Библиографическое описание:

Будников Д. А. Контроль температуры зерна в СВЧ камере [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). — М.: Буки-Веди, 2012. — С. 66-68.

Движущими элементами процесса сушки СВЧ активированного зерна являются разность температур центра и поверхности зерновки, , и давление паров жидкости в зерновке, Р. Требуется экспериментальное и теоретическое описание подтверждение распределения температуры внутри зерновки . Проблема заключается в том, что измерение температуры материала должно проводиться под действием СВЧ поля. Ранее [1, 2] для этих целей использовали керосиновые термометры, которые могли работать в СВЧ поле с достаточной точностью. Однако их невозможно использовать для измерения температуры внутри зерновки, кроме того они инерционны. При проведении различных исследований по СВЧ обработке и сушке зерна [3, 4, 5] измерение температуры материала проводили при помощи термопар, но погружали их в продукт после прекращения действия СВЧ поля. Проведенные аналитические расчеты показывают, что время нарастания температуры внутри зерновки составляет не более 20…60 секунд. Время выравнивания температуры внутри зерновки с температурой агента сушки после прекращения действия СВЧ, в зависимости от влажности зерна может колебаться от 5 до десятков минут. При такой динамике нагрева и охлаждения особенно важными бывают и начальные моменты процесса. Процедура же ввода термопар в исследуемый слой после прекращения действия СВЧ излучения не позволяет зафиксировать динамику нагрева зернового слоя и единой зерновки и дает значительные погрешности в измерениях остывания зернового слоя. Кроме того, практически невозможно измерить разность температур центра и поверхности зерновки .

Следует отметить, что упомянутые методы измерений температуры обрабатываемого продукта при СВЧ воздействии практиковались в частично заполненных СВЧ зонах (в установках резонаторного типа). В этом случае объем зерна занимал меньшую часть СВЧ камеры. Поэтому помещение металлических термопар в зону действия СВЧ приводило к их перегоранию.

Был поставлен эксперимент с целью:

  • установить возможность использовать термопары К-типа в СВЧ поле (в полностью загруженной продуктом активной зоне), для измерения температуры зерна;

  • оценить погрешность влияния разогрева самой термопары на показания при измерении температуры зерна.

Для его проведения использовалась лабораторная установка, включающая в себя активную зону, блок питания, тепловентиляционный блок с воздуховодами, модули подключения термопар, ПК.

Общий вид установки приведен на рисунке 1.

Используемое оборудование: АС4 – автоматический преобразователь интерфейсов; МВА-8 – модули ввода; термопары К-типа; настольный ПК; Center-310 - портативный прибор контроля относительной влажности и температуры воздуха использовали; ТКА-ПКМ - портативный прибор контроля скорости воздуха.


Рис. 1. Общий вид лабораторной установки

1 – ПК; 2 – вентилятор; 3 – блок ТЭНРов; 4 – СВЧ зона; 5 – преобразователь частоты;
6 блок питания магнетрона; 7 – устройства ввода.


Контроль температуры проводили на поверхности и в центре зерновки. Для этого в центре зерновки проделывали углубление, соответствующее диаметру термопары и встраивали ее внутрь. Внешний вид термопар, встроенных в зерновку пшеницы приведен на рисунке 2.

В активную зону на расстоянии 2 см от магнетрона устанавливали фторопластовую пластину. Между фторопластом и магнетроном помещали полиэтиленовый пакет, в который наливали воду. Таким образом, магнетрон работал на нагрузку, которой являлся слой воды, а ослабленное СВЧ поле попадало в активную зону. Непосредственно за фторопластовой пластиной располагали зерновку с встроенной вовнутрь термопарой. На поверхности зерновки казеиновым клеем закрепляли вторую термопару. Третья термопара располагалась рядом с зерновкой и должна была разогреваться под действием СВЧ излучения.


Рис. 2. Зерновка нута с термопарами

1 – зерновка нута; 2 – термопара в центре зерновки; 3 – термопара в зоне сушки;
4 – термопара на поверхности зерновки


Сверху активную зону плотно закрывали защитным экраном. Изменение температуры контролировали на экране монитора ПК. Одновременно велась запись в файл всех результатов измерений.

Показания температуры нагрева зерна в этих точках снимались синхронно в течение 30 секунд работы магнетрона.

Результаты исследований представлены в виде графиков. На рисунке 3 показаны графики изменения температуры в центре и на поверхности зерновки пшеницы влажностью 14% помещенной в СВЧ поле в соответствии с методикой изложенной выше.

Максимальная температура нагрева центра зерновки составила 34,5°С (=11,2°С), поверхности 33°С (=9,7°С). Максимальный нагрев самой термопары свободно расположенной в камере СВЧ, по отношению к начальной температуре, составил 2,5°С. Разность графиков и приведена на рисунке 4. Из рисунков видно, что имеется влияние разогрева термопары на измерения температуры в центре и на поверхности зерновки. Данное влияние не сказывается на динамике нагрева и охлаждения зерновки. Особенно наглядно это на скорости изменения температур после прекращения действия СВЧ поля. Скорость изменения температуры «чистой» термопары значительно ниже скорости изменения в центре и на поверхности зерновки. Аналогичный эксперимент проделывался и с зерновкой различных влажностей.


Рис. 3. Графики изменения температуры в центре и на поверхности зерновки пшеницы при СВЧ-воздействии для Wз=14%


Рис. 4. Разность графиков и для Wз=14%


Анализируя результаты эксперимента, можно сделать следующие выводы:

  • допустимо использовать тонкие термопары К-типа для измерения величины температуры внутри зерновок с.х. культур и в зерновом слое полностью заполненных СВЧ камер;

  • использование термопар в СВЧ камерах для контроля температуры внутри зерновок позволяет получать косвенные данные об изменении влажности и диэлектрической проницаемости частей зерновок.


Литература:

  1. Лыков, А.В. Исследование процесса сушки в поле высокой частоты [Текст] / А.В. Лыков, Г.А. Максимов // Тепло-и массообмен в капиллярно-пористых телах. – Л., М.: Госэнергоиздат, 1957. – С. 133-142.

  2. Максимов, Г.А. Исследование процессов тепло- и массообмена при внутреннем источнике [Текст]: автореф. дис. д-ра техн. наук / Г.А.. Максимов; МТИПП. – М., 1956. – 35 с.

  3. Вендин, С.В. Обработка семян электромагнитным полем [Текст]:
    дис. ...докт. техн. наук: 05.20.02 / С.В.Вендин. – Москва, 1994. – 463 с.

  4. Бабенко, А.А. Распространение электромагнитного импульса при СВЧ обработке [Текст] / А.А. Бабенко, С.В. Вендин // Моделирование и автоматизация технологических процессов сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. / МИИСП имени В.П. Горячкина.– М.: 1992. – С. 105-109.

  5. Пахомов, В.И. Оптимизация тепловой обработки фуражного зерна СВЧ-энергией [Текст] / В.И. Пахомов, В.Д. Каун // Мех. и электр. с.-х. – 2000. – № 9. – С. 8-10.


Основные термины (генерируются автоматически): прекращения действия СВЧ, поверхности зерновки, СВЧ поле, СВЧ поля, температуры зерна, измерения температуры, действия СВЧ поля, измерение температуры материала, действием СВЧ, изменения температуры, СВЧ излучения, СВЧ обработке, Контроль температуры, СВЧ активированного зерна, действием СВЧ поля, Контроль температуры зерна, поверхности зерновки пшеницы, зону действия СВЧ, СВЧ камере, действия СВЧ излучения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос