Пристрій високочастотного нагріву речовини

Реферат: Винахід належить до електротехніки і може бути застосований в технологічних процесах пастеризації, стерилізації, сушіння, підігрівання різних речовин і матеріалів. Пристрій високочастотного нагріву речовини містить керований високочастотний генератор, паралельний коливальний контур, в ємнісній гілці якого розташований аплікатор з речовиною, що нагрівається, пристрій керування частотою високочастотного генератора, підключений до керованого високочастотного генератора та до обчислювача. Містить вимірювач фазових зсувів та вимірювач відношення амплітуд, виходи яких підключені до обчислювача, пристрій регулювання коефіцієнта включення, вхід якого підключений до обчислювача. Спрямований відгалужувач підключений до керованого високочастотного генератора та через пристрій регулювання коефіцієнта включення до індуктивної гілки паралельного коливального контуру. Згідно з винаходом в нього додатково введені суматор сигналів та дільник потужності. Вхід дільника потужності підключений до виходу падаючої хвилі спрямованого відгалужувача, перший вихід підключений до перших входів вимірювача відношення амплітуд і вимірювача фазових зсувів, а другий вихід - до першого входу суматора сигналів. Другий вхід суматора сигналів підключений до виходу каналу відбитої хвилі спрямованого відгалужувача, а вихід підключений до других входів вимірювача відношення амплітуд і вимірювача фазових зсувів. Усунення неоднозначності роботи пристрою в режимі максимальної передачі потужності до навантаження забезпечує підвищення якості його роботи. UA 101583 C2 (12) UA 101583 C2 UA 101583 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до пристроїв для теплової обробки різних речовин в електромагнітному полі високої частоти і може знайти широке застосування для побудови технологічних процесів пастеризації, стерилізації, дезінфекції, сушіння різних речовин і матеріалів. Актуальність розробки нових засобів теплової обробки в електромагнітному полі високої частоти визначається необхідністю забезпечення автоматизованого контрольованого нагріву речовин до заданої температури з максимальним ККД нагріву. В теперішній час розроблені різні пристрої для забезпечення діелектричного нагріву різних речовин в різних частотних діапазонах. Проте існуючі пристрої діелектричного нагріву, що працюють в діапазоні надвисоких частот (НВЧ), не мають достатньої ефективності із-за малої глибини проникнення електромагнітного поля НВЧ в речовину що обробляється, внаслідок чого неможливо забезпечити рівномірне прогрівання речовини у великих об'ємах. Вказаних недоліків позбавлений метод нагріву різних речовин в електромагнітному полі високої частоти (ВЧ) в діапазоні 3-30 Мгц. Відомо декілька пристроїв нагріву речовини в високочастотному полі, але вони не мають достатньої універсальності, технологічності, не забезпечують максимальний ККД нагріву. 5 Відомий пристрій високочастотного нагріву (пат. США № 6649888 В2 МПК Н05В 6/06), який полягає в подачі високочастотної енергії в аплікатор з речовиною, контролем узгодження аплікатора з високочастотним генератором шляхом вимірювання повного опору навантаження генератора, коригуванням частоти високочастотного генератора до досягнення опору навантаження чистого активного. Недоліком цього пристрою є відсутність узгодження активного опору навантаження з вихідним опором генератора, через це не забезпечується умова максимальної передачі ВЧ потужності до навантаження. Відомий також пристрій високочастотного нагріву (пат. України № 96245 МПК Н05В 6/06, 2011р.), найбільш близький до того, що заявляється, і вибраний як прототип, такий, що містить керований високочастотний генератор, паралельний коливальний контур, в ємкісній гілці якого розташований аплікатор з речовиною, що нагрівається, пристрій керування частотою генератора, вихід якого підключений до входу високочастотного генератора, що керується, а вхід підключений до першого виходу обчислювача, вимірювач фазових зсувів, вихід якого підключений до першого входу обчислювача, вимірювач відношення амплітуд, вихід якого підключений до другого входу обчислювача, пристрій керування коефіцієнтом включення, вхід якого підключений до другого виходу обчислювача. Недоліком цього пристрою є припинення його роботи у момент повного узгодження коливального контуру з високочастотним генератором із-за пропажі сигналу відбитої хвилі спрямованого відгалужувача в режимі повного узгодження. При цьому вимірювач фазових зсувів перестає працювати, що приводить до неоднозначності визначення фазового зсуву падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача і, як наслідок, неправильного підстроювання частоти високочастотного генератора. У основу винаходу поставлена задача удосконалити пристрій ВЧ нагріву шляхом введення компенсуючого сигналу падаючої хвилі у вимірювальну гілку відбитого сигналу вимірювача відношення амплітуд і вимірювача фазових зсувів спрямованого відгалужувача, що приведе до усунення неоднозначності роботи вимірювача фазових зсувів і вимірювача відношення амплітуд і підвищить якість роботи пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій високочастотного нагріву речовини, що містить керований високочастотний генератор, паралельний коливальний контур, в ємнісній гілці якого розташований аплікатор з речовиною, що нагрівається, пристрій керування частотою генератора, вихід якого підключений до входу керованого високочастотного генератора, а вхід підключений до першого виходу обчислювача, вимірювач фазових зсувів, вихід якого підключений до першого входу обчислювача, вимірювач відношення амплітуд, вихід якого підключений до другого входу обчислювача, пристрій регулювання коефіцієнта включення, вхід якого підключений до другого виходу обчислювача, спрямований відгалужувач, вхід якого підключений до виходу керованого високочастотного генератора, а вихід підключений через пристрій регулювання коефіцієнта включення до індуктивної гілки паралельного коливального контуру, згідно з винаходом, вихід каналу падаючої хвилі спрямованого відгалужувача підключений до входу дільника потужності, перший вихід якого підключений до першого входу вимірювача відношення амплітуд і до першого входу вимірювача фазових зсувів, а другий вихід підключений до першого входу суматора сигналів, вихід каналу відбитої хвилі спрямованого відгалужувача підключений до другого входу суматора сигналів, вихід якого підключений до другого входу вимірювача відношення амплітуд і до другого входу вимірювача фазових зсувів. Суть винаходу пояснюється блок-схемою пристрою високочастотного нагріву речовини. 1 UA 101583 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій високочастотного нагріву речовини містить керований високочастотний генератор 1, який виробляє високочастотний сигнал, що подається через спрямований відгалужувач 2 і пристрій 3 регулювання коефіцієнта включення в індуктивну гілку паралельного коливального контуру 4, в ємнісній гілці якого розташований аплікатор з речовиною, що нагрівається. Вихід каналу падаючої хвилі спрямованого відгалужувача 2 підключений до дільника 5 потужності. Перший вихід дільника 5 потужності підключений до вимірювача відношення амплітуд 6 і до вимірювача фазових зсувів 7. Другий вихід дільника потужності 5 підключений до першого входу суматора сигналів 8, другий вхід суматора сигналів 8 підключений до виходу каналу відбитої хвилі спрямованого відгалужувача 2. Вихід суматора сигналів 8 підключений до другого входу вимірювача відношення амплітуд 6 і до другого входу вимірювача фазових зсувів 7. Виходи вимірювача відношення амплітуд 6 і вимірювача фазових зсувів 7 підключені до входів обчислювача 10. Перший вихід обчислювача 10 підключений до входу пристрою 9 керування частотою високочастотного генератора, вихід якого підключений до входу керованого високочастотного генератора 1. Другий вихід обчислювача 10 підключений до входу пристрою 3 регулювання коефіцієнта включення. Робота пристрою полягає в наступному. Речовину, що нагрівається, поміщають в аплікатор, включають керований високочастотний генератор 1 на величину 1/10 потужності, обчислювач 10 через пристрій 9 керування частотою генератора встановлює початкову частоту роботи пристрою високочастотного нагріву, здійснюється налаштування коливального контуру 4 в резонанс шляхом вимірювання фазових зсувів сигналів в каналах падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача 2 за допомогою вимірювача фазових зсувів 7 по досягненню нульового фазового зсуву в каналах падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача, здійснюється налаштування коефіцієнта включення паралельного коливального контуру 4 пристроєм 3 регулювання коефіцієнта включення шляхом вимірювання різниці амплітуд сигналів в каналах падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача за допомогою вимірювача відношення амплітуд 6 до досягнення мінімального відношення амплітуд сигналів падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача. При цьому здійснюється повне початкове узгодження паралельного коливального контуру з генератором. У цьому режимі сигнал відбитої хвилі спрямованого відгалужувача 2 відсутній. Для нормальної роботи вимірювача відношення амплітуд 6 і вимірювача фазових зсувів 7 на їх другі входи подається сигнал падаючої хвилі спрямованого відгалужувача 2 через дільник потужності 5 і суматор сигналів 8. Вимірювач відношення амплітуд 6 і вимірювач фазових зсувів 7 здійснюють вимірювання параметрів сигналу падаючої хвилі. У режимі розузгодження коливального контуру 4 з високочастотним генератором 1 на виході каналу відбитої хвилі спрямованого відгалужувача 2 з'являється сигнал відбитої хвилі, який через суматор сигналів 8 змішується з сигналом падаючої хвилі спрямованого відгалужувача 2. Вимірювач відношення амплітуд 6 і вимірювач фазових зсувів 7 вимірюють сигнали з врахуванням сигналу відбитої хвилі спрямованого відгалужувача 2. Таким чином відбувається компенсація неоднозначності вимірювань сигналів падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача 2. Включають повну потужність генератора 1. В процесі діелектричного нагріву діелектричні характеристики речовини, що нагрівається, змінюються, що приводить до розузгодження паралельного коливального контуру 4 з генератором 1, тобто відбувається зміна його резонансної частоти і добротності, унаслідок чого відбувається зміна коефіцієнта включення контуру 4 до генератора 1. Настає режим розузгодження, при якому відбувається зниження потужності, що надходить в коливальний контур 4. У режимі розузгодження за допомогою вимірювача фазових зсувів 7 здійснюється вимірювання фазового зсуву сигналів падаючої і відбитої хвилі спрямованого відгалужувача 2 і компенсація його шляхом підстроювання частоти керованого високочастотного генератора 1 до досягнення нульового фазового зсуву в каналах падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача 2. Одночасно здійснюється вимірювання відношення амплітуд сигналів падаючої і відбитої хвиль спрямованого відгалужувача 2 за допомогою вимірювача відношення амплітуд 6 і мінімізація цього відношення шляхом підстроювання коефіцієнта включення коливального контуру 4 за допомогою пристрою регулювання коефіцієнта включення 3. При цьому відбувається повне узгодження коливального контуру 4 з вихідним ланцюгом високочастотного генератора 1. Настає режим узгодження, при якому відбувається повна передача високочастотної енергії в коливальний контур і компенсація відсутності сигналу відбитої хвилі направленого відгалужувача 2 сигналом падаючої хвилі. В процесі подальшого нагріву речовини процес повторюється. Таким чином, відбувається автоматична підтримка режиму узгодження коливального контуру з високочастотним генератором. 2 UA 101583 C2 В даний час макет пристрою по даному винаходу виготовлений і перевірена його працездатність в лабораторії і виробничих умовах. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 Пристрій високочастотного нагріву речовини, що містить керований високочастотний генератор, паралельний коливальний контур, в ємнісній гілці якого розташований аплікатор з речовиною, що нагрівається, пристрій керування частотою високочастотного генератора, вихід якого підключений до входу керованого високочастотного генератора, а вхід підключений до першого виходу обчислювача, вимірювач фазових зсувів, вихід якого підключений до першого входу обчислювача, вимірювач відношення амплітуд, вихід якого підключений до другого входу обчислювача, пристрій регулювання коефіцієнта включення, вхід якого підключений до другого виходу обчислювача, спрямований відгалужувач, вхід якого підключений до виходу керованого високочастотного генератора, а вихід підключений через пристрій регулювання коефіцієнта включення до індуктивної гілки паралельного коливального контуру, який відрізняється тим, що в нього додатково введені суматор сигналів та дільник потужності, вхід якого підключений до виходу падаючої хвилі спрямованого відгалужувача, перший вихід підключений до першого входу вимірювача відношення амплітуд і до першого входу вимірювача фазових зсувів, а другий вихід - до першого входу суматора сигналів, другий вхід якого підключений до виходу каналу відбитої хвилі спрямованого відгалужувача, а вихід суматора сигналів підключений до другого входу вимірювача відношення амплітуд і до другого входу вимірювача фазових зсувів. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3