專利名稱：微波快速水分測定儀爐腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于分析儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于快速除去樣品水分的微波加熱裝置O
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)研究的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，被檢測物質(zhì)樣品中所含水分(或稱為水分揮發(fā)物)的定量分析已被列為各類物質(zhì)理化分析的基本項(xiàng)目之一，成為各類被檢測物質(zhì)的一項(xiàng)重要的質(zhì)量監(jiān)控指標(biāo)?，F(xiàn)在，在實(shí)際應(yīng)用中，樣品的水分揮發(fā)物的測定主要應(yīng)用于兩方面一種是可出售的某些類商品成品，由于其需要符合的國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)中包含有對水分揮發(fā)物含量規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，所以需要將商品成品抽檢或送檢，測定商品成品中的水分含量。另一種是某些領(lǐng)域的制造型企業(yè)，在生產(chǎn)過程中要對產(chǎn)品的水分含量指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行更好的控制，故也需要能夠一種隨時(shí)快速的水分在線檢測方法，也就是通過“在線檢測”的方式，來測定水分揮發(fā)物。針對上述的前一種情況，因?yàn)槭且試覙?biāo)準(zhǔn)為前提的，那么水分揮發(fā)物的測定方法也是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)所提供的方法，一般為“烘箱法”和/或“卡爾費(fèi)休法”。這兩種方法測定的精確度都較高，但普遍測定的時(shí)間周期長(烘箱法平均基本在4小時(shí)左右，卡爾費(fèi)休法要視樣品含水量而定，含水量的增加會使樣品測定時(shí)間越來越長)，對操作人員的操作要求高(需要對樣品進(jìn)行預(yù)處理，操作過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都需很仔細(xì)，不能有失誤)?，F(xiàn)在，微波快速水分測定儀主要用于上述的后一種情況，也就是“在線”水分揮發(fā)物的檢測，由于微波加熱原理自身的特點(diǎn)，它能夠很好的解決“烘箱法”和“卡爾費(fèi)休法”存在的測定時(shí)間長、對操作人員要求高等弊端。同時(shí)，因?yàn)椴捎梦⒉訜岱ㄟM(jìn)行水分揮發(fā)物的測定時(shí)，它的樣品分析時(shí)間一般是在幾分鐘之內(nèi)，而且無須預(yù)處理樣品，更符合產(chǎn)線上對在線檢測快速，簡單的要求。而且，微波對樣品的穿透性又能很好的保證樣品中水分揮發(fā)物的徹底揮發(fā)，從而確保樣品測定的精確度。故而，微波水分測定儀是基于企業(yè)的“在線”檢測而設(shè)計(jì)的，更能滿足“在線”檢測的“快速、簡單、準(zhǔn)確”的要求，同時(shí)避免了其他水分揮發(fā)物測定方法的各種不足，可廣泛用于食品，化工，藥品，農(nóng)產(chǎn)品等領(lǐng)域的在線生產(chǎn)。目前，國內(nèi)已有廠商生產(chǎn)微波水分測定儀，但其用于容納測定樣品和進(jìn)行微波加熱的爐腔，均是采用現(xiàn)有家用微波爐的長方體結(jié)構(gòu)形式的爐腔進(jìn)行改裝的，沒有針對性地根據(jù)微波加熱裝置工作的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)專用的微波爐腔，因此存在爐腔內(nèi)微波場強(qiáng)分布不均勻、加熱效率低、功率損耗大、耗時(shí)長等缺點(diǎn)。而現(xiàn)有國外微波快速水分測定儀的爐腔，其橫截面主要是正八邊形和圓形(以下簡稱為八邊形爐腔和圓形爐腔)。在大量的樣品實(shí)際測試過程中及經(jīng)過專業(yè)軟件模擬分析發(fā)現(xiàn)八邊形爐腔雖然其
3內(nèi)部的微波場強(qiáng)分布較均勻，但微波聚能效果不明顯，所以樣品處理時(shí)間長，對樣品的干燥效率較低。而圓形爐腔雖然爐腔中心微波聚能效果較明顯，通常是聚集在一個(gè)點(diǎn)(圓心)上， 但爐腔內(nèi)微波場強(qiáng)分布不均勻，樣品處理過程中經(jīng)常有樣品/試樣局部被燒焦的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了測量結(jié)果的精確度和測試數(shù)據(jù)的可重復(fù)性；同時(shí)，由于其聚能加熱區(qū)域過于集中在一個(gè)點(diǎn)上，對于片狀樣品不能夠整體均勻加熱，對于水分含量過高(例如，90%以上)或過低(例如，8%以下)的樣品，測量結(jié)果偏差較大，檢測效果不佳，不適合用于對大面積或片狀樣品的水分檢測分析工作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種微波快速水分測定儀爐腔，其通過曲-直側(cè)壁面的組合式結(jié)構(gòu)，將微波均勻聚能分布于爐腔的某一局部區(qū)域空間內(nèi)，在被加熱樣品附近形成一個(gè)均勻的、場強(qiáng)密度高的微波加熱空間，有助于減少對含水量過高/過低的樣品的測量結(jié)果偏差，特別適合于處理片狀樣品或大面積樣品，可較大程度地提高整個(gè)水分揮發(fā)物測定工作的工作效率。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種微波快速水分測定儀爐腔，包括構(gòu)成爐腔的上頂面、下底面和爐腔的側(cè)壁面，其特征是所述爐腔的側(cè)壁面由一段平/直面?zhèn)缺诿婧鸵欢吻鎮(zhèn)缺诿嫦嘟?組合而構(gòu)成。具體的，所述的平/直面為平面，所述的曲面為圓弧面。本實(shí)用新型還提供了一種微波快速水分測定儀爐腔，包括爐腔本體，其特征是所述爐腔本體的橫截面為由一直線段和一曲線段所圍成的封閉圖形。其所述的曲線段為圓弧線線段、雙曲線線段或拋物線線段中的一部分。本實(shí)用新型又提供了一種微波快速水分測定儀爐腔，包括構(gòu)成爐腔本體的各個(gè)壁面，其特征是所述的壁面至少為4個(gè)壁面；所述構(gòu)成爐腔本體的壁面中，至少一個(gè)側(cè)面為曲面。進(jìn)一步的，所述構(gòu)成爐腔本體的壁面為4個(gè)壁面；所述構(gòu)成爐腔本體的壁面中，其中一個(gè)側(cè)面為曲面。上述的曲面為圓弧曲面、鼓形曲面或球形曲面。更進(jìn)一步的，在上述的平/直面?zhèn)缺诿嫔?、直線段側(cè)面上或曲面以外的側(cè)面上，設(shè)置有用于微波饋入的耦合口，微波發(fā)生源通過耦合口將微波饋入爐腔內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.采用曲面和直面爐壁相結(jié)合的爐腔結(jié)構(gòu)形式，其曲面爐壁有助于微波場強(qiáng)的聚能，其直/平面爐壁可有助于爐腔內(nèi)微波場強(qiáng)的分布均勻，曲-直面爐壁的結(jié)合，有利于在樣品所在的放置空間區(qū)域內(nèi)，形成一個(gè)均勻的、場強(qiáng)密度高的微波加熱空間區(qū)域，提高了微波的加熱效率，特別適合于處理片狀樣品或大面積樣品，且有助于縮小對含水量過高或過低的樣品的測量結(jié)果偏差；2.采用曲面和直面相結(jié)合的爐腔結(jié)構(gòu)形式，微波耦合口設(shè)置在直面爐壁上，便于微波耦合口的加工和制造，簡化了產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和加工要求，有助于降低產(chǎn)品的制造和購置成本，有利于微波快速水分測定裝置的推廣和使用；[0025]3.有助于樣品的整體均勻受熱，更有利于被測樣品水分揮發(fā)物的快速揮發(fā)，可更加精確、高效地測定樣品的水分揮發(fā)物含量。

圖1為本技術(shù)方案微波爐腔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為上述微波爐腔的橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本技術(shù)方案另一種微波爐腔縱向剖面結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4為用專業(yè)電磁仿真軟件模擬的八角形爐腔的場強(qiáng)分布圖；圖5為用專業(yè)電磁仿真軟件模擬的圓形爐腔的場強(qiáng)分布圖；圖6為用專業(yè)電磁仿真軟件模擬的圓弧形爐腔的場強(qiáng)分布圖；圖7是樣品在八角形爐腔內(nèi)所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖片；圖8是樣品在圓形爐腔內(nèi)所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖片；圖9是樣品在圓弧形爐腔內(nèi)所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖片。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。圖1中，本技術(shù)方案的圓弧形爐腔，包括構(gòu)成爐腔的上頂面1、下底面2和爐腔的側(cè)壁面，其主要發(fā)明點(diǎn)在于，所述爐腔的側(cè)壁面是由一段直平面3-1和一段曲面3-2相接組合而構(gòu)成。進(jìn)一步的，上述的曲面3-2為曲弧面。具體的，上述的曲面3-2為圓弧面。在上述的直/平面?zhèn)缺诿嫔?，設(shè)置有用于微波饋入的耦合口 4，微波發(fā)生源通過耦合口將微波饋入爐腔內(nèi)。圖2中，本實(shí)用新型技術(shù)方案的圓弧形爐腔，包括爐腔本體，其主要發(fā)明點(diǎn)在于， 所述爐腔本體的橫向(徑向)剖面為由一直線段3-1和一曲線段3-2所圍成的封閉圖形結(jié)構(gòu)。其所述的曲線段為圓弧線段。由本圖可以明確地看出曲面-直面爐側(cè)壁面相結(jié)合的爐腔結(jié)構(gòu)。其曲線段為圓弧線段或圓弧線段中的一部分。其余同圖1。圖3中，從另一個(gè)角度來說，本申請技術(shù)方案中的圓弧形爐腔，其發(fā)明點(diǎn)在于構(gòu)成圓弧形爐腔空間的壁面至少為4個(gè)壁面(或稱為側(cè)壁面，下同)；其中至少一個(gè)側(cè)面為曲作為一種實(shí)施例，如圖1所示，構(gòu)成本圓弧形爐腔本體空間的壁面為4個(gè)壁面1、2、 3-1和3-2，其中一個(gè)側(cè)面3-2為橫向(即爐腔的徑向方向上)的曲面，其所述的曲面3-2 為圓弧面。更進(jìn)一步的，作為另一種實(shí)施例，前述的曲面3-2在徑向曲面的基礎(chǔ)上，在爐腔的縱向(軸向)方向上也可以為圓弧面、圓弧曲面、鼓形曲面或球形曲面等曲面。本圖以軸向圓弧曲面為例給出了結(jié)構(gòu)示意，由圖可知，其側(cè)壁面3-2為一個(gè)以R為
5半徑的圓弧曲面。構(gòu)成圓弧曲面的曲線段可以為圓弧線線段、雙曲線線段或拋物線線段中的一部分。從廣義上來講，凡具有聚焦/向心聚能功能的曲線或曲線段，均可充當(dāng)構(gòu)成本爐腔曲面的形狀輪廓線。采用這樣的技術(shù)特點(diǎn)，是為了在圖2所示圓弧側(cè)曲面在徑向上的微波向心聚能 (可以稱之為橫向聚能)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)曲面在軸向上的微波聚能作用(可以稱之為縱向聚能)。其余同圖1或圖2。圖 4 是用 Ansoft 公司的 HFSS (High Frequency Structure Simulator，三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件)軟件模擬的八角形爐腔內(nèi)的微波場強(qiáng)分布圖，其中深色為場強(qiáng)密度高處，淡色為場強(qiáng)密度低處。因?yàn)樵撥浖闃I(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)通用軟件，故其圖形生成方式、初始條件的設(shè)定以及結(jié)果圖的表示方法在此不再敘述，具體可以參考《HFSS電磁仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用詳解》(李明洋編著，人民郵電出版社出版，2010-05) —書中的相關(guān)內(nèi)容。由圖可知，由于八角形爐腔內(nèi)的各個(gè)側(cè)面都是平面，對微波都具有反射作用，所以在其爐腔中心即樣品放置區(qū)域內(nèi)沒有很明顯的場強(qiáng)密度過于集中處，場強(qiáng)較均勻。但是，由于該爐腔內(nèi)每個(gè)側(cè)壁面對微波都有反射/漫射作用，使得微波在爐腔中心區(qū)域沒有聚能效果，從而使樣品加熱時(shí)間較長，加熱效率較低。從圖中可以看出八角形爐腔內(nèi)微波分布較均勻但微波聚能效果不明顯。圖5同樣是用HFSS軟件模擬的圓形爐腔的微波場強(qiáng)分布圖，其中深色為場強(qiáng)密度高處，淡色為場強(qiáng)密度低處。由于該結(jié)構(gòu)爐腔的側(cè)壁面是全圓弧面，對微波有橫向的向心聚能作用，所以在爐腔中心區(qū)域內(nèi)場強(qiáng)密度過于集中處，并且密度集中區(qū)域的橫截面小于樣品分布面積，就造成了樣品中心區(qū)域有熱點(diǎn)，在加熱過程中樣品中心有糊點(diǎn)存在，導(dǎo)致了測量結(jié)果的偏差和不準(zhǔn)確。從圖中可以看出圓形爐腔中心微波聚能較明顯但微波分布不均勻，有熱點(diǎn)。圖6也是用HFSS軟件模擬的圓弧形爐腔內(nèi)的微波場強(qiáng)分布圖，其中深色為場強(qiáng)密度高處，淡色為場強(qiáng)密度低處。由于本技術(shù)方案中爐腔的側(cè)壁面是由圓弧面和平面組成，圓弧面對微波有聚能作用，使得微波聚能在爐腔中心樣品放置的空間區(qū)域內(nèi)，而平面對微波又有反射/漫射作用， 使得在爐腔中心即樣品放置空間區(qū)域內(nèi)的微波分布相對比較均勻，樣品在加熱過程中加熱速度快，沒有糊點(diǎn)。從圖中可以看出圓弧形爐腔內(nèi)微波聚能效果較明顯，同時(shí)微波分布也較均勻。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用水分含量為22. 00%的蜂蜜水涂于Φ95mm的玻璃纖維濾紙墊上，分別在上述三
種結(jié)構(gòu)的爐腔內(nèi)做水分揮發(fā)物含量實(shí)驗(yàn)，測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及樣品外觀情況如下
權(quán)利要求1.一種微波快速水分測定儀爐腔，包括構(gòu)成爐腔的上頂面、下底面和爐腔的側(cè)壁面，其特征是所述爐腔的側(cè)壁面由一段平/直面?zhèn)缺诿婧鸵欢吻鎮(zhèn)缺诿嫦嘟?組合而構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的微波快速水分測定儀爐腔，其特征是所述的平/直面為平面， 所述的曲面為圓弧面。
3.一種微波快速水分測定儀爐腔，包括爐腔本體，其特征是所述爐腔本體的橫截面為由一直線段和一曲線段所圍成的封閉圖形。
4.按照權(quán)利要求3所述的微波快速水分測定儀爐腔，其特征是所述的曲線段為圓弧線線段、雙曲線線段或拋物線線段中的一部分。
5.一種微波快速水分測定儀爐腔，包括構(gòu)成爐腔本體的各個(gè)壁面，其特征是所述的壁面至少為4個(gè)壁面。
6.按照權(quán)利要求5所述的微波快速水分測定儀爐腔，其特征是所述構(gòu)成爐腔本體的壁面為4個(gè)壁面。
7.按照權(quán)利要求5所述的微波快速水分測定儀爐腔，其特征是所述構(gòu)成爐腔本體的壁面中，至少一個(gè)側(cè)面為曲面。
8.按照權(quán)利要求6所述的微波快速水分測定儀爐腔，其特征是所述構(gòu)成爐腔本體的壁面中，其中一個(gè)側(cè)面為曲面。
9.按照權(quán)利要求6或7所述的微波快速水分測定儀爐腔，其特征所述曲面為圓弧曲面、 鼓形曲面或球形曲面。
10.按照權(quán)利要求1、3或7所述的微波快速水分測定儀爐腔，其特征是在所述的平/直面?zhèn)缺诿嫔?、直線段側(cè)面上或曲面以外的側(cè)面上，設(shè)置有用于微波饋入的耦合口，微波發(fā)生源通過耦合口將微波饋入爐腔內(nèi)。
專利摘要一種微波快速水分測定儀爐腔，屬分析儀器領(lǐng)域。其包括構(gòu)成爐腔的上頂面、下底面和爐腔的側(cè)壁面，其所述爐腔的側(cè)壁面由一段平/直面?zhèn)缺诿婧鸵欢吻鎮(zhèn)缺诿嫦嘟?組合而構(gòu)成；其所述的平/直面為平面，所述的曲面為圓弧面。其采用曲一直面爐壁的結(jié)合，有利于在樣品所在的放置空間區(qū)域內(nèi)，形成一個(gè)均勻的、場強(qiáng)密度高的微波加熱空間區(qū)域，提高了微波的加熱效率，特別適合于處理片狀樣品或大面積樣品，且有助于縮小對含水量過高或過低的樣品的測量結(jié)果偏差，更有利于被測樣品水分揮發(fā)物的快速揮發(fā)，可更加精確、高效地測定樣品的水分揮發(fā)物含量?？蓮V泛用于樣品水分含量的測定/分析領(lǐng)域。
文檔編號G01N22/04GK202101950SQ20112009105
公開日2012年1月4日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者劉智, 程文婷, 邊麗 申請人:上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司