Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА ИЗДЕЛИЙ В СВЧ ПЕЧИ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы 4

по курсу «Электротермические установки и системы»

для студентов специальности 180500

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2006

Цель работы: экспериментально изучить технологию обработки материалов в СВЧ печи, измерить потребляемую мощность СВЧ печи в момент работы.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

С помощью традиционных методов тепловой обработки все труднее достичь существенного ускорения процессов производства, поскольку возможности этих методов зачастую уже исчерпаны. В то же время применение СВЧ нагрева и перспективы его развития в условиях интенсификации производства стимулируются рядом причин:

- интенсификация процесса термообработки за счет объемного нагрева изделия из-за проникновения электромагнитной волны в его глубину;

- высоким качеством нагрева как за счет большой равномерности тепловыделения, так и вследствие быстроты процесса, отсутствия загрязнения изделия в процессе тепловой обработки;

- высокой точностью управления технологическим процессом благодаря возможности точного дозирования СВЧ энергии;

- уменьшением вредного воздействия на окружающую среду и улучшением условий труда обслуживающего персонала.

При этом надо иметь в виду, что электроэнергия при нынешнем топливно-энергетическом балансе является наиболее перспективным энергоносителем для промышленного нагрева.

Высокочастотным, диэлектрическим или сверхвысокочастотным называется нагрев объекта энергией электромагнитного поля сверхвысоких частот. Электромагнитная волна, проникая в объект, действует с заряженными частицами. Совокупность таких микроскопических процессов приводит к поглощению энергии поля в объекте.

В некоторых молекулах расположение зарядов столь симметрично, что в отсутствии внешнего электрического поля их электрический дипольный момент равен нулю. Полярные молекулы обладают некоторым электрическим дипольным моментом и в отсутствии внешнего поля. При наложении внешнего электрического поля неполярные молекулы поляризуются, и молекула приобретает некоторый электрический момент.

Под действием внешнего поля у полярных молекул не только меняется величина электрического момента, но и происходит поворот оси молекулы по направлению поля.

Обычно различают электронную, ионную, дипольную и структурную поляризации диэлектрика. На СВЧ наибольший удельный вес имеют дипольная и структурная поляризации, так что выделение тепла возможно даже в отсутствии тока проводимости.

СВЧ устройства для технологических целей работают на частотах, установленных международными соотношениями [1]. Для термообработки в диапазоне СВЧ наиболее часто используются электромагнитные колебания на частотах 433, 915, 2375 (2450) МГц [2].

Поскольку технологический процесс происходит в рабочей камере, этот элемент СВЧ устройств представляет наибольший интерес. Различные виды рабочих камер представлены на рис. 1.

Рис. 1. Рабочие камеры СВЧ электротермических установок:

а) лучевая камера с неограниченным объемом;

б, в) лучевые камеры с ограниченным объемом;

г) камера со стоячей волной на резонаторе;

д, е) камеры с бегущей волной

Методика эксперимента

Для экспериментального изучения технологии обработки сыпучих материалов в СВЧ печи, измерения потребляемой мощности печи используется следующее оборудование:

- СВЧ печь «Электроника С», магнетрон которой работает на частоте 2450 МГц при мощности 700 Вт, сама СВЧ печь питается от сети промышленной частоты 50 Гц с напряжением 220 В.

-устройство для измерения потребляемой мощности лабораторной печи;

-весы для взвешивания сыпучего материала;

-ртутный термометр;

-часы.

Для измерения потребляемой мощности необходимо осуществить подключение электропечи сопротивления инфракрасного нагрева и устройства измерения потребляемой мощности так, как показано на рис. 2, в следующей последовательности:

- подключить электропечи сопротивления инфракрасного нагрева к устройству измерения потребляемой мощности, для чего вилку шнура питания печи вставить в розетку на корпусе устройства;

- подключить вилку шнура питания устройства, измеряющего потребляемую мощность, к сети питания (220 В, 550 Гц);

- включить кнопку «СЕТЬ»; установить любое значение времени обработки в указанном интервале ручкой установки времени СВЧ обработки (0..25 мин); нажать кнопку «СВЧ».

После снятия показаний потребляемой мощности произвести отключение в обратной последовательности.

Рассмотрим принцип лабораторной работы по обработке сыпучего материала в СВЧ печи. Для начала выбирается материал обработки (древесные опилки, силикагель и т.п.). Выбранный сыпучий материал предварительно увлажняется, после чего производится его взвешивание на весах и замер начальной температуры.

Далее выбранный материал помещается в радиопрозрачную кювету и устанавливается в печи на предметном столе для сушки. Вместе с материалом обработки помещают и емкость с балластной нагрузкой (250 мл водопроводной воды).

Рис. 2. Измерение мощности СВЧ печи:

а) структурная схема; б) общий вид

СВЧ печь внешне представляет собой прямоугольный металлический короб, на лицевой части которого имеется прозрачная дверца, обеспечивающая загрузку и выгрузку материала, а также позволяет наблюдать за ходом процесса обработки. В правой части лицевой панели расположены кнопка «СЕТЬ», ручка установки времени СВЧ обработки (0..25 мин), кнопка «СВЧ». Внутри печного пространства, внизу, размещается радиопрозрачная подставка круглой формы, которая в процессе работы печи приводится во вращение приводом. Такая особенность конструкции СВЧ печи позволяет более равномерно обрабатывать материал в СВЧ электромагнитном поле.

После того как материал и балластная нагрузка помещены в СВЧ печь на круглой подставке, подключают шнур питания СВЧ печи к сети, включают кнопку «СЕТЬ». Ручкой установки времени обработки устанавливают N минут, включают кнопку «СВЧ», после чего включается привод, который приводит во вращение подставку с материалом и балластной нагрузкой, материал начинает подвергаться СВЧ обработке. При истечении отведенных N минут СВЧ обработки, ручка установки времени обработки встанет на 0, прозвучит звуковой сигнал, и подача СВЧ энергии прекратится, вместе с ней произойдет автоматическая остановка привода. После чего открывается дверца печи, производится замер температуры материала и взвешивание. Во время проведения данной лабораторной работы необходимо следить за балластной нагрузкой, периодически ее менять.