CN1214303C - 微波化学反应器的温度测量和控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为微波化学反应器的温度测量和控制装置，包括测温探头，测温探头的一部分位于微波炉腔体内，测温探头为煤油温度计(1)，煤油温度计(1)的上部柱体(2)、发光二极管(D2)、光敏电阻(Rd)和控制电路(3)位于微波炉腔体外，发光二极管(D2)和光敏电阻(Rd)位于温度计柱体(2)的两侧并与煤油温度计的控温刻度在同一平面上相对，煤油到达柱体(2)上的控温刻度时，发光二极管(D2)发射到光敏电阻(Rd)的光信号受阻，发光二极管(D2)和光敏电阻(Rd)与控制电路(3)的输入端连接，控制电路(3)的输出与直流操作继电器(5)连接，直流操作继电器(5)位于微波炉的电源电路上。
Description
技术领域：
本发明与微波化学反应器的温度测量和控制装置有关。
背景技术：
微波作为化学反应过程中的一种加热功率源，具有清洁和高效率等优点。微波加热可以大幅度地提高某些化学反应的速度。在微波作用下化学反应物质吸收微波能量转化成温升，温升改变物质介电常数，反过来又影响微波的吸收及反射，这造成微波对化学反应的作用通常是一个非平衡和非线性过程，微波化学反应器中的温度不是一个线性平稳上升的过程，温度上升的速度是随化学反应过程而动态变化的。与传统加热方式相比，微波化学反应器的温升更加难以预测和控制，这严重阻碍了微波加热化学反应的广泛应用。
为了解决大规模工业生产中对微波化学反应器中的温度测量和控制问题，研制一种能有效应用于微波化学反应器的温度测量和控制装置显得非常重要，它必须同时满足以下条件：(1)装置的测温探头直接暴露于微波化学反应器的微波场中，这要求其组成材料不能包含有金属和对微波有较高介质损耗的物质。金属在微波场中容易产生电火花，微波能量容易直接通过金属耦合进入装置，干扰温度的测量，同时金属可能严重干扰反应器中微波场分布。较高介质损耗物质本身易吸收微波能量而温度升高，不利于对化学反应物质温度的准确测量。(2)装置成本低廉，有利于在大规模工业生产中推广应用。(3)有足够的测温精度和测温范围。(4)可以测量微波化学反应过程中，反应物质内的温度分布。(5)在温度测量的基础上，测温探头与放大电路、交流开关等器件共同实现的微波化学反应器内的温度控制。(6)测温探头由于经常接触化学反应物质，必须有较高的抗腐蚀能力。
尽管日前温度测量装置种类繁多，但缺乏同时满足上述条件，能有效地应用于微波化学反应器的温度测量和控制装置。(1)热电偶温度计、水银温度计尽管已得到广泛应用，但由于它们的测量探头包含有金属，如前所述，不适且用于微波化学反应器中的温度测量。(2)酒精温度计亦为一类常用温度计，但由于酒精具有较高的介电常数和介质损耗，因此也不宜于微波化学反应器中的温度测量的控制。(3)红外线测温仪只能测量物质表面温度，不能测量微波化学反应器化学反应物质的内部温度。(4)光纤温度仪的测温探头不包含金属和极性物质，测温精度高，非常适合应用于微波化学反应器中的温度测量，但价格十分昂贵，这决定它只能应用于一些小范围的特殊领域，不能在工业生产中大规模地应用。(5)化学反应物质通常有非常强的腐蚀性，大多数常用温度计在这方面未做特殊考虑。
发明的内容：
本发明的目的是提供一种成本低、防腐蚀、使用方便安全、测量和控温精确的微波化学反应器的温度测量和控制装置。
本发明是这样实现的：
本发明微波化学反应器的温度测量和控制装置，包括测温探头，测温探头的一部分位于微波炉腔体内，测温探头为煤油温度计1，煤油温度计1的上部柱体2、发光二极管D2、光敏电阻Rd和控制电路3位于微波炉腔体外，发光二极管D2和光敏电阻Rd位于温度计柱体2的两侧并与煤油温度计的控温刻度在同一平面上相对，煤油到达柱体2上的控温刻度时，发光二极管D2发射到光敏电阻Rd的光信号受阻，发光二极管D和光敏电阻Rd与控制电路3的输入端连接，控制电路3的输出与直流操作继电器5连接，直流操作继电器5位于微波炉的电源电路上。
控制电路5由电压比较集成U1，驱动集成块U2和继电器JQC组成，U1的输入2脚接光敏电阻Rd，输入3脚接可调电阻R5，输出1脚接驱动集成块U2的输入6脚，U2的输出11脚与继电器JQC的控制端连接，继电器JQC的输出端与微波炉的直流操作继电器5连接，控制电路3与工作电源连接。
U1为集成块LM393，U2为集成块LM1413。
发光二极管D2、光敏电阻Rd和控制电路3位于金属屏蔽盒4内，屏蔽盒4位于微波炉腔体外。
有发光二极管D2和光敏电阻Rd所在的平面或者煤油温度计1的位置调节装置。
煤油温度计1的上部柱体2与金属屏蔽盒4的内套管配合，煤油温度计1的下部分位于微波炉内化学反应物质内。
本发明有如下优点：
1、本装置中涉及的元器件，如煤油温度计、发光二极管、光敏电阻和直流操作继电器等，都是成熟的、已商品化的器件、可以在市场上直接购买，保证了系统稳定和可靠。同时这些元器件价格低廉，整个装置的成本非常低，与目前微波场中测温所用的光纤温度计相比，本装置成本仅是光纤温度计的数十分之一到数百分之一，具有极大的价格优势。这极有利于该装置大规模工业生产中的应用和推广。
2、微波场中温度测量的能力
由于大部常规温度计，如电偶极温度计、水银温度计和酒精温度计的测温探头包含有金属和价质损耗大的物质，不适宜用于微波场中温度的测量。而组成煤油温度计的煤油和玻璃具有很低的介电常数和介质损耗，对化学反应器中微波场干扰小，在微波场中损耗小，因此可实现对微波化学反应器内的温度测量。
3、温度控制功能
本装置通过发光二极管、光敏电阻、直流操作继电器和相关控制电路，实现了对微波加热过程中的温度控制。一旦加热温度高于预定温度，本装置自动切断微波源的电源，而当加热温度低于预定温度时，本装置保持微波源的电源开通。这解决了目前微滤用于工业加热所面临的温度以难控制的难题，对微波能在工业领域的广泛应用有重要意义。
4、预定温度调节功能
通过调节煤油温度计的高度，可以改变预定温度的大小。
5、防化学腐蚀的特点
煤油温度计的外壳为玻璃，具有较强的防止化学药品腐蚀的作用。
附图说明：
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式：
本发明的金属屏蔽盒4内的支架7中间套管8内装有煤油温度计1的柱体部分，支架一侧装有发光二极管D2，另一侧装有光敏电阻Dd。D2和Dd所在平面与套管上的通孔在一平面上，通孔显示温度计刻度为控温刻度。控制电路3位于线路板上，固定在盒4内。线路板与控制电路电源DC24V连接，有控制开关9。线路板通过控制线与微波炉10内的直流操作继电器5连接。
采用煤油温度计作为微波加热化学反应过程中温度测量探头。煤油温度计由测温媒质媒油和玻璃外壳组成，在2450MHz常用微波加热频率下，煤油和玻璃都是介电常数较低的物质，对微波场干扰小，在微波场中损耗小，因此煤油温度计非常适宜于微波化学反应器中的温度测量。煤油温度计成本低廉，已在诸多领域中广泛应用，技术成熟。具有±1℃的测温精度和0℃～150℃的温度范围。煤油温度计的玻璃外壳对化学反应物质有较强的抗腐蚀能力。
温度控制是通过发光二极管、光敏电阻和相关控制电路实现的装置中，发光二极管和光敏电阻在同一平面上相对，该平面对应的煤油温度计刻度为装置控制温度。整个控制电路的电源电压为直流24V，电压比较集成块LM393管脚3为基准电压值VREF，管脚2为比较电压值，管脚1为输出信号端。发光二极管发射光信号，光敏电阻Rd接收光信号。当被加热物质没有达到设置温度值之前，煤油温度计中液体高度低，发光二极管所发射的光线几乎不受阻拦地透过温度计玻璃外壳抵达光敏电阻，光敏电阻值的亮电阻值较小，Rd与R5分压之后，管脚2的电压V2低于管脚3的电压VREF，则管脚1输出信号到驱动集成块LM1413管脚6，LM1413的管脚11输出信号VL，继电器JQC吸合，直流操作继电器A1、A2端得电吸合，从而微波炉得电，对被加热物质加热。当被加热物值加热到设定温度值时，煤油温度计中液体高度上升，液体阻挡发光二极管所发射的光线使之不能抵达光敏电阻，光敏电阻Rd的阻值增大，Rd于R5分压之后，管脚2的电压V2等于管脚3的电压VREF，则管脚1的输出电压翻转，驱动集成块的11脚输出信号VH，继电器JQC断开，直流操作继电器A1、A2端失电断开，从而微波炉失电，停止对被加热物质加热。因此该控制装置能保持加热过程的温度稳定，防止加热温度上升烧毁化学反应物质。
为了防止外界磁场和光线温度控制装置的干扰，提高测量和控制的准确性和稳定性，煤油温度计的上半部分、发光二极管、光敏电阻和大部分控制电路都放在一个金属屏蔽盒内，并处于微波腔体外。
通过移动煤油温度计的高度，可以在一定范围内改变控制温度。
Claims (6)
1、微波化学反应器的温度测量和控制装置，包括测温探头，测温探头的一部分位于微波炉腔体内，其特征在于测温探头为煤油温度计(1)，煤油温度计(1)的上部柱体(2)、发光二极管(D2)、光敏电阻(Rd)和控制电路(3)位于微波炉腔体外，发光二极管(D2)和光敏电阻(Rd)位于温度计柱体(2)的两侧并与煤油温度计的控温刻度在同一平面上相对，煤油到达柱体(2)上的控温刻度时，发光二极管(D2)发射到光敏电阻(Rd)的光信号受阻，发光二极管(D2)和光敏电阻(Rd)与控制电路(3)的输入端连接，控制电路(3)的输出与继电器(5)连接，直流操作继电器(5)位于微波炉的电源电路上。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于控制电路(3)由电压比较集成块(U1)，驱动集成块(U2)和继电器(JQC)组成，电压比较集成块(U1)的输入2脚接光敏电阻(Rd)，输入3脚接可调电阻(R5)，输出1脚接驱动集成块(U2)的输入6脚，驱动集成块(U2)的输出11脚与继电器(JQC)的控制端连接，继电器(JQC)的输出端与微波炉的直流操作继电器(5)连接，控制电路(3)与工作电源连接。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于电压比较集成块(U1)为集成块LM393，驱动集成块(U2)为集成块LM1413。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于发光二极管(D2)、光敏电阻(Rd)和控制电路(3)位于金属屏蔽盒(4)内，屏蔽盒(4)位于微波炉腔体外。
5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于有发光二极管(D2)和光敏电阻(Rd)所在的平面或者煤油温度计(1)的位置调节装置。
6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于煤油温度计(1)的上部柱体(2)与金属屏蔽盒(4)的内套管配合，煤油温度计(1)的下部分位于微波炉内化学反应物质内。
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