izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-10-49-56izmertech-2237Research ArticleТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯTHERMOPHYSIC MEASUREMENTSКомпактное устройство для бесконтактного измерения температуры в условиях высокоинтенсивных сверхвысокочастотных электромагнитных полейCompact non-contact temperature measurement device for high-intensity microwave electromagnetic fields conditionshttps://orcid.org/0000-0002-4229-0734МамонтовА. В.MamontovA. V.

Александр Владимирович Мамонтов

Москва

Alexandr V. Mamontov

Moscow

a.v.mamontov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9753-7389НефёдовВ. Н.NefedovV. N.

Владимир Николаевич Нефёдов

Москва

Vladimir N. Nefedov

Moscow

6034348@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6941-4725ХриткинС. А.KhritkinS. A.

Сергей Анатольевич Хриткин

Москва

Sergei A. Khritkin

Moscow

s.khritkin@ya.ruНаучно-исследовательский институт перспективных материалов и технологийРоссияResearch Institute of Advanced Materials and TechnologyRussian Federation2024051220240104956Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2237

Рассмотрены аспекты практической реализации бесконтактного измерения температуры нагреваемых в сверхвысокочастотных электромагнитных полях объектов. Бесконтактные измерения температуры – один из основных факторов обеспечения качества термообрабатываемого продукта. Обоснованы преимущества использования пирометрического способа измерения температуры в сравнении с термопарным методом в условиях воздействия высокоинтенсивных сверхвысокочастотных электромагнитных полей. Предложена техническая реализация устройства для бесконтактного непрерывного измерения температуры объектов, нагреваемых в сверхвысокочастотном поле. Данное устройство представляет собой запредельный волновод с элементами крепежа и вставленным в него малогабаритным однозонным инфракрасным датчиком семейства MLX90614. В указанном датчике предусмотрены функции программирования излучательной способности измеряемого объекта и передачи информации о температуре объекта по одному из двух цифровых протоколов, что позволяет включать датчик в систему управления работой микроволновой технологической установки. Показана возможность применения предложенного устройства измерения температуры в конвейерных установках микроволнового нагрева путём построения сети из нескольких десятков измерительных датчиков на одной двухпроводной шине цифровых данных. К достоинствам устройства для бесконтактного непрерывного измерения температуры нагреваемых в сверхвысокочастотном поле объектов относятся компактность, универсальность (можно использовать в установках микроволнового нагрева любых типов) и низкая стоимость.

The practical implementation aspects of heated in microwave electromagnetic fields objects noncontact temperature measurement as one of the main factors in ensuring the quality of the heat-treated product are considered. The advantages of using the pyrometric method of temperature measurement in comparison with the thermocouple method under the influence of high-intensity electromagnetic fields are substantiated. A variant, which includes a cut-off waveguide with fasteners and a small-sized infrared sensor, for continuous temperature measurement system technical implementation of heated in a microwave field objects is proposed. The variants of proposed compact, cheap and versatile temperature measurement unit using a single-zone infrared sensor of the MLX90614 family, in application to conveyor microwave heating installations are described. The convenience of embedding the sensor into the microwave technological installation control system is noted due to the presence of programming functions for the emissivity of the measured object, the possibility of transmitting information about the object temperature using one of two digital protocols, as well as the possibility of building a network of several dozen measuring sensors on one two-wire digital data bus. The small size and weight, simplicity and relative cheapness of the contactless temperature measurement unit design allows it to be used in all types of microwave heating devices.

микроволновая установкараспределение температурыпирометрический датчикзапредельный волноводисточник микроволнового излученияmicrowave installationtemperature distributionpyrometric sensorcut-off waveguidemicrowave radiation sourceРабота выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России FNER-2024-0001.The Russian Ministry of Education and Science supported the work within the state task FNER-2024-0001.ReferencesМамонтов А. В., Нефедов В. Н., Назаров И. В., Потапова Т. А. Микроволновые технологии: монография. Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий Московского института электроники и математики (технического университета), Москва (2008). https://elibrary.ru/qmklltMamontov A. V., Nefedov V. N., Nazarov I. V., Potapova T. A. Microwave technologies: Monograph, MIEM, Moscow (2008). (In Russ.) https://elibrary.ru/qmklltАрхангельский Ю. С., Девяткин И. И. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов. Издательство Саратовского университета, Саратов (1983).Arkhangelskii Yu. S., Devyatkin I. I. Microwave heating devices for stimulating manufacturing processes. Izdatel’stvo Saratovskogo universiteta, Saratov (1983). (In Russ.)Архангельский Ю. С. Установки сверхвысокочастотного диэлектрического нагрева: учебник. Саратовский государственный технический университет, Саратов (2010). https://elibrary.ru/qmlmrlArkhangelskii Yu. S. Devices for RF dielectric heating: Textbook. Saratov State Technical University, Saratov (2010). (In Russ.) https://elibrary.ru/qmlmrlОкресс Э. СВЧ-энергетика. Т. 2. Мир, Москва (1971).Ocress E. C. Microwave power engineering. Vol. 2. Academic Press, New York and London (1968).Суховеев А. Д., Лавров А. В. Система бесконтактного измерения температуры обрабатываемого объекта в действующем СВЧ-поле. Надёжность и качество. Труды международного симпозиума. В 2 т., т. 2, с. 41–44. Пензенский государственный университет, Пенза (2018). https://elibrary.ru/yaffhfSukhoveev A. D., Lavrov A. V. Non-contact temperature measurement system for a processed object in an operating microwave field. Reliability and quality. Proceedings of the international symposium. In 2 volumes, vol. 2, pp. 41–44. Penza State University, Penza (2018). (In Russ.) https://elibrary.ru/yaffhfМамонтов А. В., Нефёдов В. Н., Хриткин С. А. Применение запредельных волноводов для пирометрических измерений. Измерительная техника, (7), 55–57 (2018). https://elibrary.ru/ylfbilMamontov A. V., Nefedov V. N., Khritkin S. A. Application of below-cutoff waveguides for pyrometric measurements. Measurement Techniques, 61(7), 723–726 (2018). https://doi.org/10.1007/s11018-018-1491-5Неделько А. Ю. Преимущества и недостатки бесконтактного измерения температуры. Фотоника, (1(37)), 102–109 (2013). https://elibrary.ru/pwbkxdNedelko A. Yu. Non-contact temperature measurement advantages and disadvantages. Photonics Russia, (1(37)), 102–109 (2013). (In Russ.)Суховеев А. Д. Устройство бесконтактного измерения температуры объекта, находящегося под воздействием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона: пат. RU 2734584 C1. Изобретения. Полезные модели. № 29 (2020).Sukhoveev A. D. Device for non-contact temperature measurement of an object exposed to electromagnetic radiation in the microwave range: Patent RU 2734584 C1. Inventions. Utility models, no. 29 (2020).Будников Д. А. Контроль температуры зерна в СВЧ-камере. Технические науки в России и за рубежом, Материалы II Международной научной конференции, Москва, 20–23 ноября 2012. С. 66–68. Буки-Веди, Москва (2012). https://elibrary.ru/vyhuonBudnikov D. A. Temperature control of grain in a microwave chamber. Technical sciences in Russia and abroad, Proceedings of the II International Scientific Conference, Moscow, November 20–23, 2012. Buki-Vedi, Moscow (2012). (In Russ.) https://elibrary.ru/vyhuonПоскачей А. А., Чубаров Е. П. Оптико-электронные системы измерения температуры. Энергоатомиздат, Москва (1988).Poskachey A. A., Chubarov E. P. Optical-electronic temperature measurement systems. Jenergoatomizdat, Moscow (1988). (In Russ.)Филиппенко Н. Г., Буторин Д. В., Лившиц А. В. и др. Автоматизация измерения температуры полимерного материала при высокочастотном электротермическом нагреве. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, (1(53)), 96–103 (2017). https://elibrary.ru/ykrlprFilippenko N. G., Butorin D. V., Livshits A. V. et al. Way of direct measurement of temperature of polymeric material at high-frequency electro thermal heating. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (1(53)), 96–103 (2017). (In Russ.) https://elibrary.ru/ykrlprЛебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. Т. 1. Высшая школа, Москва (1970).Lebedev I. V. SHF Engineering and Instruments, vol. 1. Vysshaya Shkola, Moscow (1970). (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.