CN110609045B - 利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置及检测方法；包括机械单元以及控制单元；机械单元包括物料储藏舱，物料储藏舱的顶部开口处设有撕碎机，物料储藏舱的一侧内部设有带压料器的液压缸，物料储藏舱的另一侧设有卸料门；控制单元包括控制单元，控制单元的信号输出端分别与若干个微波发射部和数据处理单元相连，若干个微波发射部分别各自对应设有温度传感器单元，微波发射部包括计时器和微波发射单元，计时器和温度传感器单元分别与控制单元的信号输入端相连，数据处理单元的信号输出端与显示屏相连；具有结构简单、安全、温度可控、可靠性高以及检测准确率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于医疗废物处理技术领域，具体涉及一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置及检测方法。
背景技术
目前医疗废物处置手段主要是焚烧处理和化学消毒，其含水率的多少会影响焚烧效果及其污染排放、化学消毒剂的配比及化学反应速率等，对消毒效果、消毒速率及二次污染有直接影响。具体地说，在高温焚烧处理过程中，医疗废物经过烘干、引燃、焚烧三个阶段转化为残渣和气体。在含水率未知的情况下无法保证烘干效果，进一步地会影响到焚烧效果以及污染物排放的问题；在化学消毒处理过程中，最常用的化学消毒剂为石灰粉、次氯酸钠和次氯酸盐等，现有处理工艺往往在消毒前会加入适量的水，一方面作为化学反应的介质，另一方面吸收处理过程产生的热量；在含水率未知的情况下则易出现浪费消毒原料或无法达到彻底消毒效果的目的。而医疗废物的成分非常复杂，通常为纱布敷料、塑料、纸类、玻璃、有机物和液体等，含水率变化非常大，且具有生物传染危害性。目前并没有一种技术手段在医疗废物处置设备上方便地检测医疗废物的含水率，从而为医疗废物的无害化处理工艺改进提供支持。
微波技术广泛应用在通讯、加热、杀菌等多个领域，也是检测物料含水率的一个手段。由于水的介电常数远远大于其它常见材料，物料中的水分子在微波的作用下，会消耗大量的微波能量，将其转换成热能。而被测物料中除去水分以外的其他成分，对微波的损耗远远小于水，现有技术中利用微波检测特定材料含水率的方法一般使用微波发射、接收和测量装置，通过测量微波反射和透射信号强度，通过微波信号数据的处理间接测得物料的含水率，有些技术甚至还需要添加其它介质，使被测物料完全浸入介质中。但是微波从介质的表面进入并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并转化为热能，它所携带的能量就随着深入介质表面的距离，以指数形式衰减。因此这些方法一般仅适合于较小体积的物料含水率检测。如果需要检测的物料为医疗废物，则情况完全不同。在我国各地的医疗废物处置中心，现行的处理工艺处理批量一般较大，且不同成分的废物同时处理；医疗废物具有生物传染危害性，是严禁与外界直接接触或暴露的物料，因此只能从其容积外部测量其含水率；传统的微波检测方法中，微波信号可能由于衰减而无法穿透，信号接收装置无法接收信号，从而使技术失效；如果单纯加大微波功率来增辐射强度，则微波发射天线附近的物料接受的强度最高，会在短时间内产生剧烈发热而导致变质或燃烧危险，那么现有的技术明显不再适用。因此需要找到一种不同的检测手段，以适合大批量医疗废物的含水率检测。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用微波加热的性质，能够安全地检测大批量具有生物传染危害性的医疗废物含水率、具有结构简单、安全、温度可控、可靠性高以及检测准确率高的利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置及检测方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置，该检测装置包括机械单元以及用于控制机械单元的控制单元；所述机械单元包括用于检测医疗废物含水率的物料储藏舱，物料储藏舱的顶部开口处设有撕碎机，物料储藏舱的一侧内部设有带压料器的液压缸，物料储藏舱的另一侧设有卸料门；所述控制单元包括控制单元，控制单元的信号输出端分别与若干个微波发射部和数据处理单元相连，若干个微波发射部分别各自对应设置有温度传感器单元，所述微波发射部包括计时器和微波发射单元，计时器和温度传感器单元分别与控制单元的信号输入端相连，所述数据处理单元的信号输出端与显示屏相连，所述控制单元、数据处理单元、温度传感器单元、计时器、微波发射单元和显示屏分别与供电模块相连。
优选地，所述若干个微波发射单元分别设置在物料储藏舱外底部靠近前端和末端处，物料储藏舱的前表面和下表面下部与微波发射单元相对应的位置上设有温度传感器单元。
优选地，所述若干个微波发射单元与各自相对应的温度传感器单元的安装角度和距离均相同。
优选地，所述物料储藏舱为能完全反射微波的金属材质，微波发射单元相对应的物料储藏舱壳体处设有透射板，透射板的材质为陶瓷。
一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，该检测方法包括标定方法以及含水率测定方法；
所述标定方法包括选取已知重量的医疗废物，医疗废物重量Z，医疗废物的含水率为M，提前设定温度差为T，微波发射部为n组，单个微波发射单元的发射功率为P；其具体操作方法如下：
步骤1：通过撕碎机将已知重量Z和含水率M的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱内；在撕碎机撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；
步骤2：带压料器的液压缸工作，液压缸伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱的空间内，记录压料器的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d；
步骤3：通过温度传感器单元记录当前物料储藏舱内医疗废物的温度T1，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元，并通过相对应的n个计时器进行计时，温度传感器单元实时检测前物料储藏舱内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元停止发射微波，相对应的计时器将记录的时长数据反馈至控制单元，此时计时器记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元停止发射微波，相对应的计时器将记录的时长数据反馈至控制单元，此时计时器记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元计算出所有微波发射单元的平均加热时长
上述步骤1-步骤5加热检测过程中，所有n组微波发射单元消耗的总电能Q为：
Q＝nPS＝tcZM+i 一
式中，n—微波发射单元和温度感应模块的组数；
P—单个微波发射单元的功率；
S—n组微波发射单元的平均加热时间，由上述步骤5测量得到；
t—加热前后物料平均温度差，步骤1-步骤5为局部加热，t小于T；
c—水的比热，常压下为4.2kJ/KG.℃；
Z—被加热物料总重量；
M—含水率；
i—物料中除水以外的物质吸收的能量；
物料在微波作用下吸收能量的多少，取决于其介电常数的大小，室温下，测试频率为1KHz时水的介电常数为78.5，医疗废物主要成分中聚丙稀塑料的介电常数为2～2.5，纸的介电常数为2.5，其它有机物成分介电常数也取决于其含水率；因此上式中i可以忽略不计；
在恒定的微波功率下，平均加热时间S取决于温度传感器单元(8)附近医疗废物单位体积内的水含量Z'＝Md；在当前医疗废物的堆积密度d为一定值时，平均加热时间S与含水率M成正比；基于此由式一转化得：
根据式二中，当前医疗废物的堆积密度d为定值时，由于平均加热时间S与含水率M成正比，因此加热前后物料平均温度差t也为定值，且不受含水率M影响；
记录在相同医疗废物的堆积密度d，在不同平均加热时间S时加热前后物料平均温度差t的值；
通过上述式一或式二转化得出：
通过上述式三中可知，当需要计算医疗废物的含水率时，可通过测算平均加热时间S即可；
所述含水率的测定方法包括如下步骤：
步骤1：通过撕碎机将已知重量Z的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱内；在撕碎机撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；此时医疗废物的含水率M未知；
步骤2：带压料器的液压缸工作，液压缸伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱的空间内，记录压料器的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d1；当前医疗废物的堆积密度d1与标定方法中的当前医疗废物的堆积密度d相同；
步骤3：通过温度传感器单元记录当前物料储藏舱内医疗废物的温度T1，并将该温度反馈至，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元控制单元内；并通过相对应的n个计时器进行计时，温度传感器单元实时检测前物料储藏舱内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元停止发射微波，相对应的计时器将记录的时长数据反馈至控制单元，此时计时器记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元停止发射微波，相对应的计时器将记录的时长数据反馈至控制单元，此时计时器记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元计算出所有微波发射单元的平均加热时长
步骤6：所述步骤五中测算出平均加热时长S，通过控制单元中记录的平均加热时长S对应的加热前后物料平均温度差t；将上述平均加热时长S、平均温度差t、微波发射部为n组、单个微波发射单元的功率P、水的比热c、被加热物料总重量Z，代入中得出含水率M。
优选地，所述的标定方法中，所述步骤2的带压料器的液压缸工作，液压缸伸出多次，记录不同医疗废物堆积密度d，以及测算在不同堆积密度d时的平均加热时长S，并通过上述不同堆积密度d和不同平均加热时长S，测算出相对应的加热前后物料平均温度差t的值，并将上述加热前后物料平均温度差t的值记录在控制单元中。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1通过撕碎机撕碎医疗废物后的医疗废物最大长度不超过5cm。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中微波发射单元的微波频率范围为300MHz～3000GHz。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中设定温度差T为2～8℃。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1中医疗废物的重量为20kg～2000kg。
本发明利用微波加热的性质，能够安全地检测大批量具有生物传染危害性的医疗废物含水率、具有结构简单、安全、温度可控、可靠性高以及检测准确率高的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作状态结构示意图。
图3为本发明的侧视结构示意图。
图4为图3中A部的局部放大图。
图5为本发明的控制原理图。
图6为本发明实验例中不同密度和含水率时对应的加热时间关系坐标图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
如图1-5所示，本发明一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置及检测方法，其检测装置包括机械单元以及用于控制机械单元的控制单元；所述机械单元包括用于检测医疗废物含水率的物料储藏舱1，物料储藏舱1的顶部开口处设有撕碎机2，物料储藏舱1的一侧内部设有带压料器3的液压缸4，物料储藏舱1的另一侧设有卸料门5；所述控制单元包括控制单元6，控制单元6的信号输出端分别与若干个微波发射部和数据处理单元7相连，若干个微波发射部分别各自对应设置有温度传感器单元8，所述微波发射部包括计时器9和微波发射单元10，计时器9和温度传感器单元8分别与控制单元6的信号输入端相连，所述数据处理单元7的信号输出端与显示屏11相连，所述控制单元6、数据处理单元7、温度传感器单元8、计时器9、微波发射单元10和显示屏11分别与供电模块12相连。所述若干个微波发射单元10分别设置在物料储藏舱1外底部靠近前端和末端处，物料储藏舱1的前表面和下表面下部与微波发射单元10相对应的位置上设有温度传感器单元8。所述若干个微波发射单元10与各自相对应的温度传感器单元8的安装角度和距离均相同。所述物料储藏舱1为能完全反射微波的金属材质，微波发射单元10相对应的物料储藏舱1壳体处设有透射板13，透射板13的材质为陶瓷。本发明中所述能完全反射微波的金属材质优选为304不锈钢或316不锈钢。所述能完全反射微波的金属材质为304不锈钢或316不锈钢。
一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，该检测方法包括标定方法以及含水率测定方法；
所述标定方法包括选取已知重量的医疗废物，医疗废物重量Z，医疗废物的含水率为M，提前设定温度差为T，微波发射部为n组，单个微波发射单元的发射功率为P；其具体操作方法如下：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z和含水率M的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10，并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
上述步骤1-步骤5加热检测过程中，所有n组微波发射单元消耗的总电能Q为：
Q＝nPS＝tcZM+i 一
式中，n—微波发射单元和温度感应模块的组数；
P—单个微波发射单元的功率；
S—n组微波发射单元的平均加热时间，由上述步骤5测量得到；
t—加热前后物料平均温度差，步骤1-步骤5为局部加热，t小于T；
c—水的比热，常压下为4.2kJ/KG.℃；
Z—被加热物料总重量；
M—含水率；
i—物料中除水以外的物质吸收的能量；
物料在微波作用下吸收能量的多少，取决于其介电常数的大小，室温下，测试频率为1KHz时水的介电常数为78.5，医疗废物主要成分中聚丙稀塑料的介电常数为2～2.5，纸的介电常数为2.5，其它有机物成分介电常数也取决于其含水率；因此上式中i可以忽略不计；
在恒定的微波功率下，平均加热时间S取决于温度传感器单元8附近医疗废物单位体积内的水含量Z'＝Md；在当前医疗废物的堆积密度d为一定值时，平均加热时间S与含水率M成正比；基于此由式一转化得：
根据式二中，当前医疗废物的堆积密度d为定值时，由于平均加热时间S与含水率M成正比，因此加热前后物料平均温度差t也为定值，且不受含水率M影响；
记录在相同医疗废物的堆积密度d，在不同平均加热时间S时加热前后物料平均温度差t的值；
通过上述式一或式二转化得出：
通过上述式三中可知，当需要计算医疗废物的含水率时，可通过测算平均加热时间S即可；
所述含水率的测定方法包括如下步骤：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；此时医疗废物的含水率M未知；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d1；当前医疗废物的堆积密度d1与标定方法中的当前医疗废物的堆积密度d相同；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，并将该温度反馈至，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10控制单元6内；并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
步骤6：所述步骤五中测算出平均加热时长S，通过控制单元6中记录的平均加热时长S对应的加热前后物料平均温度差t；将上述平均加热时长S、平均温度差t、微波发射部为n组、单个微波发射单元的功率P、水的比热c、被加热物料总重量Z，代入中得出含水率M。
优选地，所述的标定方法中，所述步骤2的带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出多次，记录不同医疗废物堆积密度d，以及测算在不同堆积密度d时的平均加热时长S，并通过上述不同堆积密度d和不同平均加热时长S，测算出相对应的加热前后物料平均温度差t的值，并将上述加热前后物料平均温度差t的值记录在控制单元6中。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1通过撕碎机2撕碎医疗废物后的医疗废物最大长度不超过5cm。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中微波发射单元10的微波频率范围为300MHz～3000GHz。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中设定温度差T为2～8℃。
优选地，所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1中医疗废物的重量为20kg～2000kg。
为了更加清楚的解释本发明，现结合具体实施例对其进行进一步说明。具体的实施例如下：
实施例一
一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，该检测方法包括标定方法以及含水率测定方法；
所述标定方法包括选取已知重量的医疗废物，医疗废物重量Z，医疗废物的含水率为M，提前设定温度差为T，微波发射部为n组，单个微波发射单元的发射功率为P；其具体操作方法如下：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z和含水率M的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10，并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
上述步骤1-步骤5加热检测过程中，所有n组微波发射单元消耗的总电能Q为：
Q＝nPS＝tcZM+i 一
式中，n—微波发射单元和温度感应模块的组数；
P—单个微波发射单元的功率；
S—n组微波发射单元的平均加热时间，由上述步骤5测量得到；
t—加热前后物料平均温度差，步骤1-步骤5为局部加热，t小于T；
c—水的比热，常压下为4.2kJ/KG.℃；
Z—被加热物料总重量；
M—含水率；
i—物料中除水以外的物质吸收的能量；
物料在微波作用下吸收能量的多少，取决于其介电常数的大小，室温下，测试频率为1KHz时水的介电常数为78.5，医疗废物主要成分中聚丙稀塑料的介电常数为2～2.5，纸的介电常数为2.5，其它有机物成分介电常数也取决于其含水率；因此上式中i可以忽略不计；
在恒定的微波功率下，平均加热时间S取决于温度传感器单元8附近医疗废物单位体积内的水含量Z'＝Md；在当前医疗废物的堆积密度d为一定值时，平均加热时间S与含水率M成正比；基于此由式一转化得：
根据式二中，当前医疗废物的堆积密度d为定值时，由于平均加热时间S与含水率M成正比，因此加热前后物料平均温度差t也为定值，且不受含水率M影响；
记录在相同医疗废物的堆积密度d，在不同平均加热时间S时加热前后物料平均温度差t的值；
通过上述式一或式二转化得出：
通过上述式三中可知，当需要计算医疗废物的含水率时，可通过测算平均加热时间S即可；
所述含水率的测定方法包括如下步骤：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；此时医疗废物的含水率M未知；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d1；当前医疗废物的堆积密度d1与标定方法中的当前医疗废物的堆积密度d相同；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，并将该温度反馈至，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10控制单元6内；并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
步骤6：所述步骤五中测算出平均加热时长S，通过控制单元6中记录的平均加热时长S对应的加热前后物料平均温度差t；将上述平均加热时长S、平均温度差t、微波发射部为n组、单个微波发射单元的功率P、水的比热c、被加热物料总重量Z，代入中得出含水率M。
优选地，所述的标定方法中，所述步骤2的带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出多次，记录不同医疗废物堆积密度d，以及测算在不同堆积密度d时的平均加热时长S，并通过上述不同堆积密度d和不同平均加热时长S，测算出相对应的加热前后物料平均温度差t的值，并将上述加热前后物料平均温度差t的值记录在控制单元6中。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1通过撕碎机2撕碎医疗废物后的医疗废物最大长度不超过5cm。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中微波发射单元10的微波频率范围为300MHz。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中设定温度差T为2℃。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1中医疗废物的重量为20kg。
实施例二
一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，该检测方法包括标定方法以及含水率测定方法；
所述标定方法包括选取已知重量的医疗废物，医疗废物重量Z，医疗废物的含水率为M，提前设定温度差为T，微波发射部为n组，单个微波发射单元的发射功率为P；其具体操作方法如下：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z和含水率M的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10，并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
上述步骤1-步骤5加热检测过程中，所有n组微波发射单元消耗的总电能Q为：
Q＝nPS＝tcZM+i 一
式中，n—微波发射单元和温度感应模块的组数；
P—单个微波发射单元的功率；
S—n组微波发射单元的平均加热时间，由上述步骤5测量得到；
t—加热前后物料平均温度差，步骤1-步骤5为局部加热，t小于T；
c—水的比热，常压下为4.2kJ/KG.℃；
Z—被加热物料总重量；
M—含水率；
i—物料中除水以外的物质吸收的能量；
物料在微波作用下吸收能量的多少，取决于其介电常数的大小，室温下，测试频率为1KHz时水的介电常数为78.5，医疗废物主要成分中聚丙稀塑料的介电常数为2～2.5，纸的介电常数为2.5，其它有机物成分介电常数也取决于其含水率；因此上式中i可以忽略不计；
在恒定的微波功率下，平均加热时间S取决于温度传感器单元8附近医疗废物单位体积内的水含量Z'＝Md；在当前医疗废物的堆积密度d为一定值时，平均加热时间S与含水率M成正比；基于此由式一转化得：
根据式二中，当前医疗废物的堆积密度d为定值时，由于平均加热时间S与含水率M成正比，因此加热前后物料平均温度差t也为定值，且不受含水率M影响；
记录在相同医疗废物的堆积密度d，在不同平均加热时间S时加热前后物料平均温度差t的值；
通过上述式一或式二转化得出：
通过上述式三中可知，当需要计算医疗废物的含水率时，可通过测算平均加热时间S即可；
所述含水率的测定方法包括如下步骤：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；此时医疗废物的含水率M未知；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d1；当前医疗废物的堆积密度d1与标定方法中的当前医疗废物的堆积密度d相同；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，并将该温度反馈至，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10控制单元6内；并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
步骤6：所述步骤五中测算出平均加热时长S，通过控制单元6中记录的平均加热时长S对应的加热前后物料平均温度差t；将上述平均加热时长S、平均温度差t、微波发射部为n组、单个微波发射单元的功率P、水的比热c、被加热物料总重量Z，代入中得出含水率M。
优选地，所述的标定方法中，所述步骤2的带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出多次，记录不同医疗废物堆积密度d，以及测算在不同堆积密度d时的平均加热时长S，并通过上述不同堆积密度d和不同平均加热时长S，测算出相对应的加热前后物料平均温度差t的值，并将上述加热前后物料平均温度差t的值记录在控制单元6中。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1通过撕碎机2撕碎医疗废物后的医疗废物最大长度不超过5cm。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中微波发射单元10的微波频率范围为3000GHz。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中设定温度差T为8℃。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1中医疗废物的重量为2000kg。
实施例三
一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，该检测方法包括标定方法以及含水率测定方法；
所述标定方法包括选取已知重量的医疗废物，医疗废物重量Z，医疗废物的含水率为M，提前设定温度差为T，微波发射部为n组，单个微波发射单元的发射功率为P；其具体操作方法如下：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z和含水率M的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10，并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
上述步骤1-步骤5加热检测过程中，所有n组微波发射单元消耗的总电能Q为：
Q＝nPS＝tcZM+i 一
式中，n—微波发射单元和温度感应模块的组数；
P—单个微波发射单元的功率；
S—n组微波发射单元的平均加热时间，由上述步骤5测量得到；
t—加热前后物料平均温度差，步骤1-步骤5为局部加热，t小于T；
c—水的比热，常压下为4.2kJ/KG.℃；
Z—被加热物料总重量；
M—含水率；
i—物料中除水以外的物质吸收的能量；
物料在微波作用下吸收能量的多少，取决于其介电常数的大小，室温下，测试频率为1KHz时水的介电常数为78.5，医疗废物主要成分中聚丙稀塑料的介电常数为2～2.5，纸的介电常数为2.5，其它有机物成分介电常数也取决于其含水率；因此上式中i可以忽略不计；
在恒定的微波功率下，平均加热时间S取决于温度传感器单元8附近医疗废物单位体积内的水含量Z'＝Md；在当前医疗废物的堆积密度d为一定值时，平均加热时间S与含水率M成正比；基于此由式一转化得：
根据式二中，当前医疗废物的堆积密度d为定值时，由于平均加热时间S与含水率M成正比，因此加热前后物料平均温度差t也为定值，且不受含水率M影响；
记录在相同医疗废物的堆积密度d，在不同平均加热时间S时加热前后物料平均温度差t的值；
通过上述式一或式二转化得出：
通过上述式三中可知，当需要计算医疗废物的含水率时，可通过测算平均加热时间S即可；
所述含水率的测定方法包括如下步骤：
步骤1：通过撕碎机2将已知重量Z的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱1内；在撕碎机2撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；此时医疗废物的含水率M未知；
步骤2：带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱1的空间内，记录压料器3的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d1；当前医疗废物的堆积密度d1与标定方法中的当前医疗废物的堆积密度d相同；
步骤3：通过温度传感器单元8记录当前物料储藏舱1内医疗废物的温度T1，并将该温度反馈至，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元10控制单元6内；并通过相对应的n个计时器9进行计时，温度传感器单元8实时检测前物料储藏舱1内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元8检测到物料温度变化值升至T2时，立即使微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元8分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元10停止发射微波，相对应的计时器9将记录的时长数据反馈至控制单元6，此时计时器9记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元6计算出所有微波发射单元的平均加热时长
步骤6：所述步骤五中测算出平均加热时长S，通过控制单元6中记录的平均加热时长S对应的加热前后物料平均温度差t；将上述平均加热时长S、平均温度差t、微波发射部为n组、单个微波发射单元的功率P、水的比热c、被加热物料总重量Z，代入中得出含水率M。
优选地，所述的标定方法中，所述步骤2的带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出多次，记录不同医疗废物堆积密度d，以及测算在不同堆积密度d时的平均加热时长S，并通过上述不同堆积密度d和不同平均加热时长S，测算出相对应的加热前后物料平均温度差t的值，并将上述加热前后物料平均温度差t的值记录在控制单元6中。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1通过撕碎机2撕碎医疗废物后的医疗废物最大长度不超过5cm。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中微波发射单元10的微波频率范围为1650MHz。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中设定温度差T为5℃。所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1中医疗废物的重量为1010kg。
实验例1
实验目的：检测含水率M与加热前后物料平均温度差t之间的关系。
实验手段：采用本发明中的含水率测定方法进行检测。
实验方法：本实验例的标定方法与本发明实施例三的标定方法相同，但存在以下区别：所述步骤2的带压料器3的液压缸4工作，液压缸4伸出五次，记录不同医疗废物堆积密度d，以及测算在不同堆积密度d时的平均加热时长S，并通过上述不同堆积密度d和不同平均加热时长S，测算出相对应的加热前后物料平均温度差t的值，并将上述加热前后物料平均温度差t的值记录在控制单元6中。所述标定方法中步骤1通过撕碎机2撕碎医疗废物后的医疗废物最大长度为5cm。所述标定方法中步骤3中微波发射单元10的微波频率范围为3000MHz。所述标定方法中步骤3中设定温度差T为3℃。
第一次测定：医疗废物的重量为100kg，含水率10％，微波发射单元为8组，其密度分别为300kg/m3、350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3时进行了加热时间测量以及相关实验；
第二次测定：医疗废物的重量为100kg，含水率25％，微波发射单元为8组，其密度分别为300kg/m3、350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3时进行了加热时间测量以及相关实验；
需要注意的是：目前医疗废物的自然堆积密度处于200～300kg/m3之间，含水率一般在10～25％之间，通过上述实验能够完全应用于实际使用。
实验结果：通过上述两次测定实验得出下列数据：
不同密度和含水率时对应的加热时间
根据上述表格中的数据得到图6中的坐标图，根据上述表格以及图6
该表中数据以及图6中对应的坐标图像可知，在密度d一定时，加热时间S与含水率M成正比例关系。
根据式二计算对应的物料平均温升t的值，得到如下表数据：
由该表数据也可以看出，密度一定时，即使含水率变化，加热前后的物料平均温升值t是一定值。
从理论上讲，在式二中，每次测量时参数n、P、M、c是已知值，而S会随M的变化而正比例变化，因此t的值不受M影响。
使用本发明的方法检测医疗废物含水率具有如下优点：1、相较于其它微波测量物料含水率的技术，本发明的测定方法不需要取样物品，使得医疗废物不用暴露在自然环境下，不会出现泄露风险；2、加热过程中物料的温度变化范围可控，不存在过热风险，安全快捷以及便于操作的控制的特点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
Claims (6)
1.一种利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，其特征在于：该检测装置包括机械单元以及用于控制机械单元的控制单元；
所述机械单元包括用于检测医疗废物含水率的物料储藏舱（1），物料储藏舱（1）的顶部开口处设有撕碎机（2），物料储藏舱（1）的一侧内部设有带压料器（3）的液压缸（4），物料储藏舱（1）的另一侧设有卸料门（5）；
控制单元（6）的信号输出端分别与若干个微波发射部和数据处理单元（7）相连，若干个微波发射部分别各自对应设置有温度传感器单元（8），所述微波发射部包括计时器（9）和微波发射单元（10），计时器（9）和温度传感器单元（8）分别与控制单元（6）的信号输入端相连；
该检测方法包括标定方法以及含水率测定方法；
所述标定方法包括选取已知重量的医疗废物，医疗废物重量为Z，医疗废物的含水率为M，提前设定温度差为T，微波发射部为n组，单个微波发射单元的发射功率为P；其具体操作方法如下：
步骤1：通过撕碎机（2）将已知重量Z和含水率M的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱（1）内；在撕碎机（2）撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；
步骤2：带压料器（3）的液压缸（4）工作，液压缸（4）伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱（1）的空间内，记录压料器（3）的位移ΔL得出当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d；
步骤3：通过温度传感器单元（8）记录当前物料储藏舱（1）内医疗废物的温度T1，提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元（10），并通过相对应的n个计时器（9）进行计时，温度传感器单元（8）实时检测前物料储藏舱（1）内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元（8）检测到物料温度变化值升至T2时，立即使相应的微波发射单元（10）停止发射微波，相对应的计时器（9）将记录的时长数据反馈至控制单元（6），此时计时器（9）记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元（8）分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元（10）停止发射微波，相对应的计时器（9）将记录的时长数据反馈至控制单元（6），此时计时器（9）记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元（6）计算出所有微波发射单元的平均加热时长S=/n；
上述步骤1-步骤5加热检测过程中，所有n组微波发射单元消耗的总电能Q为：
一
式中，n—微波发射单元和温度感应模块的组数；
P—单个微波发射单元的功率；
S—n组微波发射单元的平均加热时间，由上述步骤5测量得到；
t—加热前后物料平均温度差，步骤1-步骤5为局部加热，t小于T；
c—水的比热，常压下为4.2kJ/KG·℃；
Z—被加热物料总重量；
M—含水率；
i—物料中除水以外的物质吸收的能量；上式中i可以忽略不计；
在恒定的微波功率下，在当前医疗废物的堆积密度d为一定值时，平均加热时间S与含水率M成正比；加热前后物料平均温度差t也为定值，且不受含水率M影响；
记录在相同医疗废物的堆积密度d，在不同平均加热时间S时加热前后物料平均温度差t的值；
通过上述式一转化得出：
三
通过上述式三中可知，通过测算平均加热时间S即可计算得到医疗废物的含水率；
所述含水率的测定方法包括如下步骤：
步骤1：通过撕碎机（2）将已知重量Z的医疗废物撕碎并堆放在物料储藏舱（1）内；在撕碎机（2）撕碎医疗废物的过程中，撕碎的医疗废物被混杂成均匀分布的状态；此时医疗废物的含水率M未知；
步骤2：带压料器（3）的液压缸（4）工作，液压缸（4）伸出，压缩撕碎的医疗废物，使撕碎的医疗废物充满物料储藏舱（1）的空间内，记录压料器（3）的位移ΔL即可知当前医疗废物的体积，通过已知医疗废物重量Z和医疗废物的体积，能够得出当前医疗废物的堆积密度d1；当前医疗废物的堆积密度d1与标定方法中的当前医疗废物的堆积密度d相同；
步骤3：通过温度传感器单元（8）记录当前物料储藏舱（1）内医疗废物的温度T1，并将该温度反馈至控制单元（6），提前设定温度差为T，得出目标温度为T2；同时启动n个微波发射单元（10）；并通过相对应的n个计时器（9）进行计时，温度传感器单元（8）实时检测前物料储藏舱（1）内医疗废物的温度变化情况；
步骤4：当第一组温度传感器单元（8）检测到物料温度变化值升至T2时，立即使相应的微波发射单元（10）停止发射微波，相对应的计时器（9）将记录的时长数据反馈至控制单元（6），此时计时器（9）记录的时间为S1；
步骤5：除第一组外的温度传感器单元（8）分别检测到物料温度变化值升至T2时，使相对应的微波发射单元（10）停止发射微波，相对应的计时器（9）将记录的时长数据反馈至控制单元（6），此时计时器（9）记录的时间分别为S1、S2、S3...Si...Sn；控制单元（6）计算出所有微波发射单元的平均加热时长S=/n；
步骤6：所述步骤5中测算出平均加热时长S，通过控制单元（6）获得与平均加热时长S对应的加热前后物料平均温度差t；将上述平均加热时长S、平均温度差t、微波发射部组数n、单个微波发射单元的功率P、水的比热c、被加热物料总重量Z，代入中得出含水率M。
2.根据权利要求1所述的利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，其特征在于：所述的标定方法中，所述步骤2的带压料器（3）的液压缸（4）工作，液压缸（4）伸出多次，记录不同医疗废物堆积密度d，以及测算在不同堆积密度d时的平均加热时长S，并通过上述不同堆积密度d和不同平均加热时长S，测算出相对应的加热前后物料平均温度差t的值，并将上述加热前后物料平均温度差t的值记录在控制单元（6）中。
3.根据权利要求1所述的利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，其特征在于：所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1通过撕碎机（2）撕碎医疗废物后的医疗废物最大长度不超过5cm。
4.根据权利要求1所述的利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，其特征在于：所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中微波发射单元（10）的微波频率范围为300MHz～3000GHz。
5.根据权利要求1所述的利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，其特征在于：所述标定方法以及含水率测定方法中步骤3中设定温度差T为2～8℃。
6.根据权利要求1所述的利用微波加热技术的医疗废物含水率检测装置的检测方法，其特征在于：所述标定方法以及含水率测定方法中步骤1中医疗废物的重量为20kg～2000kg。
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