專(zhuān)利名稱(chēng)：多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法，屬于微波化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的蒸汽、油和電加熱方式相比，微波加熱具有效率高、加熱快和均勻等優(yōu)勢(shì)，并能有效促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，大大提高收率，因此在化工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前微波已在化工生產(chǎn)領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用，如藥物合成、中藥材成份提取和橡膠脫硫等。
在微波加熱化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，為了使反應(yīng)安全、平穩(wěn)地進(jìn)行，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)微波輸出功率，多年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外微波化學(xué)反應(yīng)器應(yīng)用中難于解決的問(wèn)題。
該問(wèn)題的難度在于微波化學(xué)反應(yīng)體系是一個(gè)復(fù)雜的非平衡系統(tǒng)。反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度，以及反應(yīng)體系溫度都隨化學(xué)反應(yīng)時(shí)間而變化，化學(xué)反應(yīng)體系的溫度和成分變化都將引起體系等效復(fù)介電系數(shù)的改變，這些改變反過(guò)來(lái)將影響反應(yīng)體系對(duì)微波功率的吸收和反射。在大功率微波作用下，反應(yīng)體系通常產(chǎn)生強(qiáng)烈的非線性響應(yīng)。等效復(fù)介電系數(shù)實(shí)部的劇變將導(dǎo)致反應(yīng)體系對(duì)微波入射功率的反射急劇變化，可能導(dǎo)致過(guò)多微波功率被反射而損壞微波化學(xué)反應(yīng)器的功率源(磁控管)。等效復(fù)介電系數(shù)虛部的劇烈變化將導(dǎo)致反應(yīng)體系對(duì)微波功率的吸收迅速改變，當(dāng)?shù)刃?fù)介電系數(shù)的虛部迅速升高時(shí)，反應(yīng)體系對(duì)微波功率的吸收迅速增加，極可能導(dǎo)致反應(yīng)體系溫升過(guò)快而燒毀反應(yīng)物，這種現(xiàn)象常被稱(chēng)為“熱失控”?，F(xiàn)有微波化學(xué)反應(yīng)器中，在進(jìn)行微波加熱化學(xué)反應(yīng)時(shí)發(fā)生微波功率源損壞、反應(yīng)物燒毀甚至發(fā)生爆炸的現(xiàn)象并不罕見(jiàn)，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了微波加熱化學(xué)反應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性。
為避免反應(yīng)體系溫度劇變產(chǎn)生的危害，國(guó)內(nèi)外已有的微波化學(xué)反應(yīng)器主要依賴(lài)兩種方法一種是靠經(jīng)驗(yàn)或反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)估計(jì)溫度突變發(fā)生的時(shí)間和變化程度，再在加熱過(guò)程的適當(dāng)時(shí)期人為地減小微波源輸出功率來(lái)抑制溫度突變，這不能對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。第二種方法是在微波化學(xué)反應(yīng)器上安裝溫度反饋控制裝置，這種方法已為絕大多數(shù)現(xiàn)有反應(yīng)器所采用。即通過(guò)測(cè)溫裝置采樣反應(yīng)器內(nèi)部溫度，反饋控制微波源的輸出功率，以此盡可能穩(wěn)定反應(yīng)系統(tǒng)溫度，抑制溫度突變的發(fā)生。但對(duì)大容量反應(yīng)器很難做到溫度完全均勻，無(wú)論何種測(cè)溫方式都只能采樣反應(yīng)體系的局部溫度，測(cè)溫誤差將直接影響控制的精度和有效性。由于這種控制方式是被動(dòng)的，在化學(xué)反應(yīng)體系出現(xiàn)溫度劇烈變化后才改變微波源輸出功率往往已來(lái)不及有效地抑制溫度的突變，特別是對(duì)一些放熱化學(xué)反應(yīng)更是如此。
另外也有在微波化學(xué)反應(yīng)器中采用間斷工作方式調(diào)節(jié)微波功率的輸出。即改變磁控管工作和停止的時(shí)間比例，磁控管為間歇式工作狀態(tài)。例如1000W輸出功率的微波化學(xué)反應(yīng)器，為了在溫度劇變區(qū)避免化學(xué)反應(yīng)溫升過(guò)快，需要降低輸出功率，令磁控管工作10秒，停止工作30秒，再繼續(xù)工作10秒，停止工作30秒，此時(shí)間段內(nèi)平均微波輸出功率為250W。但是這種方式，微波輸出功率處于驟升驟降的狀態(tài)，不是平穩(wěn)的變化過(guò)程。在磁控管工作的10秒鐘內(nèi)，瞬時(shí)功率依然是1000W，也可能觸發(fā)“熱失控”，導(dǎo)致反應(yīng)物或者產(chǎn)物的燒毀。出于磁控管壽命的考慮，磁控管交替工作的時(shí)間間隔不能太短，所以限制了微波輸出功率的平穩(wěn)變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法，其特點(diǎn)是可編程單片機(jī)控制多個(gè)磁控管的工作狀態(tài)，改變微波化學(xué)反應(yīng)器輸出功率，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制微波功率的功能，避免化學(xué)反應(yīng)體系溫度突變和反應(yīng)體系對(duì)微波能量反射突變可能帶來(lái)的危害。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法將n個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器中裝設(shè)可編程主動(dòng)功率控制裝置，單片機(jī)通過(guò)n個(gè)繼電器與n個(gè)磁控管分別連接，將化學(xué)反應(yīng)的控制參數(shù)寫(xiě)入可編程單片機(jī)程序，單片機(jī)通過(guò)控制電路使n個(gè)繼電器工作在不同“開(kāi)”和“關(guān)”的組合中，控制n個(gè)磁控管處在不同的工作狀態(tài)，在化學(xué)反應(yīng)體系溫度急劇上升或?qū)ξ⒉芰糠瓷渫蛔儊?lái)臨前，主動(dòng)將工作磁控管的數(shù)量減少為m個(gè)，m＜n，降低微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率，抑制溫度急劇上升和使反射回微波源的能量保持在安全水平，在渡過(guò)危險(xiǎn)期后，逐漸增加工作磁控管數(shù)量，以增加微波化學(xué)反應(yīng)器的功率，主動(dòng)控制微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率平穩(wěn)變化。
可編程單片機(jī)程序?yàn)?1)定時(shí)器初始時(shí)，關(guān)閉外部中斷，單片機(jī)的P1.0、P1.2、P1.4和P1.6端口輸出高電平，固態(tài)繼電器全部閉合，磁控管全部工作；(2)判斷定時(shí)器5分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)5分鐘，單片機(jī)的P1.0、P1.2、P1.4和P1.6端口輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S2、S3和S4斷開(kāi)，只保留S1閉合，磁控管1工作；
(3)判斷定時(shí)器6分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)6分鐘，單片機(jī)P1.0和P1.2輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S3和S4斷開(kāi)，S1和S2閉合，磁控管1和磁控管2工作；(4)判斷定時(shí)器7分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)7分鐘，單片機(jī)P1.0、P1.2和P1.4輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S4斷開(kāi)，S1、S2和S3閉合，磁控管1、磁控管2和磁控管3工作；(5)判斷定時(shí)器8分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)8分鐘，單片機(jī)P1.0、P1.2、P1.4和P1.6輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S1、S2、S3和S4閉合，磁控管1、磁控管2、磁控管3和磁控管4工作。
微波化學(xué)反應(yīng)器的控制電路原理是以單片機(jī)為控制芯片，當(dāng)芯片內(nèi)部定時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，產(chǎn)生定時(shí)器中斷，P1.0置高電平，通過(guò)限流電阻R28，三極管Q1導(dǎo)通，并處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，固態(tài)繼電器S1輸入高電壓，固態(tài)繼電器S1開(kāi)啟，磁控管1的回路閉合，磁控管1開(kāi)始工作；6MHz晶振Y1與電容C4和C5構(gòu)成振蕩電路，供單片機(jī)產(chǎn)生6MHz的時(shí)鐘信號(hào)，電容C6、電阻R2和電阻R3構(gòu)成復(fù)位電路，當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)SW2閉合時(shí)，單片機(jī)的9腳為高電平，觸發(fā)單片機(jī)復(fù)位重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)在單片機(jī)中預(yù)制具體化學(xué)反應(yīng)的控制參數(shù)，通過(guò)改變工作磁控管的數(shù)量，主動(dòng)地調(diào)節(jié)微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率，使化學(xué)反應(yīng)安全、平穩(wěn)地進(jìn)行。


圖1為多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制系統(tǒng)裝置框圖1單片機(jī)，2繼電器，3磁控管。
圖2為四個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率曲線3為單片機(jī)程序流程4為四個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器的控制電路原理圖
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例如圖1所示，將n個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器中裝設(shè)可編程主動(dòng)功率控制裝置，單片機(jī)1通過(guò)n個(gè)繼電器2與n個(gè)磁控管3分別連接，將化學(xué)反應(yīng)的控制參數(shù)寫(xiě)入可編程單片機(jī)程序，單片機(jī)通過(guò)控制電路使n個(gè)繼電器工作在不同“開(kāi)”和“關(guān)”的組合中，控制n個(gè)磁控管處在不同的工作狀態(tài)，在化學(xué)反應(yīng)體系溫度急劇上升或?qū)ξ⒉芰糠瓷渫蛔儊?lái)臨前，主動(dòng)將工作磁控管的數(shù)量減少為m個(gè)，m＜n，降低微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率，抑制溫度急劇上升和使反射回微波源的能量保持在安全水平，在渡過(guò)危險(xiǎn)期后，逐漸增加工作磁控管數(shù)量，以增加微波化學(xué)反應(yīng)器的功率，主動(dòng)控制微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率平穩(wěn)變化。
如圖2所示，在具有四個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器中，某個(gè)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行到第6分鐘時(shí)會(huì)出現(xiàn)溫度和反射系數(shù)的迅速增加。因此，第5分鐘就提前主動(dòng)降低微波功率，關(guān)閉磁控管2、磁控管3和磁控管4，只保留磁控管1工作；第6分鐘，磁控管2也開(kāi)始工作，共有兩個(gè)磁控管工作；第7分鐘，磁控管3開(kāi)始工作，共有3個(gè)磁控管工作；第8分鐘到，磁控管4開(kāi)始工作，共有四個(gè)磁控管工作。通過(guò)這樣的主動(dòng)微波功率控制，可以平穩(wěn)渡過(guò)化學(xué)反應(yīng)的危險(xiǎn)期。
如圖3所示，四個(gè)磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器的可編程單片機(jī)的流程按照以下步驟實(shí)現(xiàn)。
1.定時(shí)器初始化，關(guān)閉外部中斷。單片機(jī)89C52的P1端口輸出高電平，固態(tài)繼電器S1至S4全部閉合，磁控管1至4全部工作。
2.判斷定時(shí)器5分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)5分鐘，單片機(jī)89C52的P1.0端口輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S2、S3和S4斷開(kāi)，只保留S1閉合，僅有磁控管1工作。
3.判斷定時(shí)器6分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)6分鐘，單片機(jī)89C52的P1.0和P1.2輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S3和S4斷開(kāi)，S1和S2閉合。磁控管1和磁控管2工作。
4.判斷定時(shí)器7分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)7分鐘，單片機(jī)89C52的P1.0、P1.2和P1.4輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S4斷開(kāi)，S1、S2和S3閉合。磁控管1、磁控管2和磁控管3工作。
5.判斷定時(shí)器8分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)8分鐘，單片機(jī)89C52的P1.0、P1.2、P1.4和P1.6輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S1、S2、S3和S4全部閉合。磁控管1、磁控管2、磁控管3和磁控管4工作。
如圖4所示，四個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器的控制電路原理是以單片機(jī)為控制芯片，單片機(jī)為89C52，根據(jù)芯片定時(shí)器的設(shè)置對(duì)固態(tài)繼電器開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。6MHz晶振Y1與電容C4和C5構(gòu)成振蕩電路，供單片機(jī)89C52產(chǎn)生6MHz的時(shí)鐘信號(hào)。電容C6、電阻R2和電阻R3構(gòu)成復(fù)位電路。當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)SW2閉合時(shí)，89C52的9腳為高電平，觸發(fā)單片機(jī)89C52復(fù)位重新啟動(dòng)系統(tǒng)。下面以單片機(jī)P1.0端口為例說(shuō)明控制信號(hào)的流向當(dāng)芯片內(nèi)部定時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，產(chǎn)生定時(shí)器中斷，P1.0置高電平，通過(guò)限流電阻R28，三極管Q1導(dǎo)通，并處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，Q1的飽和壓降很低。固態(tài)繼電器S1的輸入電壓為高電壓，固態(tài)繼電器S1開(kāi)啟，磁控管1的回路閉合，磁控管1開(kāi)始工作。三極管Q1采用9013 NPN型三極管，耐壓30V。固態(tài)繼電器SSR采用OMRON G3MB型號(hào)的固態(tài)繼電器，直流導(dǎo)通電壓10V，交流控制輸出為10A，工作電壓為220-240V。
權(quán)利要求
1.多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法，其特征在于將n個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器中裝設(shè)可編程主動(dòng)功率控制裝置，單片機(jī)(1)通過(guò)n個(gè)繼電器(2)與n個(gè)磁控管(3)分別連接，將化學(xué)反應(yīng)的控制參數(shù)寫(xiě)入可編程單片機(jī)程序，單片機(jī)通過(guò)控制電路使n個(gè)繼電器工作在不同“開(kāi)”和“關(guān)”的組合中，控制n個(gè)磁控管處在不同的工作狀態(tài)，在化學(xué)反應(yīng)體系溫度急劇上升或?qū)ξ⒉芰糠瓷渫蛔儊?lái)臨前，主動(dòng)將工作磁控管的數(shù)量減少為m個(gè)，m＜n，降低微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率，抑制溫度急劇上升和使反射回微波源的能量保持在安全水平，在渡過(guò)危險(xiǎn)期后，逐漸增加工作磁控管數(shù)量，以增加微波化學(xué)反應(yīng)器的功率，主動(dòng)控制微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率平穩(wěn)變化。
2.如權(quán)利要求書(shū)1所述多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法，其特征在于可編程單片機(jī)程序?yàn)?1)定時(shí)器初始時(shí)，關(guān)閉外部中斷，單片機(jī)的P1.0、P1.2、P1.4和P1.6端口輸出高電平，固態(tài)繼電器S1、S2、S3和S4閉合，磁控管1、磁控管2、磁控管3和磁控管4工作；(2)判斷定時(shí)器5分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)5分鐘，單片機(jī)的P1.0端口輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S2、S3和S4斷開(kāi)，只保留S1閉合，磁控管1工作；(3)判斷定時(shí)器6分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)6分鐘，單片機(jī)P1.0和P1.2輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S3和S4斷開(kāi)，S1和S2閉合，磁控管1和磁控管2工作；(4)判斷定時(shí)器7分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)7分鐘，單片機(jī)P1.0、P1.2和P1.4輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S4斷開(kāi)，S1、S2和S3閉合，磁控管1、磁控管2和磁控管3工作；(5)判斷定時(shí)器8分鐘是否到達(dá)，如果到達(dá)8分鐘，單片機(jī)P1.0、P1.2、P1.4和P1.6輸出高電平，其余輸出低電平，固態(tài)繼電器S1、S2、S3和S4閉合，磁控管1、磁控管2、磁控管3和磁控管4工作。
3.如權(quán)利要求1所述多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法，其特征在于控制電路原理是以單片機(jī)為控制芯片，當(dāng)芯片內(nèi)部定時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，產(chǎn)生定時(shí)器中斷，P1.0置高電平，通過(guò)限流電阻R28，三極管Q1導(dǎo)通，并處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，固態(tài)繼電器S1輸入高電壓，固態(tài)繼電器S1開(kāi)啟，磁控管1的回路閉合，磁控管1開(kāi)始工作；6MHz晶振Y1與電容C4和C5構(gòu)成振蕩電路，供單片機(jī)產(chǎn)生6MHz的時(shí)鐘信號(hào)，電容C6、電阻R2和電阻R3構(gòu)成復(fù)位電路，當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)SW2閉合時(shí)，單片機(jī)的9腳為高電平，觸發(fā)單片機(jī)復(fù)位重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
全文摘要
一種多磁控管微波化學(xué)反應(yīng)器主動(dòng)功率控制方法，其特點(diǎn)是將n個(gè)磁控管的微波化學(xué)反應(yīng)器中裝設(shè)可編程主動(dòng)功率控制裝置，單片機(jī)(1)通過(guò)n個(gè)繼電器(2)與n個(gè)磁控管(3)分別連接，將化學(xué)反應(yīng)的控制參數(shù)寫(xiě)入可編程單片機(jī)程序，單片機(jī)通過(guò)控制電路使n個(gè)繼電器工作在不同“開(kāi)”和“關(guān)”的組合中，控制n個(gè)磁控管處在不同的工作狀態(tài)，在化學(xué)反應(yīng)體系溫度急劇上升或?qū)ξ⒉芰糠瓷渫蛔儊?lái)臨前，主動(dòng)將工作磁控管的數(shù)量減少為m個(gè)，m＜n，降低微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率，抑制溫度急劇上升和使反射回微波源的能量保持在安全水平，在渡過(guò)危險(xiǎn)期后，逐漸增加工作磁控管數(shù)量，以增加微波化學(xué)反應(yīng)器的功率，主動(dòng)控制微波化學(xué)反應(yīng)器的輸出功率平穩(wěn)變化。
文檔編號(hào)H05B6/68GK1836770SQ20061002030
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者黃卡瑪, 劉長(zhǎng)軍, 閆麗萍 申請(qǐng)人:四川大學(xué)