УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МАТЕРИАЛА, НАГРЕВАЕМОГО В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЧ Российский патент 2017 года по МПК G01K5/28 G01K5/32 

Изобретение относится к области измерения температуры нагреваемого тела, с помощью изобретения можно измерять температуру там, где не допускается использование термометров, содержащих металлы, например в электромагнитных (микроволновых) печах СВЧ.

Известно устройство для измерения температуры в средах, в которых действуют электромагнитные поля, содержащее по меньшей мере один датчик температуры с волоконной решеткой Брэгга (FBG), при этом датчик расположен в неметаллическом корпусе (Заявка 2011139142 РФ, МПК G01K 1/08).

Недостатком этого аналога является сложность и высокая стоимость производства волоконной решетки Брегга, следовательно, высокая цена устройства.

Известно устройство - инфракрасный термометр, содержащий инфракрасный датчик излучения, подключенный к компьютеру (Патент 94439 РФ, МПК G01J 5/00).

Недостатками этого аналога являются высокая цена, это устройство невозможно использовать непосредственно внутри печи СВЧ, к тому же для приема показаний температуры необходимо приемное устройство с предустановленным программным обеспечением.

Известен капиллярный термометр, используемый в медицинских термометрах для измерения температуры в зоне действия радиочастотного электромагнитного поля. Капиллярный термометр, содержащий температурный зонд, состоящий из термобаллона, гибкого основного капилляра из диэлектрического материала, сообщающегося с термобаллоном, и гибкого компенсационного капилляра, заполненных диэлектрическим термометрическим телом, и блок регистрации, в котором капилляры взаимно расположены в виде двойной спирали, а в качестве термометрического тела использована жидкость. Термометр выполнен так, что блок регистрации снабжен датчиками количества жидкости, поступающей из капилляров, и соединенным с этими датчиками преобразователем информации. Каждый датчик количества жидкости выполнен в виде продолжения соответствующего капилляра, которое снабжено тремя раздельными внешними электродами, расположенными последовательно вдоль оси капилляра, и частично заполнено электропроводной жидкостью, контактирующей с диэлектрической жидкостью в капилляре, причем столбик электропроводной жидкости размещен с возможностью перекрытия центрального внешнего электрода, а ее мениски расположены в пределах крайних внешних электродов (Патент 2051341 РФ МПК, G01K 5/00).

Недостатком прототипа является зависимость интервала рабочих температур от температуры кипения жидкости, используемой в качестве термометрического тела.

Задачей предлагаемого устройства для измерения температуры материала, нагреваемого в электромагнитном поле СВЧ, является максимальное упрощение и удешевление схемы устройства, расширение интервала рабочих температур.

Это достигается тем, что в заявленном устройстве, содержащем термобаллон, размещенный в электромагнитном поле СВЧ и совмещенный с гибким капилляром из диэлектрического материала, заполненным термометрическим телом и сообщающимся с блоком регистрации, термобаллон снабжен герметично закрывающейся крышкой, а в качестве термометрического тела содержит газообразную среду, блок регистрации выполнен в виде U-образной трубки, заполненной контрастной жидкостью и газообразной средой, контактирующей с гибким капилляром, и с противоположным герметично закрытым концом U-образной трубки, которая размещается вне зоны действия электромагнитного поля СВЧ. U-образная трубка снабжена шкалой для регистрации уровня контрастной жидкости.

На фигуре 1 представлена схема заявляемого устройства.

На фигуре 2 представлен пример калибровочного графика для термопластичного полимера.

Заявляемое устройство состоит из термобаллона 1, заполненного газообразной средой, термобаллон снабжен герметично закрывающейся крышкой 2 и соединен гибким капилляром из диэлектрического материала 3 с блоком регистрации. Блок регистрации представляет собой U-образную трубку 4 с нанесенными миллиметровыми делениями, находящуюся вне зоны нагрева. U-образная трубка 4 заполнена контрастной жидкостью 5 и газообразной средой 7, контактирующей с соединительным капилляром, и газообразной средой 8, контактирующей с закрытым концом U-образной трубки. Противоположный конец 6 герметично закупорен. Термобаллон 1 производится из термопластичных полимеров, таких как: полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат. Термобаллон 1 закрепляется внутри камеры нагрева, при этом его размещение не влияет на показания температуры.

Для определения зависимости уровня жидкости в коленах U-образной трубки 4 от температуры необходимо построить калибровочный график (фиг. 2). Для этого термобаллон 1 помещают в среду с заранее известной температурой, например в подогретую до определенной температуры воду, и замеряют изменения уровня жидкости в зависимости от температуры. Калибровочный график необходимо строить отдельно для каждого материала, потому что в электромагнитном поле СВЧ в зависимости от своих электрических свойств все материалы нагреваются по-разному.

При повышении температуры происходит повышение давления в рассматриваемой системе. Повышение давления регистрируют при помощи U-образной трубки 4 по нанесенным миллиметровым делениям. При этом противоположный конец 6 U-образной трубки 4 герметично закупорен, за счет этого давление внутри системы уравновешивается давлением в противоположном конце 6 U-образной трубки 4. К тому же вид жидкости и ее плотность роли не играют.

Термобаллон 1 с нагреваемым материалом помещают в рабочую камеру печи СВЧ и гибким капилляром из диэлектрического материала 3 соединяют термобаллон 1 с U-образной трубкой 4 и регистрируют начальный уровень контрастной жидкости 5 в U-образной трубке 4. Затем включают генератор печи СВЧ и по величине разности уровней контрастной жидкости 5 в коленах U-образной трубки 4 регистрируют температуру в термобаллоне 1 при помощи калибровочного графика (фиг. 2).

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры нагреваемого тела. Предложено устройство для измерения температуры материала, нагреваемого в электромагнитном поле СВЧ, содержащее термобаллон, размещенный в электромагнитном поле СВЧ, совмещенный с гибким капилляром из диэлектрического материала, заполненным термометрическим телом и сообщающимся с блоком регистрации. Термобаллон снабжен герметично закрывающейся крышкой, а в качестве термометрического тела содержит газообразную среду. Блок регистрации выполнен в виде U-образной трубки, заполненной контрастной жидкостью и газообразной средой, контактирующей с гибким капилляром и с противоположным герметично закрытым концом U-образной трубки, которая размещена вне зоны действия электромагнитного поля СВЧ и снабжена шкалой для регистрации уровня контрастной жидкости. Технический результат – расширение интервала рабочих температур. 2 ил.

Устройство для измерения температуры материала, нагреваемого в электромагнитном поле СВЧ, содержащее термобаллон, размещенный в электромагнитном поле СВЧ, совмещенный с гибким капилляром из диэлектрического материала, заполненным термометрическим телом и сообщающимся с блоком регистрации, отличающееся тем, что термобаллон снабжен герметично закрывающейся крышкой, а в качестве термометрического тела содержит газообразную среду, блок регистрации выполнен в виде U-образной трубки, заполненной контрастной жидкостью и газообразной средой, контактирующей с гибким капилляром и с противоположным герметично закрытым концом U-образной трубки, которая размещена вне зоны действия электромагнитного поля СВЧ и снабжена шкалой для регистрации уровня контрастной жидкости.