Спосіб для вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі та пристрій для його здійснення

MKTI6.G01R21/O8 СПОСІБ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ НЕРІВНОМІРНОСТІ РОЗПОДІЛУ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПОЛЯ В МІКРОХВИЛЬОВІЙ ПЕЧІ Винахід відноситься до радіовимірювальної техніки надвисоких частот і застосовується для вимірювання електричних параметрів мікрохвилевих печей. Відомі способи вимірювання нерівномірності електромагнітного поля в резонансній камері мікрохвильової печі являються непрямими. Для візуального спостереження розподілення електромагнітних полів по визваному їми тепловому ефекту відомо декілька методів. В їх числі методи, що базуються на використанні матеріалів-термоіндикаторів фотоматеріалів, термореактивних паперів, термоіндикаторних фарб, рідких кристалів, люмінофорів і т. п. Ці методи дозволяють реєструвати картину тешюрозподілення поля лише безпосердньо на поверхні того чи іншого НВЧ-поглинача, з яким контактує термоіндикатор. Таким чином, функції поглинача НВЧ-енергії і індикації теплового рельєфу виявляються розділеними, а сам поверхневий тепловий рельєф, по якому судять о розподіленні електромагнітного поля, не характеризує ні теплорозподілення в об'ємі тіла-імїтатора продукту, що нагрівається, ні розподілення електромагнітного поля в камері [І. "Устройства для оценки распределения электромагнитного поля в СВЧ печах". Электронная техника. Серия 1 (Электроника СВЧ), 1982, вып. 3, стор.44-47 ]. В основі принципу вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі лежить мікрохвильовий нагрів протягом заданного інтервалу часу зразків, як правило п'яти склянок з питною водою, що розташовані на дні або на столику (піддоні) резонансної камери мікрохвильової печі з подальшим вимірюванням температури нагрітого тіла зразків (пробного тіла). [2. ТУ 107-89. Печь СВЧ бытовая "Днепрянка" БУ 2.983.011 ТУ]. Недолік непрямого способу вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі полягає у великій похибці визначення величини коефіцієнта нерівномірності розподілу, які викликані наступними обставинами: - різницею об'ємів води в кожній склянці; - зміною температури води в кожній склянці, що вшиваються витратами тепла на протязі часу від моменту вимикання печі до моменту вимірювання температури термометром після його послідовного занурення в кожну з п'яти склянок. І Типовий мікрохвильовий пристрій, що реалізує спосіб вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі і застосовується для нагріву зразків, складається з шести основних компонентів - це мікрохвильовий генератор (як правило, магнетрон), хвилевід, НВЧ-резонаторна резонансна камера, дисектор або змішувач електромагнітного поля та при необхідності циркулятор. Мікрохвильове випромінювання, що генерується магнетроном, передається за допомогою хвилевода безпосередньо в НВЧ-резонаторну резонансну камеру, де змішувач розподіляє випромінювання по різним напрямкам об'єму резонатора. j Дисектор поля випромінювання має вигляд вентилятора з лопатями і повинен забезпечувати розподіл випромінювання таким чином, щоб нагрів зразка (пробного тіла) якнайменше залежив від його розташування в камері. Основний недолік пристрою для вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі полягає в недосконалості дисектора - при чотирьох положеннях диеектора КСХН у хвилеводі та нерівномірність електромагнітного поля в камері досягає величини, яка набагато білше допустимої для нормальної роботи магнетрона, що примусовує розробника застосовувати додаткові пристрої захисту магнетрона від перевантаження - циркулятори, термореле та ін. | Таким чином, основний недолік способу вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в резонансній камері мікрохвилевої печі є похибки, що виникають в результаті різниці об'ємів води в кожній склянці (контейнері), різниці маси кожного з контейнерів та зміною температури води в кожній склянці, що вшиваються витратами тепла на протязі часу від моменту вимикання печі до моменту вимірювання температури термометром після його послідовного занурення в кожний зразок. Із відомих способів вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі найбільш близький по технічній суті та одержуваному ефекту є запропоновий в монографії [Пробоподготовка в микроволновых печах: Теория и практика. Пер. с англ. / Под ред. Г.М.Кингстона, Л.Б.Джесси. - М.:Мир, 1991. - 336с] спосіб вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі та пристрій, що його реалізує, прийнятий за прототип. Спосіб вимірювання полягає в тому, що стандартний зразок матеріалу, як правило це питна вода, розміщують в лабораторному радіопрозорому посуді (контейнері), розташованому на дні камери - на столику (піддоні), що обертається, на заданній відстані від центру піддону. Проводять нагрів зразка мікрохвильовим електромагінтним полем протягом заданого проміжку часу і вимірюють температуру зразка. Операція вимірювання повторюється після кожного повороту піддона на заданий кут і відповідного зміщення на піддоні охолодженого або нового зразка в другу точку НВЧ-резонаторної резонансної камери. Після вимірювань визначається середньостатистичне відхилення температури зразка, максимальне значення якого приймається як результат вимірювання розподілу нерівномірності мікрохви льового поля в НВЧ-резонаторній резонансній камері. 1 Недолік способа-прототипу полягає в значній похибці непрямого визначення величини розподілу нерівномірності поля, яка визивається наступними факторами: - різницею маси води в кожному з застосованих контейнерів; - різницею маси кожного з контейнерів, якщо він використовується не один і той же; - різницею охолодження контейнеру від моменту вимикання мікрохвилевого нагріву до моменту вимірювання температури. 1 Мікрохвильовий пристрій-прототип для вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі, що реалізує даний спосіб вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі і застосовується для нагріву пробних тіл, складається з таких основних компонентів - мікрохвильовий генератор (магнетрон), вихід якого через хвилевід з'єднується з НВЧ-резонаторною резонансною каме рою, на дні якої встановлений піддон (столик), що має можливість оберта тися. Мікрохвильове випромінювання, що генерується магнетроном, передається по хвилеводу безпосередньо в резонаторну камеру, де багатора зово відбивається від стінок, падає на поглинаючий його зразок, що розташований в резонаторній камері і при кожній взаємодії з зразком губить енергію випромінювання до тих пір, поки вона вся не буде поглинена зразком (якщо він має таку властивість) або відбивається і прямує назад до магнетрона. Піддон, що має можливість обертатися з малою швидкістю, виконує роль динамічного змішувача поля випромінювання і повинен забезпечувати рівномірну та ефективну взаємодію електромагнітного поля з зразком. І Недолік пристрою-прототипу для вимірювання нерівномірності розпо ділу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі полягає в тому, що він не дозволяє безпосередньо вимірювати нерівномірність розподілу електромаг нітного поля в камері. В основу винаходу покладено задачу розробити такий спосіб та пристрій для вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі, при яких замість складного, з похибками вимірювання температури проводили б вимірювання прохідної потужності мікрохвильового генератора, яка дорівнює потужності, що поглинається пробним тілом і безпосередньо визначає розподіл електромагнітного поля в мікрохвильовій печі, що дозволить зменшити похибку вимірювання та спростити спосіб вимірювання та пристрій, що його реалізує. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохвильовій печі, що включає визначення впливу електромагнітного поля на однакові пробні тіла, які розташовані в різних точках об'єму камери, та розрахунку відхилення такого впливу на кожне положення пробного тіла відносно максима І льного значення, новим є те, що нерівномірность розподілу електромагнітного поля визначають шляхом вимірювання величини прохідної потужності мікрохвильового генератора при кожному просторовому положенні одного і того ж пробного тіла в камері та розраховують її відхилення відносно максимального значення для всіх положень вказаного пробного тіла. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для здійснення вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в мікрохви льовій печі, що містить мікрохвильовий НВЧ, вихід якого з'єднують через хвилевід зі входом НВЧ-резонаторної камери мікрохвильової печі, розташо ваний в камері піддон для зміщення пробних тіл, новим є те, що він споряд жений гальваномагнітним перетворювачем - ГМП (на основі гальваномаг нітних явищ в тонких феромагнітних плівках) - вимірювачем прохідної потужності, який включають між мікрохвильовим генератором та НВЧрезонаторною камерою мікрохвильової печі. * Такий спосіб визначення нерівномірності розподілу поля в камері не потребує вимірювання температури, яка з урахуванням похибок пропорційна розподілу електричного поля в районі розташування пробного тіла (згідно закону Джоуля-Ленца, питома активна потужність дорівнює w = 0,556- 10 1 5 £ -tgS-f-E 2 , Вт/см 3 , де/- ча стота, Гц, Е - напружніст ь електричного поля, В/м, в місці розташування пробного тіла, 5 - кут 1 діелектричних втрат, £ - відносна діелектрична проникність пробного тіла), яке встановлюють в різних місцях об'єму НВЧ-резонаторної камери, шляхом введення ГМП вимірюють безпосередньо розподіл електромагнітного поля в місці знаходження пробного тіла і, відповідно, усувають всі недоліки та похибки відомого способу вимірювання. Вимірювання проводять на одному пробному тілі, за короткий проміжок часу, який залежить від швидкості оберту піддону - нагрів не встигає значно змінити електричні параметри пробного тіла як при малих, так і великих потужностях. Технічний результат, який виражається в зменшенні похибок вимірю вання, скороченні часу на вимірювання та підвищенні продуктивності праці зумовлений тим, що вимірювання здійснюються безпосередньо по електричному полю, без вимірювання температури. 1 Істотність винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена кон струкція пристрою, що реалізує запропонований спосіб вимірювання нерів номірності електромагнітного поля в резонаторній камері мікрохвильової печі. . Пристрій містить мікрохвильовий генератор 1, споряджений ГМП вимірювачем прохідної потужності 2, який включають через хвилевід 3 між мікрохвилевим генератором 1 і НВЧ-резонаторною камерою мікрохвильової печі 4 та розташований в камері піддон 5 для зміщення пробного тіла 6. В НВЧ-резонаторну камеру мікрохвильової печі 4 на центр піддону 5, що обертається, встановлюють пробне тіло 6* Мікрохвильовий генератор 1 випромінює потужність електромагнітного поля Рген, яка через хвилевід З, споряджений ГМП 2, з'єднана з НВЧ-резонаторною камерою мікрохвильової печі 4. Потужність, що поглинається пробним тілом 5, визначається як Рпогл = Рген (1 - \Г ЯІД |), де \Г мід І - модуль коефіцієнта відбиття від пробного тіла, дорівнює прохідній потужності мікрохвильового генератора 1 і залежить від місця його розміщення в об'ємі НВЧ-резонаторної камери микрохвильової печі, а показники ГМП відповідають прохідній потужності, тобто абсолютному розподілу напружностІ електричного поля в НВЧрезонаторній камері. При зміщенні пробного тіла 6 від центру піддона 5 на задану відстань, за один його оберт (протягом 1 0 - 6 0 секунд) одержують інформацію про нерівномірність розподілу прохідної потужності електромагнітного поля в НВЧ-резонаторній камері мікрохвильової печі 4 на шляху одного оберта піддона 5. Далі пробне тіло 6 знову зміщують на задану відстань І операцію вимірювання повторюють до тих пір, поки не буде одержана повна картина розподілу нерівномірності електромагнітного поля в НВЧ-резонаторній камері мікрохвильової печі 4. Після закінчення процесу вимірювання вираховують відхилення нерівномірності поля відносно максимального значення для всіх положень вказаного пробного тіла. Запропонований | спосіб вимірювання розподілу нерівномірності електромагнітного поля в резонансній камері мікрохвильової печі дозволяє в 4 рази підвищити продуктивність праці та зменшити обсяг праці при вимірюванні нерівномірності розподілу, а також зменшити похибки вимірювання з 10% до 3% порівняно з способом вимірювання за прототипом. Заявник: Національний ТЄХЙ* університет У Заст.проректора Воронов СО. Спосіб та пристрій для вимірювання нерівномірності розподілу електромагнітного поля в j мікрохвильовій печі 4 5 Автори: Водотовка В.І Гура К.М. Мхеян М.Ф. Репа Ф.М.