[發(fā)明專利]一種導(dǎo)光測量微波加熱爐內(nèi)被加熱材料溫度的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710037796.1
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106908167A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀文智;趙敏;趙辰;李光明;朱昊辰;黃菊文;曹悅
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;F27D21/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)光測量微波加熱爐內(nèi)被加熱材料溫度的方法，屬于微波高溫?zé)Y(jié)設(shè)備技術(shù)測控領(lǐng)域，測溫系統(tǒng)包括耐高溫?zé)Y(jié)管道測溫孔、石英玻璃管或石英玻璃柱、光學(xué)高溫計，可以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的微波燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)核心區(qū)域溫度的測量，測溫成本低、技術(shù)成熟。

背景技術(shù)

微波屬于一種高頻電磁波，在微波能應(yīng)用領(lǐng)域，我國已經(jīng)形成了較成熟的微波設(shè)備設(shè)計、制造和應(yīng)用市場，微波加熱技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療、環(huán)保、新材料等行業(yè)。近些年微波能在新型特種材料高溫?zé)Y(jié)領(lǐng)域的科研和實際應(yīng)用越來越廣泛，尤其在科研領(lǐng)域，微波高溫?zé)Y(jié)新材料研究范圍較廣，但是少量樣品的微波燒結(jié)溫度測量一直是難題。

在微波場內(nèi)，金屬制成的熱電偶存在肌膚電流、電火花等現(xiàn)象，干擾測量，導(dǎo)致熱電偶無法直接應(yīng)用到微波燒結(jié)設(shè)備內(nèi)，即使通過金屬屏蔽等通常做法，其實質(zhì)也是間接測溫，存在一定的誤差，金屬的優(yōu)良導(dǎo)熱性質(zhì)會迅速帶走燒結(jié)區(qū)的熱量，也使熱電偶不能夠真正與燒結(jié)核心區(qū)域直接接觸，從而無法獲得準(zhǔn)確的燒結(jié)溫度。另外在微波燒結(jié)領(lǐng)域，通常燒結(jié)的溫度多數(shù)在1000℃以上，有的材料燒結(jié)溫度達(dá)2000℃以上，超過了多數(shù)測溫材料，如鉑（1772℃）、銠（1966℃）等金屬的熔點，也限制了熱電偶在微波高溫?zé)Y(jié)領(lǐng)域的使用。

燒結(jié)材料承載體以石墨、碳化硅、高鋁磚等耐高溫非透明材料為主，燒結(jié)核心區(qū)與燒結(jié)材料承載體表面溫度差異巨大，限制了紅外線等非接觸測溫的應(yīng)用。

傳統(tǒng)光學(xué)高溫測溫技術(shù)成熟，其基本測溫原理是利用光學(xué)高溫計內(nèi)的燈絲發(fā)光水平與待測材料發(fā)光水平進(jìn)行人工比對，是一種比較準(zhǔn)確和成熟的測溫方法，大量應(yīng)用于冶煉行業(yè)。本發(fā)明是利用光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理，通過將石英玻璃柱或石英玻璃管深入到微波燒結(jié)核心區(qū)，或直接將待燒結(jié)材料直接放入石英玻璃管內(nèi)燒結(jié)，石英玻璃對可見光有高達(dá)93%以上透射率，使石英玻璃管或石英玻璃柱截面發(fā)射高強(qiáng)的可見光，再利用光學(xué)高溫計燈絲發(fā)光比對石英玻璃柱或玻璃管截面透射出的可見光，可以快速準(zhǔn)確的從光學(xué)高溫計獲取燒結(jié)核心區(qū)的溫度，測溫區(qū)間為700-1700℃。

石英玻璃屬于非金屬耐高溫材料，不吸收微波，軟化點在1600℃，耐高溫沖擊，是熱的不良導(dǎo)體，對燒結(jié)核心區(qū)溫度影響有限，如果待測溫度過高，部分石英玻璃管或石英玻璃柱會熔化或變形，可以采取及時移除石英玻璃管/柱短時測溫法或更換新的石英玻璃管/柱的法實現(xiàn)準(zhǔn)確測溫，該方法簡單、易行，測溫成本較低，不光可以應(yīng)用在微波高溫?zé)Y(jié)領(lǐng)域，也可以應(yīng)用在傳統(tǒng)高溫?zé)Y(jié)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的一種導(dǎo)光測量微波加熱爐內(nèi)被加熱材料溫度的方法，屬于微波高溫?zé)Y(jié)設(shè)備技術(shù)測控領(lǐng)域，測溫系統(tǒng)包括耐高溫?zé)Y(jié)管道測溫孔、石英玻璃管或石英玻璃柱、光學(xué)高溫計，可以對微波燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)核心區(qū)域溫度進(jìn)行快速、較準(zhǔn)確的測量，測溫成本低、技術(shù)成熟。

本發(fā)明提出的一種導(dǎo)光測量微波加熱爐內(nèi)被加熱材料溫度的方法，所述方法通過測溫系統(tǒng)實現(xiàn)，所述測溫系統(tǒng)由耐高溫?zé)Y(jié)管道、石英玻璃管/柱、光學(xué)高溫計燈絲、光學(xué)高溫計目鏡、光學(xué)高溫計溫度指示盤和測溫孔組成，其中：耐高溫?zé)Y(jié)管道2上設(shè)有測溫孔7，石英玻璃管/柱插入耐高溫?zé)Y(jié)管道2的測溫孔7內(nèi)部；光學(xué)高溫計目鏡5位于測溫孔7的正前方，光學(xué)高溫計測溫?zé)艚z4位于光學(xué)高溫計目鏡5前，可讀取光學(xué)高溫計溫度指示盤6連接光學(xué)高溫計目鏡5；燒結(jié)體１位于耐高溫?zé)Y(jié)管道2內(nèi)，具體步驟如下：

（１）將石英玻璃管/柱3插入耐高溫?zé)Y(jié)管道2的測溫孔7的管道內(nèi)部；

（２）開啟微波燒結(jié)爐，升高燒結(jié)體1溫度，所述燒結(jié)體1為Si：C摩爾比1：1的燒結(jié)體；

（３）待有可見光從石英玻璃管/柱3截面發(fā)射出來時，即可用光學(xué)高溫計測溫?zé)艚z4，通過光學(xué)高溫計目鏡5進(jìn)行發(fā)光強(qiáng)度比對，調(diào)節(jié)光學(xué)高溫計測溫?zé)艚z4發(fā)光亮度至與石英玻璃管/柱3截面發(fā)射出來可見光亮度一致時，即可讀取光學(xué)高溫計溫度指示盤6上的溫度值并記錄；

（４）若燒結(jié)時間較長或燒結(jié)溫度高于1600℃，短時間測溫后，可以將石英玻璃管/柱3從測溫孔7移除，并堵塞測溫孔；

（５）若燒結(jié)時間較短或燒結(jié)溫度低于1600℃，可以將石英玻璃管/柱3長時間放置在測溫孔7內(nèi)，實現(xiàn)連續(xù)測溫。

本發(fā)明中，耐高溫?zé)Y(jié)管道導(dǎo)光孔可以在燒結(jié)區(qū)域外壁對應(yīng)燒結(jié)體中間位置開孔，插入石英玻璃柱直接導(dǎo)光，也可以直接在管道兩端插入石英玻璃管或石英玻璃柱到燒結(jié)核心區(qū)直接導(dǎo)光。

本發(fā)明中，石英玻璃管的直徑為3-300mm，石英玻璃柱的截面形狀可以是圓形、方形、長方形、橢圓形或變形中任一種，直徑或邊長范圍為3-50mm。