一种功率连续可调的实验室用小型微波干燥装置

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在1950年初,微波干燥技术开始发展,和传统的干燥方法比较来看,微波干燥方法具有速度快、效率高、能量转化率高、反应灵敏、容以控制、环保无污染、占地面积相对较小等一些列优点。所以微波干燥技术在短短七十年里得到了迅猛的发展,由于工业用的大型微波干燥装置价格非常昂贵并且主要是应用于工业生产领域。因此,实验室所使用的小型微波干燥实验装置大多直接使用家用微波炉,但是传统家用微波炉的能量控制为间断的开关式,也就是磁控管的微波发射功率恒定,通过电路改变磁控管的通断时间来控制平均的微波输出功率,这种方法微波功率输出控制不精确,不能连续调节微波输出功率,不能保证干燥过程的自动控制精度,对干燥过程及干燥品质有较大影响,难以满足科学实验的要求。为了克服现有实验室用小型干燥实验装置的输出功率只能阶越式的分级调整,干燥过程中不能自动控制磁控管输出功率大小,本文设计了一种小型的微波干燥实验装置,这种装置可以满足科学实验需要,该装置磁控管的微波发射功率可以连续调整,并且可以通过比较当前和预设的湿度值,自动化的调整输出功率,实现设定湿度的自动控制。最后通过实验得到了该设备的微波输出功率曲线,验证了该装置的微波输出功率是连续线性可调的,并且在实际的干燥实验中取得了良好的结果。本论文依托国家自然科学基金项目(31060118)和昆明理工大学人才培养基金(编号:2010-07)以及云南省应用基础研究基金项目(2009ZC041M),通过对实验室用传统干燥装置的的具体分析,结合交流调压技术,开展一种功率连续可调的实验室用小型微波干燥装置研究,设计出了装置的主电路,控制电路,等驱动电路,具有极其重要的意义,并且通过单片机的编程达到自动控制的程度。本论文的主要研究内容和成果包括:1.对微波炉的概念、微波干燥技术,微波干燥装置的研究作简单介绍,并阐述本论文研究的理论价值、意义和研究的主要内容。2.介绍了磁控管的工作原理,根据工作原理提出了改变其输出功率的方法,并且由传统家用微波炉的微波电源电路作为基础,在该电路上进行改造,确立了改造方案,给出了主电路的原理方框图。3.设计了调压电路的基本方案,通过选用斩波调压电路来实现对磁控管阳极变压器输入电压的改变。经过比较,最终确定了单向全隔离一体化交流调压模块为本设计的调压方案,该模块集成度高,稳定性好,调节感性复杂谐波少,管子关断灵敏,支持单片机输出的5V控制信号,适合与控制芯片相连接,使本装置的自动化控制成为了可能。4.针对课题中实验装置的动控制功能设计了一套控制电路方案,该控制电路的核心元件选用当今市面上性价比较高的AT89S51单片机,通过DTH11温湿度传感器采集湿度的数字量进行微分控制和阈值比较,完成自动化控制功能。单片机的显示采用1602LCD工业字符型液晶显示器,DAC模块选择为TI公司生产的TLC5615电压型输出芯片,最后给出了单片机控制程序设计的思路和程序流程图。5.本章共设计了两个实验,一个时通过实际测量磁控管的微波发射功率,用于验证本实验装置磁控管的微波发射功率能够随阳极电压连续可调,同时确定了该装置的功率调控曲线,并且对调控曲线进行了误差分析,最后得到了与课题设计相一致的结果,证明了本实验装置设计的的可行性;另一个实验是对真实物料的实际干燥对比实验,通过对相同物料的采用两种不同干燥方式进行干燥实验,分别绘制出两种物料的失水速率曲线,通过对比分析,得出了相应的一系列结论,从而证明了本实验装置设计的实用性。
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