一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料特性測定領(lǐng)域，涉及一種測定溫度對物料吸收微波能力影響的測定方法及實現(xiàn)該測定方法的測定裝置。該測定方法由樣品制備、樣品盛裝、空白測定、樣品測定、計算樣品吸收的微波相對能量、改變輻射時間并重復(fù)空白測定和樣品測定、繪制樣品吸收的微波相對能量與輻射時間對應(yīng)關(guān)系圖的步驟組成；通過微波加熱使樣品在不同溫度下，然后采用量熱法測量吸收反射波腔體中的中間媒介所吸收的微波能量，間接地得出物料隨微波加熱溫度變化時吸波能力的強弱。該方法屬于直接、方便、快捷地測定物料吸收微波能力隨微波加熱溫度的變化，對實際微波處理物料的指導(dǎo)性和適用性強。
【專利說明】
一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種針對微波加熱物料后溫度對物料吸收微波能力變化的測定方法 及所用測定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前用于衡量物料在微波場中加熱后溫度對物料吸收微波能力影響的方法是通 過測定物料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨溫度的變化，并且溫度的控制以傳統(tǒng)加熱為主，并非微 波加熱的實際效果，難以反映出微波時間加熱物料時其吸收微波能力變化；同時當采用測 溫儀器直接測定物料在微波場中的溫度變化來衡量物料吸收微波能力大小時，關(guān)注是微波 輻射效果或者物料吸波后的表觀效應(yīng)，且溫度變化不代表吸波能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種針對微波加熱物料后溫 度對物料吸收微波能力變化的測定方法及測定裝置。
[0004] 本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征在于:該測定方法由 樣品制備、樣品盛裝、空白測定、樣品測定、計算樣品吸收的微波相對能量、改變輻射時間并 重復(fù)空白測定和樣品測定、繪制樣品吸收的微波相對能量與輻射時間對應(yīng)關(guān)系圖的步驟組 成；
[0006] 所述樣品制備:將待測物料制成粉末樣品；
[0007] 所述樣品盛裝:將制備好的粉末樣品盛裝于容器中；
[0008] 所述空白測定:將未盛裝有待測樣品的相同規(guī)格容器置于樣品測量室，用微波產(chǎn) 生器產(chǎn)生的微波輻射樣品，并用環(huán)行器控制微波進入所述樣品測量室，微波輻射時間t;微 波被所述環(huán)行器定向控制導(dǎo)向進入所述樣品測量室加熱待測樣品后，未被吸收的微波余 量，被所述環(huán)行器反射導(dǎo)出，被中間媒介吸收，測量所述中介媒介的溫度ST 1，計算所述中 間媒介所吸收的微波能量為Qn;
[0009] 物質(zhì)吸收微波能量的計算公式為:Q = Cpm-p Xm X At;
[0010]式中Q:物質(zhì)吸收的微波能量，單位
[0011] At:物質(zhì)的溫度變化值，單位:°C;
[0012] cpm-P:物質(zhì)在測試溫度內(nèi)的平均比熱容，單位:J · g-1 · °c-S
[0013] m:待測物料質(zhì)量，單位:g;
[0014] 所述樣品測定:將盛裝有待測樣品的容器置于所述樣品測量室中，微波輻射時間 為t，測量中間媒介的溫度St2、同時記下微波停止后被測樣品的溫度為τ 2'，計算中間媒介 吸收的微波能量Qw-2，則樣品所吸收的微波能量為Qw-1-Qw-2 ;
[0015] 所述計算樣品吸收的微波相對能量:樣品溫度從室溫升至IV所吸收的相對微波 能量為 REy，REy = (Qw-I-Qw-2) /Pt;
[0016] 所述改變輻射時間并重復(fù)空白測定和樣品測定：改變微波輻射時間，隨著微波輻 射時間的增加，所述空白測定和所述樣品測定中，所述中間媒介、樣品的溫度隨之升高，計 算每次樣品吸收的微波相對能量；
[0017] 繪制樣品吸收的微波相對能量與輻射時間對應(yīng)關(guān)系圖：將每次樣品吸收的微波相 對能量與每次微波輻射時間對應(yīng)繪制成圖，由公知常識可知，微波輻射時間與物料溫度呈 正相關(guān)性，被測樣品隨微波加熱時間變化的吸波特性趨勢與隨微波加熱溫度變化的吸波特 性趨勢是一致的，可間接得到被測樣品隨微波加熱溫度變化的吸波特性趨勢。
[0018] 本發(fā)明的有益效果:通過微波加熱使物料在不同溫度下，然后采用量熱法測量吸 收反射波腔體中的中間媒介所吸收的微波能量，間接地計算物料隨微波加熱溫度變化時吸 波能力強弱。該方法屬于直接、方便、快捷地測定物料吸收微波能力隨微波加熱溫度的變 化，對實際微波處理物料的指導(dǎo)性和適用性強。
[00?9]優(yōu)選地，樣品制備中將待測物料制成粒度小于或等于0.074mm的粉末。
[0020] 優(yōu)選地，用于盛裝樣品的容器為石英坩堝，直徑為4cm，高為3.8cm，厚為0.2cm，所 取待測樣品質(zhì)量為32g。
[0021] 優(yōu)選地，在空白測定和樣品測定步驟中用石英棉為保溫材料包裹住所述容器。特 別地，所用保溫材料為石英棉。
[0022] 優(yōu)選地，所用中間媒介為水。
[0023] 本發(fā)明同時提供一種實現(xiàn)上述測定方法的測定裝置，所述測定裝置包括微波產(chǎn)生 器、環(huán)行器、單模波導(dǎo)、激勵波導(dǎo)、吸收反射波腔體、樣品測量室、測溫儀；
[0024] 所述單模波導(dǎo)、所述激勵波導(dǎo)、所述吸收反射波腔體分別連接在所述環(huán)行器上，所 述單模波導(dǎo)的軸線與所述激勵波導(dǎo)的軸線同軸，并且垂直于所述吸收反射波腔體的軸線， 并且所述單模波導(dǎo)的軸線、所述激勵波導(dǎo)的軸線、所述吸收反射波腔體的軸線位于同一平 面上；
[0025] 所述微波產(chǎn)生器安裝在所述激勵波導(dǎo)背離所述環(huán)行器的一端上，用于產(chǎn)生微波；
[0026] 所述樣品測量室位于所述單模波導(dǎo)背離環(huán)行器一端的內(nèi)腔里，用于放置樣品；
[0027] 所述環(huán)行器用于定向控制微波導(dǎo)向，微波經(jīng)由所述激勵波導(dǎo)及所述環(huán)行器輸入所 述單模波導(dǎo);未被樣品吸收的微波余量由所述單模波導(dǎo)反射導(dǎo)出，經(jīng)由所述環(huán)行器進入所 述吸收反射波腔體；
[0028] 所述吸收反射波腔體內(nèi)設(shè)置有中間媒介，所述中間媒介用于吸收微波余量；
[0029] 所述測溫儀用于測量待測樣品和所述中間媒介的溫度。
[0030] 本發(fā)明的測定裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作簡易，使用方便，實驗數(shù)據(jù)精準一致、偏差小，重 復(fù)性強。
[0031] 優(yōu)選地，在所述單模波導(dǎo)背離環(huán)行器一端上，距離端面4cm從頂面向下開設(shè)有3mm 直徑的測溫孔，放置在所述樣品測量室內(nèi)的容器與所述測溫孔同軸;所述測溫儀的溫度探 頭尺寸與所述測溫孔匹配，用于測量所述容器內(nèi)樣品的溫度;測量樣品溫度時，將測溫儀的 溫度探頭深入即可進行測溫。
[0032]優(yōu)選地，所述測量室底部放置有一用保溫材料制作成的模具，所述模具的四邊尺 寸與所述測量室匹配，厚度與所述容器的高度相當，模具頂部開設(shè)有通孔;所述通孔的形狀 與大小與容器匹配，且與所述測溫孔同軸。
[0033] 優(yōu)選地，選擇型號為BJ26的單模波導(dǎo)。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明所述的測量裝置示意圖。
[0035] 圖2是赤鐵礦吸收的微波相對能量與微波加熱時間關(guān)系圖。
[0036] 圖3是磁鐵礦吸收的微波相對能量與微波加熱時間關(guān)系圖。
[0037]附圖標記對照表：

【具體實施方式】
[0039] 為了使本發(fā)明的目的、方法及操作更加清楚明白，以下結(jié)果附圖及測定實例，對本 發(fā)明進行進一步詳細說明，此處所述的具體實例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種測量微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定裝置， 用于測定待測樣品5吸收的微波相對能量大小，所述測定裝置包括微波產(chǎn)生器1、環(huán)行器2、 單模波導(dǎo)3、保溫石英棉4、石英坩堝容器6、吸收反射波腔體7、中間媒介水8、測溫儀9、激勵 波導(dǎo)10、樣品測量室（圖中未顯示）、測溫孔(圖中未顯示）。
[0041] 所述單模波導(dǎo)3、所述激勵波導(dǎo)10、所述吸收反射波腔體7分別連接在所述環(huán)行器2 上，所述單模波導(dǎo)3的軸線與所述激勵波導(dǎo)10的軸線同軸，并且垂直于所述吸收反射波腔體 7的軸線，并且所述單模波導(dǎo)3的軸線、所述激勵波導(dǎo)10的軸線、所述吸收反射波腔體7的軸 線位于同一平面上;優(yōu)選地，單模波導(dǎo)3的選擇的型號為BJ26;
[0042] 所述微波產(chǎn)生器1安裝在所述激勵波導(dǎo)10背離所述環(huán)行器2的一端上，用于產(chǎn)生微 波；
[0043] 所述樣品測量室位于所述單模波導(dǎo)背離環(huán)行器2-端的內(nèi)腔里，由保溫石英棉4、 待測樣品5、石英坩堝容器6所占空間構(gòu)成；
[0044] 所述環(huán)行器2用于定向控制微波導(dǎo)向，微波經(jīng)由所述激勵波導(dǎo)10及所述環(huán)行器2輸 入所述單模波導(dǎo)3;未被樣品吸收的微波余量由所述單模波導(dǎo)3反射導(dǎo)出，經(jīng)由所述環(huán)行器2 進入所述吸收反射波腔體7;
[0045] 所述吸收反射波腔體7內(nèi)設(shè)置有中間媒介水8,所述中間媒介水8用于吸收微波余 量；
[0046] 在所述單模波3導(dǎo)背離環(huán)行器2-端上，距離端面4cm從頂面向下開設(shè)有3mm直徑的 測溫孔，放置在所述樣品測量室內(nèi)的石英坩堝容器6與所述測溫孔同軸;所述測溫儀9的溫 度探頭尺寸與所述測溫孔匹配，用于測量所述石英坩堝容器6內(nèi)待測樣品5的溫度；測量待 測樣品5的溫度時，將測溫儀9的溫度探頭從測溫孔伸入即可進行測溫；
[0047]所述測溫儀9用于測量所述待測樣品5和所述中間媒介水8的溫度。
[0048] 測量實施過程：
[0049]分別測量赤鐵礦和磁鐵礦隨微波加熱時間變化其吸收微波相對能量的大小，微波 功率P =1000 l
[0050]樣品制備:取赤鐵礦、磁鐵礦各32g，分別將其制成粒度小于或等于0.074mm粉末； [0051 ]樣品盛裝:將制備好的待測樣品5盛裝于直徑為4cm，高為3.8cm，厚為0.2cm的石英 坩堝容器6中，并用保溫石英棉4包裹住石英坩堝容器中6;
[0052] 空白測定:將未盛裝有待測樣品的相同規(guī)格的并用石英棉4包裹住的石英坩堝容 器6置于樣品測量室中，將中間媒介水8放置于吸收反射波腔體7的底面中心位置，啟動微波 產(chǎn)生器1，微波福射時間t，關(guān)閉微波產(chǎn)生器1;微波經(jīng)激勵波導(dǎo)10傳輸進入環(huán)行器2,微波被 環(huán)行器2定向控制導(dǎo)向，經(jīng)由環(huán)行器2導(dǎo)入單模波導(dǎo)3內(nèi)腔中的樣品測量室加熱待測樣品5 后，未被吸收的微波余量由所述單模波導(dǎo)3反射導(dǎo)出，經(jīng)由環(huán)行器2進入吸收反射波腔體7 中，被中間媒介水8吸收，所用中間媒介水8的量為1000 ml，用測溫儀9測量中介媒介水8的溫 度為T 1，計算中間媒介水8所吸收的微波能量為Q^1;
[0053] 樣品測定：將盛裝有待測樣品5并用保溫石英棉4包裹住的石英坩堝容器6置于樣 品測量室中11中，用測溫儀9測量待測樣品的初始溫度即室溫溫度T 2S30°C。將中間媒介水 8換成新的1000ml，啟動微波產(chǎn)生器1，微波輻射與空白測定相同的時間t，關(guān)閉微波產(chǎn)生器 1，用測溫儀9測量中間媒介水8的溫度為1~ 2、將測溫儀9的溫度探頭從測溫孔伸入樣品測量 室中，記下微波停止后被測樣品的溫度為IV，計算中間媒介水8吸收的微波能量Q w-2,則樣 品所吸收的微波能量為Qw-I-Qd ;
[0054] 計算樣品吸收的微波相對能量:樣品溫度從室溫升至IV所吸收的相對微波能量 為 REy，REy = (Qw-i-Qw-2) /Pt;
[0055] 所述改變輻射時間并重復(fù)空白測定和樣品測定重復(fù)空白測定和樣品測定:改變微 波輻射時間，隨著微波輻射時間的增加，空白測定和樣品測定中，中間媒介、樣品的溫度隨 之升高，計算每次樣品吸收的微波相對能量，與每次微波輻射時間對應(yīng)繪制成圖，由公知常 識可知，微波輻射時間與物料溫度呈正相關(guān)性，可間接得到被測樣品隨微波加熱溫度變化 的吸波特性趨勢。
[0056] 由圖2、圖3可以看出，赤鐵礦和磁鐵礦隨微波加熱時間變化其吸收微波能力呈現(xiàn) 不同的趨勢。
[0057]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和修改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征在于：該測定方法由樣 品制備、樣品盛裝、空白測定、樣品測定、計算樣品吸收的微波相對能量、改變輻射時間并重 復(fù)空白測定和樣品測定、繪制樣品吸收的微波相對能量與輻射時間對應(yīng)關(guān)系圖的步驟組 成； 所述樣品制備:將待測物料制成粉末樣品； 所述樣品盛裝:將制備好的粉末樣品盛裝于容器中； 所述空白測定:將未盛裝有待測樣品的相同規(guī)格容器置于樣品測量室，用微波產(chǎn)生器 產(chǎn)生的微波輻射樣品，并用環(huán)行器控制微波進入所述樣品測量室，微波輻射時間t;微波被 所述環(huán)行器定向控制導(dǎo)向進入所述樣品測量室加熱待測樣品后，未被吸收的微波余量，被 所述環(huán)行器反射導(dǎo)出，被中間媒介吸收，測量所述中介媒介的溫度ST 1，計算所述中間媒介 所吸收的微波能量為Qw-I; 物質(zhì)吸收微波能量的計算公式為:Q=CPm-P XmX At; 式中Q:物質(zhì)吸收的微波能量，單位:J; At:物質(zhì)的溫度變化值，單位：°C; Cpm-p:物質(zhì)在測試溫度內(nèi)的平均比熱容，單位:J · · TT1; m:待測物料質(zhì)量，單位:g; 所述樣品測定:將盛裝有待測樣品的容器置于所述樣品測量室中，微波輻射時間為t， 測量中間媒介的溫度為T2、同時記下微波停止后被測樣品的溫度為IV，計算中間媒介吸收 的微波能量Qd，則樣品所吸收的微波能量為Qh-Qw-2 ; 所述計算樣品吸收的微波相對能量:樣品溫度從室溫升至T2 '所吸收的相對微波能量為 REy, REy = ( Qw-i-Qw-2 ) /Pt ； 所述改變輻射時間并重復(fù)空白測定和樣品測定：改變微波輻射時間，隨著微波輻射時 間的增加，所述空白測定和所述樣品測定中，所述中間媒介、樣品的溫度隨之升高，計算每 次樣品吸收的微波相對能量； 繪制樣品吸收的微波相對能量與輻射時間對應(yīng)關(guān)系圖：將每次樣品吸收的微波相對能 量與每次微波輻射時間對應(yīng)繪制成圖，可間接得到被測樣品隨微波加熱溫度變化的吸波特 性趨勢。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征 在于:將待測物料制成粉末樣品的粒度小于或等于〇. 〇74mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征 在于:所述容器為石英坩堝。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征 在于:所述石英i甘堝的直徑為4cm，高為3 · 8cm，厚為0 · 2cm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征 在于:所取待測樣品質(zhì)量為32g。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征 在于:在空白測定和樣品測定步驟中用石英棉為保溫材料包裹住所述容器。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波加熱溫度對物料吸波能力影響的測定方法，其特征 在于:所述中間媒介為水。8. -種實現(xiàn)權(quán)利要求1至7任意一項所述測定方法的測定裝置，所述測定裝置包括微波 產(chǎn)生器、環(huán)行器、單模波導(dǎo)、激勵波導(dǎo)、吸收反射波腔體、樣品測量室、測溫儀； 所述單模波導(dǎo)、所述激勵波導(dǎo)、所述吸收反射波腔體分別連接在所述環(huán)行器上，所述單 模波導(dǎo)的軸線與所述激勵波導(dǎo)的軸線同軸，并且垂直于所述吸收反射波腔體的軸線，并且 所述單模波導(dǎo)的軸線、所述激勵波導(dǎo)的軸線、所述吸收反射波腔體的軸線位于同一平面上； 所述微波產(chǎn)生器安裝在所述激勵波導(dǎo)背離所述環(huán)行器的一端上，用于產(chǎn)生微波； 所述樣品測量室位于所述單模波導(dǎo)背離環(huán)行器一端的內(nèi)腔里，用于放置樣品； 所述環(huán)行器用于定向控制微波導(dǎo)向，微波經(jīng)由所述激勵波導(dǎo)及所述環(huán)行器輸入所述單 模波導(dǎo);未被樣品吸收的微波余量由所述單模波導(dǎo)反射，經(jīng)由所述環(huán)行器進入所述吸收反 射波腔體； 所述吸收反射波腔體內(nèi)設(shè)置有中間媒介，所述中間媒介用于吸收微波余量； 所述測溫儀用于測量待測樣品和所述中間媒介的溫度。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測定裝置，其特征在于：在所述單模波導(dǎo)背離環(huán)行器一端上， 距離端面4cm從頂面向下開設(shè)有3mm直徑的測溫孔，放置在所述樣品測量室內(nèi)的容器與所述 測溫孔同軸;所述測溫儀的溫度探頭尺寸與所述測溫孔匹配，用于測量所述容器內(nèi)樣品的 溫度。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的測定裝置，其特征在于:所述測量室底部放置有一用保溫材 料制作成的模具，所述模具的四邊尺寸與所述測量室匹配，厚度與所述容器的高度相當，模 具頂部開設(shè)有通孔;所述通孔的形狀與大小與容器匹配，且與所述測溫孔同軸。
【文檔編號】G01N22/00GK105891235SQ201610442328
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】蘇秀娟, 何春林, 馬少健, 莫偉, 封金鵬, 王桂芳, 楊金林, 張敏
【申請人】廣西大學(xué)