Разработка и апробация методики непрерывного измерения массы образцов диэлектрических материалов при микроволновой термообработке

Рассмотрены методы непрерывного измерения массы образцов диэлектрических материалов в процессе микроволновой термообработки на частоте 2,45 ГГц. Показано, что непосредственное измерение массы образца электронными весами в ходе микроволновой обработки затруднено, поскольку внутри рабочей камеры невозможно использовать проводящие материалы из-за наводок в них токов, искажающих результаты измерений. Предложена методика непрерывного измерения массы образцов диэлектрических материалов при микроволновой термообработке. Методика основана на методах термогравиметрического анализа. Разработана оригинальная измерительная система, реализующая указанную методику и состоящая из отдельных модулей: находящегося внутри рабочей камеры подвеса с образцом и расположенных снаружи камеры тензодатчика, спектрометра и систем обработки и преобразования сигнала. Применение модульной компоновки позволяет максимально удалить измерительную систему от источника электромагнитного излучения, избежать искажения сигнала и изолировать измерительное оборудование от микроволнового воздействия. Разработанная методика непрерывного измерения массы образцов при микроволновой термообработке апробирована, и получены зависимости изменения массы, которые позволили выявить два характерных этапа карбонизации материала, различающихся скоростью изменения массы образца. Суммарная погрешность методики составляет менее 1 %, при этом основной вклад в погрешность вносит ошибка квантования при аналого-цифровом преобразовании. Предложенную методику можно применять при работе систем автоматизированного управления процессами микроволновой обработки материалов.

1. Гуськов Ю. А., Медведев А. А., Ратников Е. В. Термогравиметрия при микроволновом нагреве // Приборы и техника эксперимента. 1997. № 2. С. 156–158.

2. Park es G. M. B., Williams H. M., Review of scientifi c instruments, 2005, vol. 76, no. 6, 065108. https://doi.org/10.1063/1.1921506

3. Williams H. M., Parkes G. M. B, Carbon, 2008, vol. 46, no. 8, pp. 1169–1172. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.04.011

4. Song Z., Yang Y., Zhou L. et al., Waste Management & Research, 2017, vol. 35, no. 2, pp. 181–189. https://doi.org/10.1177/0734242X16662330

5. Fujii S., Yamamoto M., Haneishi N. et al., AIP Advances, 2021, vol. 11, no. 6, 065207. https://doi.org/10.1063/5.0050907

6. Kato M., Tsukagoshi K., Aimoto M. et al., ISIJ International, 2018, vol. 58, no. 10, pp. 1834–1839. https://doi.org/10.2355/ISIJINTERNATIONAL.ISIJINT-2018-192

7. Лапшинов Б. А., Мамонтов А. В. Методы измерения температуры в технологиях сверхвысокочастотного нагрева // Измерительная техника. 2021. №. 6. С. 20–28. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-6-20-28

8. Уэндландт У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978. 527 с.

9. Горюнов В. А. Дифференциально-термический и термогравиметрический анализ термодеструкции полимерных материалов // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2015. Т. 1. С. 154–157.

10. Gomes J., Batra J., Chopda V. R. et al, Waste Biorefi nery, Elsevier, 2018, pp. 727–749. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63992-9.00025-2

11. Zhao X., Wang M., Liu H. et al, Bioresource Technology, 2012, vol. 104, рр. 673–678. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.09.137

12. Xu S., Shen Y., Li Q. et al, Journal of the American Ceramic Society, 2021, vol. 104, no. 12, рр. 6345–6363. https://doi.org/10.1111/jace.17992

13. Михайлин Ю. А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. СПб.: Научные основы и технологии, 2013. 720 с.

14. Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: Учеб. пос. / Под ред. А. А. Берлина. 3-е изд., испр. СПб.: Профессия, 2011. 560 с.

15. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. В 2-х томах. М.: Высшая Школа, 1970. Т. 1. 440 с.

16. Магунов А. Н. Спектральная пирометрия. М.: Физматлит, 2012. 248 с.

17. Дейнеко И. П. Химические превращения целлюлозы при пиролизе // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2004. №. 4. С. 96–112.