[发明专利]一种用于测量材料微波热效应的微波量热仪及其量热方法

说明书

本发明公开了一种用于测量材料微波热效应的微波量热仪及其量热方法，该微波量热仪包括测控装置以及分别与所述测控装置连接的微波发生装置、反应腔体及气压调节装置，所述反应腔体与其他部件连接处还设有密封装置，所述微波发生装置与所述反应腔体之间连接有隔离装置，所述隔离装置内设有用于放置微波反射的导波装置，所述微波发生装置发出的微波经由隔离装置进入反应腔体中，所述反应腔体连接气压调节装置，本装置利用内部损耗介质吸收微波能量后温度升高引起腔内压强变化，进而实现对介质温度的测量。本发明通过压力的变化准确地测量不同工况参数下的微波热效应，表征材料的吸波能力，具有量程大、灵敏度高等优点。

技术领域

本发明涉及微波热效应技术，具体的说，是涉及一种用于测量材料微波热效应的微波量热仪及其量热方法。

背景技术

近年来，微波技术得到了日新月异的发展。其中微波加热在食品加工、干燥、烧结、焊接、冶金、等离子体加工、溶液溶胶处理、高分子材料加工、功能材料制备、有机固废热解、污染物控制等众多物理化学领域的研究和应用被不断拓展。而与微波的利用息息相关的就是微波吸收材料。微波吸波材料又称为吸波材料，是指有效吸收入射的微波，将微波转化为热能而消耗，或使微波相互干涉相消的一类材料。目前，吸波材料已经形成了比较完整的研究体系，传统的吸波材料有铁氧体、碳黑、石墨等，新型的吸波材料有导电高聚物、手性材料以及纳米材料等，这些材料都得到广泛的应用。有些吸波材料不仅可以通过自身的微波热效应来进行应用，而且也可以作为一种催化剂去催化各种反应，降低反应的活化能。通过测量微波热效应可以间接的反映材料的微波吸收能力，并且能够与材料在实际应用中的效果相对应，达到了解材料的吸波特性、催化特性以及应用效果的目的。

在吸波材料热效应的测量过程中，应用材料吸收微波能量的理论计算公式P＝2πfε₀ε‘’E²需要材料的介电常数、电场强度等基础数据，而这些基础数据受材料粒度、纯度、温度等因素影响，实际中难以获得，因此，该理论计算公式难以预测固体物料吸收微波的能力。采用测温仪直接测量材料在微波场中的温度变化来反映材料吸收微波的能力时，对测温仪要求较高，且由于吸波材料在微波辐射过程中存在热点效应，即可能会出现温度偏高于平均温度的热点，影响测温结果；除此之外，金属类的测温设备会反射微波而影响微波场的分布，从而导致测温结果不准确的后果。因此，单纯的用以上测温方式进行微波热效应的研究是不科学不准确的。

针对上述问题，一种基于材料吸波能力差异的量热法被提出并且得到广泛的利用。该方法是利用吸波能力非常小以至于可以忽略不计的材料作为中间介质(如液体石蜡)，将目标材料分散在其中，目标材料需要有较小的粒径从而与分散剂进行混合，混合后的材料可以避免局部热点效应且产热可以很好的在中介介质中分散，通过测量反应后中间介质的温升，再根据中间介质的比热容等物性参数即可得到材料的微波热效应，从而表征材料的微波吸收能力。但是传统的微波量热仪在利用该测温方式方面还有待提高，需要在微波停止后用温度计进行温度的测量，这中间的过程会造成大量的热量损失，影响结果的准确性。除此之外，传统的量热法在流程方面比较繁琐，需要称重、参数调节、反应、测温等一系列过程，无法连续性测量。另外，一些工况参数比如说压力、功率等也难以控制，从而制约了对这些参数对材料吸波能力影响的研究。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于测量材料微波热效应的微波量热仪及其量热方法，本发明区别于传统地直接测温方式的是：通过压力传感器转换温度信号为压力信号，可以使微波量热仪内达到完全密封状态从而使腔体内压力与温度有一个对应关系，通过压力的变化准确地测量不同工况参数下的微波热效应，表征材料的吸波能力，具有量程大、灵敏度高等优点。除此之外，该装置的称重和搅拌方式十分方便，还可以实时调节反应腔体内的初压力，反映压力变量对材料微波热效应的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：