专利名称：微波快速水分测定仪炉腔的制作方法
技术领域：
本实用新型属于分析仪器领域，尤其涉及一种用于快速除去样品水分的微波加热装置O
背景技术：
随着科学研究的发展和生产技术的进步，被检测物质样品中所含水分(或称为水分挥发物)的定量分析已被列为各类物质理化分析的基本项目之一，成为各类被检测物质的一项重要的质量监控指标。现在，在实际应用中，样品的水分挥发物的测定主要应用于两方面一种是可出售的某些类商品成品，由于其需要符合的国家规定标准中包含有对水分挥发物含量规定的标准，所以需要将商品成品抽检或送检，测定商品成品中的水分含量。另一种是某些领域的制造型企业，在生产过程中要对产品的水分含量指标进行严格控制，从而对产品的质量进行更好的控制，故也需要能够一种随时快速的水分在线检测方法，也就是通过“在线检测”的方式，来测定水分挥发物。针对上述的前一种情况，因为是以国家标准为前提的，那么水分挥发物的测定方法也是根据国家标准所提供的方法，一般为“烘箱法”和/或“卡尔费休法”。这两种方法测定的精确度都较高，但普遍测定的时间周期长(烘箱法平均基本在4小时左右，卡尔费休法要视样品含水量而定，含水量的增加会使样品测定时间越来越长)，对操作人员的操作要求高(需要对样品进行预处理，操作过程中的每个环节都需很仔细，不能有失误)。现在，微波快速水分测定仪主要用于上述的后一种情况，也就是“在线”水分挥发物的检测，由于微波加热原理自身的特点，它能够很好的解决“烘箱法”和“卡尔费休法”存在的测定时间长、对操作人员要求高等弊端。同时，因为采用微波加热法进行水分挥发物的测定时，它的样品分析时间一般是在几分钟之内，而且无须预处理样品，更符合产线上对在线检测快速，简单的要求。而且，微波对样品的穿透性又能很好的保证样品中水分挥发物的彻底挥发，从而确保样品测定的精确度。故而，微波水分测定仪是基于企业的“在线”检测而设计的，更能满足“在线”检测的“快速、简单、准确”的要求，同时避免了其他水分挥发物测定方法的各种不足，可广泛用于食品，化工，药品，农产品等领域的在线生产。目前，国内已有厂商生产微波水分测定仪，但其用于容纳测定样品和进行微波加热的炉腔，均是采用现有家用微波炉的长方体结构形式的炉腔进行改装的，没有针对性地根据微波加热装置工作的特点来设计专用的微波炉腔，因此存在炉腔内微波场强分布不均勻、加热效率低、功率损耗大、耗时长等缺点。而现有国外微波快速水分测定仪的炉腔，其横截面主要是正八边形和圆形(以下简称为八边形炉腔和圆形炉腔)。在大量的样品实际测试过程中及经过专业软件模拟分析发现八边形炉腔虽然其
3内部的微波场强分布较均勻，但微波聚能效果不明显，所以样品处理时间长，对样品的干燥效率较低。而圆形炉腔虽然炉腔中心微波聚能效果较明显，通常是聚集在一个点(圆心)上， 但炉腔内微波场强分布不均勻，样品处理过程中经常有样品/试样局部被烧焦的现象，严重影响了测量结果的精确度和测试数据的可重复性；同时，由于其聚能加热区域过于集中在一个点上，对于片状样品不能够整体均勻加热，对于水分含量过高(例如，90%以上)或过低(例如，8%以下)的样品，测量结果偏差较大，检测效果不佳，不适合用于对大面积或片状样品的水分检测分析工作。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种微波快速水分测定仪炉腔，其通过曲-直侧壁面的组合式结构，将微波均勻聚能分布于炉腔的某一局部区域空间内，在被加热样品附近形成一个均勻的、场强密度高的微波加热空间，有助于减少对含水量过高/过低的样品的测量结果偏差，特别适合于处理片状样品或大面积样品，可较大程度地提高整个水分挥发物测定工作的工作效率。本实用新型的技术方案是提供一种微波快速水分测定仪炉腔，包括构成炉腔的上顶面、下底面和炉腔的侧壁面，其特征是所述炉腔的侧壁面由一段平/直面侧壁面和一段曲面侧壁面相接/组合而构成。具体的，所述的平/直面为平面，所述的曲面为圆弧面。本实用新型还提供了一种微波快速水分测定仪炉腔，包括炉腔本体，其特征是所述炉腔本体的横截面为由一直线段和一曲线段所围成的封闭图形。其所述的曲线段为圆弧线线段、双曲线线段或抛物线线段中的一部分。本实用新型又提供了一种微波快速水分测定仪炉腔，包括构成炉腔本体的各个壁面，其特征是所述的壁面至少为4个壁面；所述构成炉腔本体的壁面中，至少一个侧面为曲面。进一步的，所述构成炉腔本体的壁面为4个壁面；所述构成炉腔本体的壁面中，其中一个侧面为曲面。上述的曲面为圆弧曲面、鼓形曲面或球形曲面。更进一步的，在上述的平/直面侧壁面上、直线段侧面上或曲面以外的侧面上，设置有用于微波馈入的耦合口，微波发生源通过耦合口将微波馈入炉腔内。与现有技术比较，本实用新型的优点是1.采用曲面和直面炉壁相结合的炉腔结构形式，其曲面炉壁有助于微波场强的聚能，其直/平面炉壁可有助于炉腔内微波场强的分布均勻，曲-直面炉壁的结合，有利于在样品所在的放置空间区域内，形成一个均勻的、场强密度高的微波加热空间区域，提高了微波的加热效率，特别适合于处理片状样品或大面积样品，且有助于缩小对含水量过高或过低的样品的测量结果偏差；2.采用曲面和直面相结合的炉腔结构形式，微波耦合口设置在直面炉壁上，便于微波耦合口的加工和制造，简化了产品生产工艺和加工要求，有助于降低产品的制造和购置成本，有利于微波快速水分测定装置的推广和使用；[0025]3.有助于样品的整体均勻受热，更有利于被测样品水分挥发物的快速挥发，可更加精确、高效地测定样品的水分挥发物含量。

图1为本技术方案微波炉腔的结构示意图；图2为上述微波炉腔的横向剖面结构示意图；图3为本技术方案另一种微波炉腔纵向剖面结构的示意图；图4为用专业电磁仿真软件模拟的八角形炉腔的场强分布图；图5为用专业电磁仿真软件模拟的圆形炉腔的场强分布图；图6为用专业电磁仿真软件模拟的圆弧形炉腔的场强分布图；图7是样品在八角形炉腔内所做实验结果的图片；图8是样品在圆形炉腔内所做实验结果的图片；图9是样品在圆弧形炉腔内所做实验结果的图片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。图1中，本技术方案的圆弧形炉腔，包括构成炉腔的上顶面1、下底面2和炉腔的侧壁面，其主要发明点在于，所述炉腔的侧壁面是由一段直平面3-1和一段曲面3-2相接组合而构成。进一步的，上述的曲面3-2为曲弧面。具体的，上述的曲面3-2为圆弧面。在上述的直/平面侧壁面上，设置有用于微波馈入的耦合口 4，微波发生源通过耦合口将微波馈入炉腔内。图2中，本实用新型技术方案的圆弧形炉腔，包括炉腔本体，其主要发明点在于， 所述炉腔本体的横向(径向)剖面为由一直线段3-1和一曲线段3-2所围成的封闭图形结构。其所述的曲线段为圆弧线段。由本图可以明确地看出曲面-直面炉侧壁面相结合的炉腔结构。其曲线段为圆弧线段或圆弧线段中的一部分。其余同图1。图3中，从另一个角度来说，本申请技术方案中的圆弧形炉腔，其发明点在于构成圆弧形炉腔空间的壁面至少为4个壁面(或称为侧壁面，下同)；其中至少一个侧面为曲作为一种实施例，如图1所示，构成本圆弧形炉腔本体空间的壁面为4个壁面1、2、 3-1和3-2，其中一个侧面3-2为横向(即炉腔的径向方向上)的曲面，其所述的曲面3-2 为圆弧面。更进一步的，作为另一种实施例，前述的曲面3-2在径向曲面的基础上，在炉腔的纵向(轴向)方向上也可以为圆弧面、圆弧曲面、鼓形曲面或球形曲面等曲面。本图以轴向圆弧曲面为例给出了结构示意，由图可知，其侧壁面3-2为一个以R为
5半径的圆弧曲面。构成圆弧曲面的曲线段可以为圆弧线线段、双曲线线段或抛物线线段中的一部分。从广义上来讲，凡具有聚焦/向心聚能功能的曲线或曲线段，均可充当构成本炉腔曲面的形状轮廓线。采用这样的技术特点，是为了在图2所示圆弧侧曲面在径向上的微波向心聚能 (可以称之为横向聚能)基础上，进一步实现曲面在轴向上的微波聚能作用(可以称之为纵向聚能)。其余同图1或图2。图 4 是用 Ansoft 公司的 HFSS (High Frequency Structure Simulator，三维结构电磁场仿真软件)软件模拟的八角形炉腔内的微波场强分布图，其中深色为场强密度高处，淡色为场强密度低处。因为该软件为业内的标准通用软件，故其图形生成方式、初始条件的设定以及结果图的表示方法在此不再叙述，具体可以参考《HFSS电磁仿真设计应用详解》(李明洋编著，人民邮电出版社出版，2010-05) —书中的相关内容。由图可知，由于八角形炉腔内的各个侧面都是平面，对微波都具有反射作用，所以在其炉腔中心即样品放置区域内没有很明显的场强密度过于集中处，场强较均勻。但是，由于该炉腔内每个侧壁面对微波都有反射/漫射作用，使得微波在炉腔中心区域没有聚能效果，从而使样品加热时间较长，加热效率较低。从图中可以看出八角形炉腔内微波分布较均勻但微波聚能效果不明显。图5同样是用HFSS软件模拟的圆形炉腔的微波场强分布图，其中深色为场强密度高处，淡色为场强密度低处。由于该结构炉腔的侧壁面是全圆弧面，对微波有横向的向心聚能作用，所以在炉腔中心区域内场强密度过于集中处，并且密度集中区域的横截面小于样品分布面积，就造成了样品中心区域有热点，在加热过程中样品中心有糊点存在，导致了测量结果的偏差和不准确。从图中可以看出圆形炉腔中心微波聚能较明显但微波分布不均勻，有热点。图6也是用HFSS软件模拟的圆弧形炉腔内的微波场强分布图，其中深色为场强密度高处，淡色为场强密度低处。由于本技术方案中炉腔的侧壁面是由圆弧面和平面组成，圆弧面对微波有聚能作用，使得微波聚能在炉腔中心样品放置的空间区域内，而平面对微波又有反射/漫射作用， 使得在炉腔中心即样品放置空间区域内的微波分布相对比较均勻，样品在加热过程中加热速度快，没有糊点。从图中可以看出圆弧形炉腔内微波聚能效果较明显，同时微波分布也较均勻。实验数据用水分含量为22. 00%的蜂蜜水涂于Φ95mm的玻璃纤维滤纸垫上，分别在上述三
种结构的炉腔内做水分挥发物含量实验，测得的实验结果及样品外观情况如下
权利要求1.一种微波快速水分测定仪炉腔，包括构成炉腔的上顶面、下底面和炉腔的侧壁面，其特征是所述炉腔的侧壁面由一段平/直面侧壁面和一段曲面侧壁面相接/组合而构成。
2.按照权利要求1所述的微波快速水分测定仪炉腔，其特征是所述的平/直面为平面， 所述的曲面为圆弧面。
3.一种微波快速水分测定仪炉腔，包括炉腔本体，其特征是所述炉腔本体的横截面为由一直线段和一曲线段所围成的封闭图形。
4.按照权利要求3所述的微波快速水分测定仪炉腔，其特征是所述的曲线段为圆弧线线段、双曲线线段或抛物线线段中的一部分。
5.一种微波快速水分测定仪炉腔，包括构成炉腔本体的各个壁面，其特征是所述的壁面至少为4个壁面。
6.按照权利要求5所述的微波快速水分测定仪炉腔，其特征是所述构成炉腔本体的壁面为4个壁面。
7.按照权利要求5所述的微波快速水分测定仪炉腔，其特征是所述构成炉腔本体的壁面中，至少一个侧面为曲面。
8.按照权利要求6所述的微波快速水分测定仪炉腔，其特征是所述构成炉腔本体的壁面中，其中一个侧面为曲面。
9.按照权利要求6或7所述的微波快速水分测定仪炉腔，其特征所述曲面为圆弧曲面、 鼓形曲面或球形曲面。
10.按照权利要求1、3或7所述的微波快速水分测定仪炉腔，其特征是在所述的平/直面侧壁面上、直线段侧面上或曲面以外的侧面上，设置有用于微波馈入的耦合口，微波发生源通过耦合口将微波馈入炉腔内。
专利摘要一种微波快速水分测定仪炉腔，属分析仪器领域。其包括构成炉腔的上顶面、下底面和炉腔的侧壁面，其所述炉腔的侧壁面由一段平/直面侧壁面和一段曲面侧壁面相接/组合而构成；其所述的平/直面为平面，所述的曲面为圆弧面。其采用曲一直面炉壁的结合，有利于在样品所在的放置空间区域内，形成一个均匀的、场强密度高的微波加热空间区域，提高了微波的加热效率，特别适合于处理片状样品或大面积样品，且有助于缩小对含水量过高或过低的样品的测量结果偏差，更有利于被测样品水分挥发物的快速挥发，可更加精确、高效地测定样品的水分挥发物含量。可广泛用于样品水分含量的测定/分析领域。
文档编号G01N22/04GK202101950SQ20112009105
公开日2012年1月4日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年7月16日
发明者刘智, 程文婷, 边丽 申请人:上海屹尧仪器科技发展有限公司