此时第6组、第7组数据与其他组数据比较依然存在较大偏差，则说明除了磁控管馈口相对位置存在问题，微波电路或负载摆放位置也可能存在问题，需要调整。
③分析结果3：从表9中可以看出，本试验中的微波加热装置，在其他条件相同情况下，最佳工作状态是：满足1个磁控管对应1.0KG负载时。也就是说，三组试验中第二组负载质量为9.0时为最佳匹配状态。
具体说明：本实施例中9个磁控管的微波加热装置对9.0KG水负载进行加热试验时，单管微波反射功率较低，微波输出效率η出最高。
另一方面，9个额定功率为1.05KW的多磁控管微波加热装置，其总额定功率为9.45KW。本实施例中三组试验微波输出总功率为8.82KW、9.54KW、10.31KW，第二组试验中的微波输出总功率最接近总额定功率，工作状态最佳。
④分析结果4：本实施例中微波加热装置的性能一般，无致命设计缺陷或严重电路连接问题，但结构或电路需要进一步优化以提高效率。
具体说明：一般微波加热装置的微波热效率为54％-62％，而本实施例中微波加热装置的微波热效率为47％-64％，其中当1个磁控管对应1.0KG水负载时，微波热效率为56％(取整)，基本可以推定本微波加热装置无致命缺陷，但结构或电路需要进一步优化以提高效率。若微波热效率η热或微波输出效率η出超出设定阈值，一般会低于设定阈值，则需要从微波加热装置的结构方面或电路方面进行排查。
进一步，微波反射总功率Pm反与微波输出总功率Pm出比值越大，说明磁控管输出的微波中反射比例越大，对应微波加热装置性能越差。一般微波反射总功率占微波输出总功率百分比低于30％。本实施例中微波反射总功率Pm反与微波输出总功率Pm出比值分别为25.1％、12.8％、21.4％，基本符合要求。若微波反射总功率Pm反与微波输出总功率Pm出比值超出设计阈值，则需要从微波加热装置的结构方面进行排查。
进一步，一般由于磁控管或微波加热装置自身结构，会有能量损耗，所以单个磁控管的单管阳极功率Pai与单管灯丝功率Pfi之和要略小于单管输入功率Pi入。若任一个磁控管的单管阳极功率Pai与单管灯丝功率Pfi之和大于单管输入功率Pi入，则很有可能是磁控管的电路存在问题，需要重点排查。同理，系统的多个磁控管阳极总功率Pa总与多个磁控管灯丝功率Pf总之和要小于多个磁控管输入总功率Pi总，更要小于总电源输入总功率，否则很有可能是微波加热装置的电路存在问题，需要重点排查。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
以上仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多磁控管微波加热装置性能测试系统，用于对多个磁控管同时馈入微波加热腔的微波加热装置进行性能测试，所述测试系统包括依次连接的取样单元、AD转换模块、数据处理显示单元，其特征在于：所述取样单元包括系统取样模块和与磁控管一一对应连接的单管取样模块，单管取样模块包括单管电源取样模块、磁控管参数取样模块、微波功率计，系统取样模块、单管电源取样模块、磁控管参数取样模块、微波功率计分别与AD转换模块连接；
所述系统取样模块，用于采集多个磁控管总电源的总电压、多个磁控管总电源的总电流、系统加热时间信号；所述系统加热时间信号包括运行多磁控管微波加热装置时磁控管灯丝预热时间t预、磁控管微波实际加热时间Δt、磁控管测试时间t；
所述单管电源取样模块，设置在单个磁控管的电源输入端，用于采集单个磁控管的单管输入电压信号、单管输入电流信号；
所述磁控管参数取样模块，与磁控管连接，用于采集单个磁控管的单管阳极电压信号、单管阳极电流信号、单管灯丝电压信号、单管灯丝电流信号和单管温度信号；
所述微波功率计，通过激励器与磁控管连接，用于采集单个磁控管的单管微波输出功率信号、单管微波反射功率信号。
2.根据权利要求1所述的一种多磁控管微波加热装置性能测试系统，其特征在于：所述微波功率计包括相互连接的双向定向耦合器、检波二极管。
3.根据权利要求1或2所述的一种多磁控管微波加热装置性能测试系统进行的一种多磁控管微波加热装置性能的测试方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤S1：在多磁控管微波加热装置的微波加热腔中放入水负载；
步骤S2：运行多磁控管微波加热装置和测试系统，待多磁控管微波加热装置稳定运行后，测试系统通过取样单元采集测试时刻对应的系统总参数和每个磁控管的单管参数，同时采集此时刻水负载的测试水温；同时，采集到的系统总参数和各个单管参数通过AD转换模块转换并汇总至数据处理显示单元；
步骤S3：由数据处理显示单元计算出对应微波系统的性能参数并反馈分析结果；
所述步骤S1中放入水负载时，测量初始水温T1、水质量MW并输入数据处理显示单元；
所述步骤S2中运行多磁控管微波加热装置时，记录起始时刻time1、磁控管预热结束时刻time2、测试系统测试时刻time3、测试时刻水负载的测试水温T2并输入数据处理显示单元；
所述步骤S2中系统总参数包括电源总电压U总、电源总电流I总；单管参数包括单管输入电压Ui入、单管输入电流Ii入、单管阳极电压Uai、单管阳极电流Iai、单管灯丝电压Ufi、单管灯丝电流Ifi、单管温度Tmi、单管微波输出功率Pmi出、单管微波反射功率Pmi反；
所述步骤S3中微波系统的性能参数包括单个磁控管的单管输入功率Pi入、单管阳极功率Pai、单管灯丝功率Pfi、总电源输入总功率P电总、多个磁控管输入总功率Pi总、多个磁控管阳极总功率Pa总、多个磁控管灯丝总功率Pf总、微波输出总功率Pm出、微波反射总功率Pm反、磁控管微波输出效率η出、微波热效率η热、微波负载功率Pz；
当磁控管微波输出效率η出或微波热效率η热超出设定的阈值范围之外时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在结构问题或电路问题；
当多个磁控管阳极总功率Pa总、多个磁控管灯丝总功率Pf总之和与多个磁控管输入总功率Pi总的差值超出超出设计阈值时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在电路问题；
当微波反射总功率Pm反与微波输出总功率Pm出比值超出设计阈值时，判断对应的多磁控管微波加热装置存在结构设计不合理的问题；
所述总电源输入总功率P电总为总电源的总电压与总电流之积，即P电总＝U总*I总；
所述多个磁控管输入总功率Pi总为多个磁控管输入功率之和，即
所述多个磁控管阳极总功率Pa总为多个磁控管阳极功率之和，即
所述多个磁控管灯丝总功率Pf总为多个磁控管灯丝功率之和，即
所述微波输出总功率Pm出为多个磁控管微波输出功率之和，即
所述微波反射总功率Pm反为多个磁控管微波反射功率之和，即
4.根据权利要求3所述的一种多磁控管微波加热装置性能的测试方法，其特征在于：所述步骤S3中微波负载功率Pz的计算方法如下：
ΔT＝(T2-T1)
Δt＝time3-time2
其中：Pz：微波负载功率，单位：千瓦；
K：负载的比热容，单位：千焦耳每千克摄氏度；
Mw：水质量，单位：千克；
T1：初始水温，单位：摄氏度；
T2：测试水温，单位：摄氏度；
ΔT：负载测试温差，单位：摄氏度；
time3：测试系统测试时刻；
time2：磁控管预热结束时刻；
Δt：磁控管微波实际加热时间，单位：秒。
5.根据权利要求3所述的一种多磁控管微波加热装置性能的测试方法，其特征在于：所述步骤S3中微波热效率η热的计算方法如下：
ΔT＝(T2-T1)；
Δt＝time3-time2；
t＝time3-time1；
其中：η热：微波热效率，单位：％；
Pz：微波负载功率，单位：千瓦；
Win入：输入能效，单位：千瓦·秒；
K：负载的比热容，单位：千焦耳每千克摄氏度；
Mw：水质量，单位：千克；
Pi总：多个磁控管输入总功率，单位：千瓦；
T1：初始水温，单位：摄氏度；
T2：测试水温，单位：摄氏度；
ΔT：负载测试温差，单位：摄氏度；
time3：测试系统测试时刻；
time2：磁控管预热结束时刻；
time1：测试的起始时刻；
Δt：磁控管微波实际加热时间，单位：秒；
t：测试时间，单位：秒。
6.根据权利要求3所述的一种多磁控管微波加热装置性能的测试方法，其特征在于：所述磁控管微波输出效率η出的计算方法如下：
其中：η出：磁控管微波输出效率，单位：％；
Pm出：微波输出总功率，单位：千瓦；
Pm反：微波反射总功率，单位：千瓦；
Pa总：多个磁控管阳极总功率，单位：千瓦；
Pf总：多个磁控管灯丝总功率，单位：千瓦。
7.根据权利要求3所述的一种多磁控管微波加热装置性能的测试方法，其特征在于：
所述步骤S3中微波系统的性能参数还包括单管输出效率ηi；所述单管输出效率ηi的计算方法如下：
当任一个磁控管的单管输出效率ηi与磁控管微波输出效率η出的差值超出设计阈值时，对应的磁控管及其附近磁控管的结构设计不合理。
8.根据权利要求3所述的一种多磁控管微波加热装置性能的测试方法，其特征在于：所述单管阳极功率Pai、单管灯丝功率Pfi之和与单个磁控管的单管输入功率Pi入的差值超出设计阈值时，对应磁控管的电路有问题。
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