專利名稱：一種測量材料吸收微波能量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試材料特性的方法及裝置，特別是一種測量材料吸收微波能量的方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前用于測量材料在微波場中吸收微波能量大小的方法是通過測溫儀器直接測量材料在微波場中的溫度變化，并根據(jù)該溫度變化來度量材料吸收微波能量的大小。
測量溫度變化的儀器有熱電偶溫度傳感器，熱電阻溫度傳感器，熱敏電阻——高阻導(dǎo)線組成抗電磁干擾溫度傳感器，光纖維溫度傳感器，紅外測溫儀，超聲波測溫儀等。但是，無論用何種測溫儀器，其測量方法都是利用材料在微波場中的溫度變化來度量材料所吸收的微波能量。然而，在測量微波加熱后的材料溫度時(shí)，這些方法存在以下不足1、這些測量方法是對材料進(jìn)行點(diǎn)測溫，其測量結(jié)果多以材料某點(diǎn)或若干點(diǎn)的溫度來代替材料整體溫度。微波是一種高頻電磁波，對材料加熱時(shí)具有選擇性，使得對微波敏感的物質(zhì)能快速產(chǎn)生熱效應(yīng)，而對微波不敏感的物質(zhì)基本不產(chǎn)生熱效應(yīng)，造成材料各點(diǎn)溫度存在較大差異。因此，用材料某點(diǎn)溫度或若干點(diǎn)溫度來代替材料整體溫度并不準(zhǔn)確。
2、利用點(diǎn)測溫的方法對粒度不均勻或塊狀材料進(jìn)行溫度測量時(shí)，在相同的試驗(yàn)條件下，所取得的測量結(jié)果重復(fù)性差。
3、用這些方法測量材料溫度時(shí)，微波不敏感的材料及微波敏感性相近的材料經(jīng)微波加熱后溫度改變量并不顯著，造成測量結(jié)果誤差大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)對材料進(jìn)行點(diǎn)測溫易導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確、難以對微波不敏感材料進(jìn)行測溫、對粒度不均勻的材料或塊狀材料不易準(zhǔn)確測量等不足，提供一種通過測量中間介質(zhì)的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量大小的測量方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是將待測材料和中間介質(zhì)共同放入微波場中加熱，通過測量中間介質(zhì)的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量的大小。實(shí)現(xiàn)上述測量方法的步驟為設(shè)定測量初始條件，制備樣品，測量中間介質(zhì)的溫度，計(jì)算材料吸收的微波能量。
1)設(shè)定測量初始條件①設(shè)定微波爐輸出功率和加熱時(shí)間根據(jù)材料的一般特性、所用微波爐可輸出功率及可設(shè)的加熱時(shí)間，設(shè)定微波爐適合的輸出功率及加熱時(shí)間，上述條件下微波爐的輸出能量按下式計(jì)算Q1＝Pt式中Q1微波爐輸出能量，J；P微波爐輸出功率，w；t微波爐加熱時(shí)間，s。
②確定中間介質(zhì)的種類和質(zhì)量根據(jù)①中的Q1值確定中間介質(zhì)的種類和質(zhì)量，則中間介質(zhì)在測量條件下所能吸收的最大微波能量按下式計(jì)算Q2＝C中間介質(zhì)M中間介質(zhì)ΔT式中Q2中間介質(zhì)可吸收的最大微波能量，J；C中間介質(zhì)中間介質(zhì)比熱，J/(kg·℃)；M中間介質(zhì)中間介質(zhì)質(zhì)量，kg；ΔT在測量條件下中間介質(zhì)發(fā)生物相轉(zhuǎn)變前的最大溫度改變量，℃上述①和②中，Q1與Q2應(yīng)滿足Q2≥kQ1(k為微波爐的能量轉(zhuǎn)化效率)。
2)制備樣品根據(jù)待測材料盛放容器的大小及研究需要，確定待測樣品適合的粒度和質(zhì)量。
3)測量中間介質(zhì)溫度首先將質(zhì)量為Mkg的中間介質(zhì)置于微波場中加熱一定時(shí)間，并測量中間介質(zhì)加熱前后的溫度T1與T2；然后在微波爐輸出功率及加熱時(shí)間不變的條件下，將質(zhì)量為mkg的待測材料和質(zhì)量為Mkg的中間介質(zhì)置于微波場中共同加熱，并測量中間介質(zhì)加熱前后的溫度T1AN與T2AN。
4)計(jì)算材料吸收的微波能量①中間介質(zhì)在微波場中單獨(dú)加熱時(shí)所吸收的微波能量按下式計(jì)算Q中間介質(zhì)＝C中間介質(zhì)M中間介質(zhì)(T2-T1)式中Q中間介質(zhì)中間介質(zhì)在微波場中單獨(dú)加熱時(shí)所吸收的微波能量，J；C中間介質(zhì)中間介質(zhì)比熱，J/(kg·℃)；M中間介質(zhì)中間介質(zhì)質(zhì)量，kg；T1中間介質(zhì)微波加熱前溫度，℃；
T2中間介質(zhì)微波加熱后溫度，℃。
②中間介質(zhì)與待測材料共同加熱時(shí)中間介質(zhì)所吸收的微波能量按下式計(jì)算Q中間介質(zhì)AN＝C中間介質(zhì)M中間介質(zhì)(T2AN-T1AN)式中Q中間介質(zhì)AN中間介質(zhì)與待測材料共同加熱時(shí)中間介質(zhì)所吸收的微波能量，J；C中間介質(zhì)中間介質(zhì)比熱，J/(kg·℃)；M中間介質(zhì)中間介質(zhì)質(zhì)量，kg；T1AN中間介質(zhì)微波加熱前溫度，℃；T2AN中間介質(zhì)微波加熱后溫度，℃。
③待測材料在此條件下吸收的微波能量假設(shè)①中的微波能量100％被中間介質(zhì)吸收，②中微波能量除被中間介質(zhì)吸收外，剩余部分能量全部被待測材料吸收，因此，待測材料所吸收的微波能量按下式計(jì)算QAN＝Q中間介質(zhì)-Q中間介質(zhì)AN式中QAN待測材料吸收的微波能量，J；Q中間介質(zhì)中間介質(zhì)在微波場中單獨(dú)加熱時(shí)所吸收的微波能量，J；Q中間介質(zhì)AN中間介質(zhì)與待測材料共同加熱時(shí)中間介質(zhì)所吸收的微波能量，J；可見，通過計(jì)算中間介質(zhì)吸收微波能量的變化可間接得到待測材料吸收微波能量的大小，由此可判斷材料吸收微波的能力。
一種可實(shí)現(xiàn)上述測量方法的測量裝置其特征是所述測量裝置由微波爐、中間介質(zhì)盛放容器、待測材料盛放容器及溫度測定儀等組成。
所述的微波爐是家用微波爐或經(jīng)改造的家用微波爐、小型實(shí)驗(yàn)用微波爐或經(jīng)改造的小型實(shí)驗(yàn)用微波爐，其微波發(fā)射方位可在微波爐側(cè)壁或底盤。
所述的中間介質(zhì)盛放容器和待測材料盛放容器應(yīng)由微波穿透性強(qiáng)且在一定溫度范圍內(nèi)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材質(zhì)制成，如玻璃容器、石英容器等。
所述的中間介質(zhì)是已知比熱、微波敏感性強(qiáng)、熱傳導(dǎo)性好、在一定溫度范圍內(nèi)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和不易發(fā)生物相轉(zhuǎn)變的單一液體純凈物，例如蒸餾水。
所述溫度測定儀可為水銀溫度計(jì)、熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、光纖維溫度傳感器、紅外測溫儀、超聲波測溫儀等。
四

圖1是本發(fā)明所述的測量裝置示意圖。
如圖1所示，一種可實(shí)現(xiàn)上述測量方法的測量裝置，由微波爐底板1、待測材料盛放容器2、溫度測定儀3、微波爐諧振腔體4、中間介質(zhì)盛放容器5、微波爐諧振腔壁6構(gòu)成。圖1中所示的微波爐是以底板方位發(fā)射微波的家用平板微波爐為例。
其中，待測材料盛放容器2置于微波爐底板1上，中間介質(zhì)盛放容器5置于待測材料盛放容器2的正上方，溫度測定儀3置于微波爐外面，測溫時(shí)將測溫頭通過微波爐頂?shù)目椎乐苯硬迦胫虚g介質(zhì)中。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1測量二氧化硅吸收的微波能量選擇0.2kg蒸餾水作為中間介質(zhì)，二氧化硅0.5kg，微波功率800w，微波加熱時(shí)間10s。
①計(jì)算蒸餾水單獨(dú)在微波場中加熱時(shí)所吸收的微波能量首先將質(zhì)量為0.2kg的蒸餾水裝入中間介質(zhì)盛放容器5中，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T1為23.8℃；然后將中間介質(zhì)盛放容器5置于微波爐底板1上，啟動微波爐加熱10s后，停機(jī)，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T2為28.0℃。按公式Q水1＝C水M水(T2-T1)計(jì)算蒸餾水單獨(dú)加熱時(shí)所吸收的微波能量Q水1Q水1＝C水M水(28.0-23.8)＝4.2×103×0.2×4.2＝3528J②計(jì)算蒸餾水和二氧化硅共同加熱時(shí)蒸餾水所吸收的微波能量首先將質(zhì)量為0.2kg的蒸餾水裝入中間介質(zhì)盛放容器5中，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T1AN為22.9℃；然后將質(zhì)量為0.5kg的二氧化硅裝入待測材料盛放容器2中，并置于微波爐底板1上，并將中間介質(zhì)盛放容器5置于待測材料盛放容器2的正上方，啟動微波爐加熱10s后，停機(jī)，用溫度測定儀3測量蒸餾水的溫度T2AN為27.0℃。蒸餾水吸收的微波能量按公式Q水2＝C水M水(T2AN-T1AN)計(jì)算Q水2＝C水M水(28.0-23.8)＝4.2×103×0.2×4.1＝3444J③計(jì)算二氧化硅吸收的微波能量由公式Q二氧化硅＝Q水1-Q水2計(jì)算Q二氧化硅＝Q水1-Q水2＝3528-34444＝84J實(shí)施例2測量活性碳、四氧化三鐵、碳酸鈣、石膏粉和氧化鈣吸收的微波能量。
選擇蒸餾水0.2kg作為中間介質(zhì)，待測材料0.5kg，微波功率800w，加熱過程中每加熱20s停機(jī)測量蒸餾水的溫度一次，再繼續(xù)加熱，微波總加熱時(shí)間為120s，并根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算待測材料吸收的微波能量，結(jié)果見表1。
表1各種材料吸收的微波能量測量結(jié)果(單位J)

由表1數(shù)據(jù)可以看出不同材料在相同條件下所吸收的微波能量不相同，隨著微波加熱時(shí)間的增加，各種材料吸收的微波能量均逐漸增大。這與實(shí)際情況完全相符。因此，這種測量方法具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明還可用其它的不違背本發(fā)明的精神或主要性能的具體形式來描述。所述實(shí)施方案只是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明。
特別說明本發(fā)明獲得的測量值只是一個(gè)相對比較值，而不是絕對精確值。測量結(jié)果可用于比較不同材料吸收微波能量的大小，選擇材料及分析性能。
權(quán)利要求
1.一種測量材料吸收微波能量的方法，其特征是將待測材料和中間介質(zhì)共同放入微波場中加熱，通過測量中間介質(zhì)的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量的大小，該方法由設(shè)定測量初始條件、制備樣品、測量中間介質(zhì)溫度、計(jì)算材料吸收的微波能量等步驟組成，
1.1所述設(shè)定測量初始條件是根據(jù)材料的一般特性、所用微波爐可輸出功率及可設(shè)的加熱時(shí)間，設(shè)定微波爐輸出功率和加熱時(shí)間，并計(jì)算出此條件下微波爐的輸出能量，
1.2所述樣品制備是根據(jù)待測材料盛放容器的大小及研究需要，確定待測樣品適合的粒度和質(zhì)量，
1.3所述的測量中間介質(zhì)溫度是先將中間介質(zhì)單獨(dú)放入微波場中加熱，并測量中間介質(zhì)加熱前后的溫度，然后在微波輸出功率及加熱時(shí)間不變的條件下，將待測材料和中間介質(zhì)共同放入微波場中加熱，測量中間介質(zhì)加熱前后的溫度；
1.4所述的計(jì)算材料吸收的微波能量是利用中間介質(zhì)單獨(dú)在微波場中加熱時(shí)吸收的微波能量和中間介質(zhì)與待測材料共同加熱時(shí)中間介質(zhì)吸收的微波能量，并通過下式計(jì)算得出待測材料吸收的微波能量QAN＝Q中間介質(zhì)-Q中間介質(zhì)AN式中QAN待測材料吸收的微波能量，J；Q中間介質(zhì)中間介質(zhì)在微波場中單獨(dú)加熱時(shí)所吸收的微波能量，J；Q中間介質(zhì)AN中間介質(zhì)與待測材料共同加熱時(shí)中間介質(zhì)所吸收的微波能量，J。
2.按照權(quán)利要求書1的所述的測量材料吸收微波能量的方法，其特征是所述的中間介質(zhì)是已知比熱、微波敏感性強(qiáng)、熱傳導(dǎo)性好、在一定溫度變化范圍內(nèi)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和不易發(fā)生物相轉(zhuǎn)變的單一液體純凈物。
3.一種適合于權(quán)利要求1所述的測量材料吸收微波能量的方法的測量裝置，其特征是該測量裝置由微波爐、中間介質(zhì)盛放容器、待測材料盛放容器及溫度測定儀組成。
4.按照權(quán)利要求書3所述的測量裝置，其特征是所述的微波爐是家用微波爐或經(jīng)改造的家用微波爐、小型實(shí)驗(yàn)用微波爐或經(jīng)改造的小型實(shí)驗(yàn)用微波爐，其微波發(fā)射方位可在微波爐側(cè)壁或底盤。
5.按照權(quán)利要求書3所述的測量裝置，其特征是所述的中間介質(zhì)盛放容器和待測材料盛放容器應(yīng)由微波穿透性強(qiáng)并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材質(zhì)制成，可以是玻璃容器或者石英容器。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料特性測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測量材料吸收微波能量的方法及裝置；所述方法通過量熱法測量中間介質(zhì)在微波場中吸收微波后的溫度變化來間接度量待測材料吸收微波能量的大小；該方法包括設(shè)定測量初始條件，制備樣品，測量中間介質(zhì)溫度，計(jì)算材料吸收的微波能量等步驟；其測量裝置由微波爐、介質(zhì)盛放容器、待測材料盛放容器及溫度測定儀等組成；本發(fā)明提供的測量方法操作簡單、使用方便、成本低廉、適用范圍廣。
文檔編號G01N22/00GK101078700SQ20071003528
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者馬少健, 周顯文, 莫偉, 蘇秀娟, 林美群 申請人:廣西大學(xué)