專利名稱：微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
微波作為化學(xué)反應(yīng)過程中的一種加熱功率源，具有清潔和高效率等優(yōu)點(diǎn)。微波加熱可以大幅度地提高某些化學(xué)反應(yīng)的速度。在微波作用下化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)吸收微波能量轉(zhuǎn)化成溫升，溫升改變物質(zhì)介電常數(shù)，反過來又影響微波的吸收及反射，這造成微波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的作用通常是一個(gè)非平衡和非線性過程，微波化學(xué)反應(yīng)器中的溫度不是一個(gè)線性平穩(wěn)上升的過程，溫度上升的速度是隨化學(xué)反應(yīng)過程而動(dòng)態(tài)變化的。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波化學(xué)反應(yīng)器的溫升更加難以預(yù)測(cè)和控制，這嚴(yán)重阻礙了微波加熱化學(xué)反應(yīng)的廣泛應(yīng)用。
為了解決大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)微波化學(xué)反應(yīng)器中的溫度測(cè)量和控制問題，研制一種能有效應(yīng)用于微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置顯得非常重要，它必須同時(shí)滿足以下條件(1)裝置的測(cè)溫探頭直接暴露于微波化學(xué)反應(yīng)器的微波場(chǎng)中，這要求其組成材料不能包含有金屬和對(duì)微波有較高介質(zhì)損耗的物質(zhì)。金屬在微波場(chǎng)中容易產(chǎn)生電火花，微波能量容易直接通過金屬耦合進(jìn)入裝置，干擾溫度的測(cè)量，同時(shí)金屬可能嚴(yán)重干擾反應(yīng)器中微波場(chǎng)分布。較高介質(zhì)損耗物質(zhì)本身易吸收微波能量而溫度升高，不利于對(duì)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量。(2)裝置成本低廉，有利于在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。(3)有足夠的測(cè)溫精度和測(cè)溫范圍。(4)可以測(cè)量微波化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)物質(zhì)內(nèi)的溫度分布。(5)在溫度測(cè)量的基礎(chǔ)上，測(cè)溫探頭與放大電路、交流開關(guān)等器件共同實(shí)現(xiàn)的微波化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制。(6)測(cè)溫探頭由于經(jīng)常接觸化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)，必須有較高的抗腐蝕能力。
盡管日前溫度測(cè)量裝置種類繁多，但缺乏同時(shí)滿足上述條件，能有效地應(yīng)用于微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置。(1)熱電偶溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)盡管已得到廣泛應(yīng)用，但由于它們的測(cè)量探頭包含有金屬，如前所述，不適且用于微波化學(xué)反應(yīng)器中的溫度測(cè)量。(2)酒精溫度計(jì)亦為一類常用溫度計(jì)，但由于酒精具有較高的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，因此也不宜于微波化學(xué)反應(yīng)器中的溫度測(cè)量的控制。(3)紅外線測(cè)溫儀只能測(cè)量物質(zhì)表面溫度，不能測(cè)量微波化學(xué)反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的內(nèi)部溫度。(4)光纖溫度儀的測(cè)溫探頭不包含金屬和極性物質(zhì)，測(cè)溫精度高，非常適合應(yīng)用于微波化學(xué)反應(yīng)器中的溫度測(cè)量，但價(jià)格十分昂貴，這決定它只能應(yīng)用于一些小范圍的特殊領(lǐng)域，不能在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模地應(yīng)用。(5)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)通常有非常強(qiáng)的腐蝕性，大多數(shù)常用溫度計(jì)在這方面未做特殊考慮。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種成本低、防腐蝕、使用方便安全、測(cè)量和控溫精確的微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置，包括測(cè)溫探頭，測(cè)溫探頭的一部分位于微波爐腔體內(nèi)，測(cè)溫探頭為煤油溫度計(jì)(1)，煤油溫度計(jì)(1)的上部柱體(2)、發(fā)光二極管(D2)、光敏電阻(Rd)和控制電路(3)位于微波爐腔體外，發(fā)光二極管(D2)和光敏電阻(Rd)位于溫度計(jì)柱體(2)的兩側(cè)并與煤油溫度計(jì)的控溫刻度在同一平面上相對(duì)，煤油到達(dá)柱體(2)上的控溫刻度時(shí)，發(fā)光二極管(D2)發(fā)射到光敏電阻(Rd)的光信號(hào)受阻，發(fā)光二極管(D2)和光敏電阻(Rd)與控制電路(3)的輸入端連接，控制電路(3)的輸出與直流操作繼電器(5)連接，直流操作繼電器(5)位于微波爐的電源電路上。
控制電路(5)由電壓比較集成(U1)，驅(qū)動(dòng)集成塊(U2)和繼電器(JQC)組成，(U1)的輸入2腳接光敏電阻(Rd)，輸入3腳接可調(diào)電阻(R5)，輸出1腳接驅(qū)動(dòng)集成塊(U2)的輸入6腳，(U2)的輸出11腳與繼電器(JQC)的控制端連接，繼電器(JQC)的輸出端與微波爐的直流操作繼電器(5)連接，控制電路(3)與工作電源連接。
(U1)為集成塊LM393，(U2)為集成塊LM1413。
發(fā)光二極管(D2)、光敏電阻(Rd)和控制電路(3)位于金屬屏蔽盒(4)內(nèi)，屏蔽盒(4)位于微波爐腔體外。
有發(fā)光二極管(D2)和光敏電阻(Rd)所在的平面或者煤油溫度計(jì)(1)的位置調(diào)節(jié)裝置。
煤油溫度計(jì)(1)的上部柱體(2)與金屬屏蔽盒(4)的內(nèi)套管配合，煤油溫度計(jì)(1)的下部分位于微波爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)內(nèi)。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1、本裝置中涉及的元器件，如煤油溫度計(jì)、發(fā)光二極管、光敏電阻和直流操作繼電器等，都是成熟的、已商品化的器件、可以在市場(chǎng)上直接購買，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠。同時(shí)這些元器件價(jià)格低廉，整個(gè)裝置的成本非常低，與目前微波場(chǎng)中測(cè)溫所用的光纖溫度計(jì)相比，本裝置成本僅是光纖溫度計(jì)的數(shù)十分之一到數(shù)百分之一，具有極大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。這極有利于該裝置大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣。
2、微波場(chǎng)中溫度測(cè)量的能力由于大部常規(guī)溫度計(jì)，如電偶極溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)和酒精溫度計(jì)的測(cè)溫探頭包含有金屬和價(jià)質(zhì)損耗大的物質(zhì)，不適宜用于微波場(chǎng)中溫度的測(cè)量。而組成煤油溫度計(jì)的煤油和玻璃具有很低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，對(duì)化學(xué)反應(yīng)器中微波場(chǎng)干擾小，在微波場(chǎng)中損耗小，因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)微波化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的溫度測(cè)量。
3、溫度控制功能本裝置通過發(fā)光二極管、光敏電阻、直流操作繼電器和相關(guān)控制電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波加熱過程中的溫度控制。一旦加熱溫度高于預(yù)定溫度，本裝置自動(dòng)切斷微波源的電源，而當(dāng)加熱溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，本裝置保持微波源的電源開通。這解決了目前微濾用于工業(yè)加熱所面臨的溫度以難控制的難題，對(duì)微波能在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用有重要意義。
4、預(yù)定溫度調(diào)節(jié)功能通過調(diào)節(jié)煤油溫度計(jì)的高度，可以改變預(yù)定溫度的大小。
5、防化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)煤油溫度計(jì)的外殼為玻璃，具有較強(qiáng)的防止化學(xué)藥品腐蝕的作用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的金屬屏蔽盒4內(nèi)的支架7中間套管8內(nèi)裝有煤油溫度計(jì)1的柱體部分，支架一側(cè)裝有發(fā)光二極管D2，另一側(cè)裝有光敏電阻Dd。D2和Dd所在平面與套管上的通孔在一平面上，通孔顯示溫度計(jì)刻度為控溫刻度?？刂齐娐?位于線路板上，固定在盒4內(nèi)。線路板與控制電路電源DC24V連接，有控制開關(guān)9。線路板通過控制線與微波爐10內(nèi)的直流操作繼電器5連接。
采用煤油溫度計(jì)作為微波加熱化學(xué)反應(yīng)過程中溫度測(cè)量探頭。煤油溫度計(jì)由測(cè)溫媒質(zhì)媒油和玻璃外殼組成，在2450MHz常用微波加熱頻率下，煤油和玻璃都是介電常數(shù)較低的物質(zhì)，對(duì)微波場(chǎng)干擾小，在微波場(chǎng)中損耗小，因此煤油溫度計(jì)非常適宜于微波化學(xué)反應(yīng)器中的溫度測(cè)量。煤油溫度計(jì)成本低廉，已在諸多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟。具有±1℃的測(cè)溫精度和0℃～150℃的溫度范圍。煤油溫度計(jì)的玻璃外殼對(duì)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。
溫度控制是通過發(fā)光二極管、光敏電阻和相關(guān)控制電路實(shí)現(xiàn)的裝置中，發(fā)光二極管和光敏電阻在同一平面上相對(duì)，該平面對(duì)應(yīng)的煤油溫度計(jì)刻度為裝置控制溫度。整個(gè)控制電路的電源電壓為直流24V，電壓比較集成塊LM393管腳3為基準(zhǔn)電壓值VREF，管腳2為比較電壓值，管腳1為輸出信號(hào)端。發(fā)光二極管發(fā)射光信號(hào)，光敏電阻Rd接收光信號(hào)。當(dāng)被加熱物質(zhì)沒有達(dá)到設(shè)置溫度值之前，煤油溫度計(jì)中液體高度低，發(fā)光二極管所發(fā)射的光線幾乎不受阻攔地透過溫度計(jì)玻璃外殼抵達(dá)光敏電阻，光敏電阻值的亮電阻值較小，Rd與R5分壓之后，管腳2的電壓V2低于管腳3的電壓VREF，則管腳1輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)集成塊LM1413管腳6，LM1413的管腳11輸出信號(hào)VL，繼電器JQC吸合，直流操作繼電器A1、A2端得電吸合，從而微波爐得電，對(duì)被加熱物質(zhì)加熱。當(dāng)被加熱物值加熱到設(shè)定溫度值時(shí)，煤油溫度計(jì)中液體高度上升，液體阻擋發(fā)光二極管所發(fā)射的光線使之不能抵達(dá)光敏電阻，光敏電阻Rd的阻值增大，Rd于R5分壓之后，管腳2的電壓V2等于管腳3的電壓VREF，則管腳1的輸出電壓翻轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)集成塊的11腳輸出信號(hào)VH，繼電器JQC斷開，直流操作繼電器A1、A2端失電斷開，從而微波爐失電，停止對(duì)被加熱物質(zhì)加熱。因此該控制裝置能保持加熱過程的溫度穩(wěn)定，防止加熱溫度上升燒毀化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)。
為了防止外界磁場(chǎng)和光線溫度控制裝置的干擾，提高測(cè)量和控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，煤油溫度計(jì)的上半部分、發(fā)光二極管、光敏電阻和大部分控制電路都放在一個(gè)金屬屏蔽盒內(nèi)，并處于微波腔體外。
通過移動(dòng)煤油溫度計(jì)的高度，可以在一定范圍內(nèi)改變控制溫度。
權(quán)利要求
1.微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置，包括測(cè)溫探頭，測(cè)溫探頭的一部分位于微波爐腔體內(nèi)，其特征在于測(cè)溫探頭為煤油溫度計(jì)(1)，煤油溫度計(jì)(1)的上部柱體(2)、發(fā)光二極管(D2)、光敏電阻(Rd)和控制電路(3)位于微波爐腔體外，發(fā)光二極管(D2)和光敏電阻(Rd)位于溫度計(jì)柱體(2)的兩側(cè)并與煤油溫度計(jì)的控溫刻度在同一平面上相對(duì)，煤油到達(dá)柱體(2)上的控溫刻度時(shí)，發(fā)光二極管(D2)發(fā)射到光敏電阻(Rd)的光信號(hào)受阻，發(fā)光二極管(D2)和光敏電阻(Rd)與控制電路(3)的輸入端連接，控制電路(3)的輸出與繼電器(5)連接，直流操作繼電器(5)位于微波爐的電源電路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于控制電路(3)由電壓比較集成(U1)，驅(qū)動(dòng)集成塊(U1)和繼電器(JQC)組成，(U1)的輸入2腳接光敏電阻(Rd)，輸入3腳接可調(diào)電阻(R5)，輸出1腳接驅(qū)動(dòng)集成塊(U2)的輸入6腳，(U2)的輸出11腳與繼電器(JQC)的控制端連接，繼電器(JQC)的輸出端與微波爐的直流操作繼電器(5)連接，控制電路(3)與工作電源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于(U1)為集成塊LM393，(U2)為集成塊LM1413。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于發(fā)光二極管(D2)、光敏電阻(Rd)和控制電路(3)位于金屬屏蔽盒(4)內(nèi)，屏蔽盒(4)位于微波爐腔體外。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于有發(fā)光二極管(D2)和光敏電阻(Rd)所在的平面或者煤油溫度計(jì)(1)的位置調(diào)節(jié)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于煤油溫度計(jì)(1)的上部柱體(2)與金屬屏蔽盒(4)的內(nèi)套管配合，煤油溫度計(jì)(1)的下部分位于微波爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明微為微波化學(xué)反應(yīng)器的溫度測(cè)量和控制裝置，包括測(cè)溫探頭，測(cè)溫探頭的一部分位于微波爐腔體內(nèi)，測(cè)溫探頭為煤油溫度計(jì)(1)，煤油溫度計(jì)(1)的上部柱體(2)、發(fā)光二極管(D
文檔編號(hào)G01K5/18GK1534423SQ20031011092
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者黃卡瑪, 陳星 , 趙翔 申請(qǐng)人:四川大學(xué)