MIKROHULLÁMÚ SZÁRÍTÓ-MÉRŐBERENDEZÉS KIFEJLESZTÉSE. Dr. LUDÁNYI LAJOS



Hasonló dokumentumok
Aero-vibrofluidizációs mikrohullámú szárító-mérőegység.

SZENT ISTVÁN EGYETEM MULTIMÓDUSÚ MIKROHULLÁMÚ TEREK ALKALMAZÁSA A SZÁRÍTÁSBAN

Kutatási beszámoló február. Tangens delta mérésére alkalmas mérési összeállítás elkészítése

TARTALOMJEGYZÉK EL SZÓ... 13

HULLÁMHOSSZ ÉS FREKVENCIA MÉRÉSE

A mikrohullámú energiaabszorpció tanulmányozása mezőgazdasági magvak mikrohullámú és kombinált szárítása kapcsán

Amit a kapacitív gabona nedvességmérésről tudni kell

Rugalmas állandók mérése

Nemzeti Akkreditáló Testület. MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2013 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Ferromágneses anyagok mikrohullámú tulajdonságainak vizsgálata

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

Mérési és Értékelési Bizonylat

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

Nemzeti Akkreditáló Testület. RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAT /2013 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

El adó: Unger Tamás István Konzulens: Dr. Kolos Tibor f iskolai docens április 23.

HULLADÉKCSÖKKENTÉS. EEA Grants Norway Grants. Élelmiszeripari zöld innovációs program megvalósítása. Dr. Nagy Attila, Debreceni Egyetem

A mérés. A mérés célja a mérendő mennyiség valódi értékének meghatározása. Ez a valóságban azt jelenti, hogy erre kell

MÉRÉSI UTASÍTÁS. A jelenségek egyértelmű leírásához, a hőmérsékleti skálán fix pontokat kellett kijelölni. Ilyenek a jégpont, ill. a gőzpont.

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Kísérleti üzemek az élelmiszeriparban alkalmazható fejlett gépgyártás-technológiai megoldások kifejlesztéséhez, kipróbálásához és oktatásához

Sugárzásos hőtranszport

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

SZENT ISTVÁN EGYETEM. Multimódusú mikrohullámú terek alkalmazása a szárításban. Dr. Ludányi Lajos

Termékeink az alábbi felhasználási területekre: Klíma/környezet Élelmiszer Bioenergia Anyag Épület Papír

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Csillapított rezgés. a fékező erő miatt a mozgás energiája (mechanikai energia) disszipálódik. kváziperiódikus mozgás

21. laboratóriumi gyakorlat. Rövid távvezeték állandósult üzemi viszonyainak vizsgálata váltakozóáramú

Milyen elvi mérési és számítási módszerrel lehet a Thevenin helyettesítő kép elemeit meghatározni?

Négypólusok jellemzői - Általános négypólus - Passzív négypólus - Aktív négypólus Négypólusok hullámellenállása. Erősítés. Csillapítás.

xha attól eltérő, kérjük töltse ki az A.II mellékletet

Az állományon belüli és kívüli hőmérséklet különbség alakulása a nappali órákban a koronatér fölötti térben május és október közötti időszak során

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

Áramköri elemek. 1 Ábra: Az ellenállások egyezményes jele

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

SZENT ISTVÁN EGYETEM BIOLÓGIAI ANYAGOK VÍZLEADÁSI TULAJDONSÁGAI MIKROHULLÁMÚ TÉRBEN. Doktori (PhD) értekezés. Kurják Zoltán

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

A mérések általános és alapvető metrológiai fogalmai és definíciói. Mérések, mérési eredmények, mérési bizonytalanság. mérés. mérési elv

Fizikai hangtan, fiziológiai hangtan és építészeti hangtan

A kísérlet, mérés megnevezése célkitűzései: Váltakozó áramú körök vizsgálata, induktív ellenállás mérése, induktivitás értelmezése.

KAROTÁZS TUDOMÁNYOS, MŰSZAKI ÉS KERESKEDELMI KFT. MŰSZERFEJLESZTÉS KUTAK, FÚRÁSOK TESZTELÉSÉRE CÍMŰ PÁLYÁZAT MEGVALÓSÍTÁSA

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

Doktori munka. Solymosi József: NUKLEÁRIS KÖRNYEZETELLENŐRZŐ MÉRŐRENDSZEREK. Alkotás leírása

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

A csúszóvágásról, ill. - forgácsolásról

Időjárási radarok és produktumaik

A NAPSUGÁRZÁS MÉRÉSE

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Abszolút és relatív aktivitás mérése

Abszorpciós spektroszkópia

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Zener dióda karakterisztikáinak hőmérsékletfüggése

Méréselmélet és mérőrendszerek

Elektromágneses hullámok

Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel

MŰSZAKI LEÍRÁS Az I. részhez

A feszültség alatti munkavégzés (FAM) élettani hatásai

KS / KS ELŐNYPONTOK

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Mérési jegyzőkönyv UTP kábel mérés Bacsu Attila, Halász András, Bauer Patrik, Bartha András

Differenciaegyenletek

SÁVSZŰRŐ ÜREGREZONÁTOROK TERMÉKCSALÁDJA

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Mérési hibák

Benapozásvédelmi eszközök komplex jellemzése

Tápegység tervezése. A felkészüléshez szükséges irodalom Alkalmazandó műszerek

7. Laboratóriumi gyakorlat KIS ELMOZDULÁSOK MÉRÉSE KAPACITÍV ÉS INDUKTÍV MÓDSZERREL

KTV koaxiális kábelek mérése

A brachistochron probléma megoldása

A METALLUX ZRT. RÖVID ISMERTETÉSE

A 2010/2011. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának. feladatai fizikából. I. kategória

fojtószelep-szinkron teszter

Ultrahangos hőmennyiségmérők fűtés távleolvasással

Kft. Audiotechnika Kft.

Az önindukciós és kölcsönös indukciós tényező meghatározása Az Elektrotechnika tárgy 7. sz. laboratóriumi gyakorlatához Mérésvezetői segédlet

1. ábra A PWM-áramkör mérőpanel kapcsolási rajza

A fotovillamos (és napenergia ) rendszerek egyensúlyának (és potenciálbecslésének) kialakításakor figyelembe veendő klimatikus sajátosságok

permittivitás: tan : ), továbbá a külső gerjesztő mágneses tér erőssége.

Műanyag- és nyomdaipari műszeres mérések. Készítette: Hajsz Tibor GAMF Kecskemét,

Vezetők elektrosztatikus térben

Tűzoltási technikák műszaki és gazdasági hatékonysága összetevőinek vizsgálata Halassy Gábor*, Dr. Restás Ágoston**

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Fázisátalakulások vizsgálata

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Irányítástechnika fejlődési irányai

Elektromágneses hullámok, a fény

Az alakítással bevitt energia hatása az ausztenit átalakulási hőmérsékletére

Mérési struktúrák

A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ. Pohár rezonanciája

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

Átírás:

MIKROHULLÁMÚ SZÁRÍTÓ-MÉRŐBERENDEZÉS KIFEJLESZTÉSE Dr. LUDÁNYI LAJOS Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Katonai Műszaki Főiskolai Kar Fedélzeti Rendszerek Tanszék 5008 Szolnok, Kilián út 1. Tel.: 56-343-422, Fax: 56-512-549 E-mail: - A jelenleg szinte kizárólagosan alkalmazott konvektív vízelvonási módok elméleti és gyakorlati korlátait az elmúlt években lefolytatott kutatómunkát nagy vonalakban feltárták. Ezek a kutatási eredmények egy része már a gyakorlatba is bevonult. Amint az köztudott a konvektív szárítás kialakulását elsősorban megvalósíthatóságának és üzemeltetésének egyszerűsége motiválta. Másodrendű kérdés volt a szárítmány beltartalmi értékének alakulása és a berendezés energiafelhasználása. A mai közgazdasági környezetben előtérbe kerültek többek között a környezetvédelem és az automatizálás kérdései is E feladatok megoldása viszont a konvektív technológia mellett csak bizonyos kompromisszumok vállalásával lehetséges. Kézen fekvő tehát új, a hagyományostól jelentősen eltérő, például mikrohullámú technológiák elméleti megalapozása. Az ezirányú kutatómunkák többsége főként az energiaátvitel új formáit, illetve annak a szárítmányra és a vízelvonó folyamat jellemző paramétereire gyakorolt hatását vizsgálja. Mint ismeretes a konvektív szárítás hőátadó és felvevő közege maga a szárító levegő. A szárítmány beltartalmi értékeire is a levegő állapot-változói alapján következtethetünk.( Dr. Beke,1997) Azonban a mikrohullámú szárítás esetén a levegő nem a hőátvitel, hanem az elektromágneses tér terjedési közege. Az energiaátvitelt pedig nem ezen közeg állapota, hanem a szárító kamra elektromágneses térstruktúrája és ennek a szárítmánnyal való kölcsönhatása határozza meg. A konvektív szárításnál másodlagos kérdésként kezelt beltartalmi érték alakulás a mikrohullámú technológiánál elsőrendűvé, a mikrohullámú kezelések bio-rendszereken történő alkalmazásának alaptémájává vált. Mindenképpen vizsgálni kell a szárítmány beltartalmi értékét, a túl hosszú ideig, illetve túl nagy intenzitással kezelt élő anyag szárítmányok (pl.: magok, gyümölcsök stb.) károsodásának kezelési határait, hiszen ezek a tényleges gyakorlati alkalmazást kizáró faktorok lehetnek.( Dr. Ludányi, 1999) A cikk szerzője a Nyugat-Magyarországi Egyetem Agrárműszaki, Élelmiszeripari és Környezettechnikai Intézetével közösen egy mikrohullámú szárító és mérő rendszert fejlesztett ki egy OMFB-pályázat kapcsán. A mérő rendszer a következő feltételeket teljesíti: üzemi frekvencia, 2,45 GHz; illesztett becsatolás; 100 W-tól 700 W-ig folyamatosan változtatható magnetron-teljesítmény; 1

az üregrezonátorban mint szárítókamrában homogén elektromágneses téreloszlás (alapmódusú rezonátor); a konvektív szárítócsatornával együttműködve a szárító levegő átáramlásának biztosítása a téreloszlás megbontása nélkül; a rezonátorkamrára tervezett iránycsatolóval a P h -haladó, P v -visszavert teljesítmények mérésével a szárítmányban elnyelődött P d -disszipált teljesítmény meghatározása; a mért értékek alapján a szárítmányra jellemző Γ-reflexiós tényező és ε -abszorpciós tényező meghatározása; a mért adatok on-line számítógépes feldolgozása. A feltételek teljesítése a tervező és kivitelező munkát három részre osztotta: a változtatható magnetron teljesítményt biztosító tápegység, a homogén téreloszlást és az abszorpciós tényező mérhetőségét biztosító üregrezonátor, valamint a különböző teljesítmények (P h, P v, P d ) és a Γ-reflexiós tényező mérhetőségére szolgáló iránycsatoló kialakítására. Az elkészült rendszer blokkvázlata az 1. ábrán, a vázlatos röntgenrajza a 2. ábrán látható: 1. ábra. A mikrohullámú szárító-mérő rendszer blokkvázlata 2

A mérőrendszer működése a teljesség igénye nélkül a következő: a 2,45 GHz-es mikrohullámú energia a H 10 terjedést biztosító négyszögletes csőtápvonalon és a méretezett teflon illesztőéken keresztül jut be az alapmódusú (E 011 ) hengeres üregrezonátorba. Ekkor az elektromos tér ( E ) párhuzamos a henger szimmetriatengelyével és merőleges a perforált lezáró lapokra. Ezzel egyidejűleg két feltétel teljesül, egyrészt az 3

elektromos tér párhuzamos a szárítmányt tartalmazó teflon mérőtállal és lehetővé teszi a dielektromos állandó mérését, másrészt nem gerjeszti a perforáció réseit, ezáltal nem változtatja meg a rezonátorban kialakuló elektromágneses tér homogenitását. A méretezett hangoló szondák biztosítják a csőtápvonal és az üregrezonátor illesztését megakadályozva a magnetronra jutó káros visszaverődést. Az iránycsatoló a kereszt alakú méretezett csatolórésen keresztül a terjedési iránytól függően P h -haladó irányú, illetve P v - visszavert irányú mikrohullámú teljesítményeket csatol ki a teljesítménymérők szondáira. A teljesítménymérők védelme érdekében a szondák fix, 5 db-es csillapítókon keresztül biztosítják a kisteljesítményű mikrohullámú jeleket a műszerekre. A mért teljesítménnyel arányos analóg kimenő jelek interfészen keresztül a mérő számítógépre kerülnek. A rendszerrel elvégezhető mérések adatainak feldolgozása a következő összefüggések felhasználásával lehetségesek ( Dr. Ludányi, 2000),(3. ábra): az iránycsatoló csillapítása (L db ) L P M db = 10lg (1) Pd ahol P M magnetron teljesítmény P d a szárítmányban disszipált teljesítmény csatolási tényező (C db ) C P M db = 10lg (2) ahol P h a szárítmány felé haladó teljesítmény irányhatás (D db ) DdB = 10lg (3) P v ahol P v a szárítmányról visszaverődő teljesítmény a szárítmányban disszipált teljesítmény (P d ) P d = P h - P v (4) reflexiós tényező, amely megadja, hogy milyen mértékű a visszaverődés a szárítmányról (Γ t ) Pv Γ t = (5) a detektált haladó, illetve visszavert teljesítmény (P h det., P v det ) 2 det = ± Γt Pz (6) 2 Pv det = Pz ± Γt ahol P z az iránycsatoló záróirányú csatolt teljesítménye és P v =Γ 2 t P h a szárítmány hullámellenállása (Z t ) 1+ Γt Zt = Z0 T (7) 1 Γt ahol Z 0T tápvonal hullámellenállás, jelen esetben: 489 Ω a szárítmány mint dielektrikum energia-felvételét jellemző abszorpciós tényező (ε ) = P d 2 ε " 14 55,6 10 E f (8) ahol E elektromos térerő 4

f üzemi frekvencia A dielektromos állandó függ a mérési frekvenciától és ez a komplex dielektromos állandóval adható meg: * ' " ε = ε jε (9) ahol ε * - komplex dielektromos állandó ε az ε * valós része ε az ε * képzetes része az ε, ε ιs a tgδ vesztesιgi szög közötti összefüggés: " ε tgδ = (10) ' ε A fenti összefüggések közül az L db, C db, D db paraméterek az iránycsatolót, a P h, P v, P d, Γ t, Z t, ε adatok pedig a szαrítmányt jellemzik. A (10) összefüggésben a tgδ-veszteségi szög és ε -permittivitás nedvességtartalom és hőmérsékletfüggő, ezért a nedvességtartalom változást digitális mérleggel, a hőmérsékletet egy alkalmasan megválasztott nyílással, infrahőmérővel lehet megmérni. 5

A mérőrendszer leszállítása és beüzemelése után több, mint 20 mérésből álló mérési sorozatot végeztünk. Ezeknek elsődleges feladata a rendszer behangolása és különböző rezonátor-terhelések vizsgálata volt. Végeztünk méréseket üres, terheletlen és vízzel terhelt állapotokban. Ezek alapján állítottuk be a hangoló szondákat, mértük a különböző teljesítményeket, melyeket RS 232 interfésszel és egy DIGISCOPE-nevű szoftverrel dolgoztunk fel. A mért adatok a 4., 5., 6., 7. ábrán láthatóak: mv 70 60 50 40 30 20 U1vt U2vt U1ht U2ht 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 idő x 16s 4. ábra. Haladó és visszavert szintek terhelt rezonátornál a besugárzási idő függvényében mw 20 18 16 14 12 10 8 6 t átl. Pvt átl. ü Pvü 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 idő x 16s 6

5. ábra. Haladó és visszavert teljesítmények terhelt és terheletlen rezonátornál a besugárzási idő függvényében 7

Γ, Γ 2 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 idő x 16s Uvt/Uht Pvt/t 6. ábra. Feszültség és teljesítményreflexiós tényezők a besugárzási idő függvényében W, Ω 800 700 600 500 400 300 200 t,w Pvt,W Pd,W ü,w Pvü,W Zt,ohm 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 idő x 16s 7. ábra. P h, P v, P d, és Z t értékek terhelt és terheletlen rezonátornál a besugárzási idő függvényében A cikk terjedelme nem teszi lehetővé a tervezés menetének teljes körű leírását, illetve az összes mérés adatainak elemzését, ezért a 7. ábra idősorára térünk ki részletesebben. Az ábrán a mért és a korábbi összefüggésekkel meghatározott P h (t), P v (t), P d (t) és Z t (t), idősorok láthatóak üres, terheletlen és víz-terhelésű rezonátornál. A teljesítmény adatok W-ban, a terhelő közeg Z t -hullámellenállása Ω-ban van megadva. Mint ahogy várható volt, az üres, terheletlen rezonátor P vü (t)-visszavert teljesítménye gyakorlatilag megegyezett P hü (t)-haladóirányú teljesítménnyel (nem volt ami elnyelje a mikrohullámú energiát). Ilyen esetekben van fontos szerepe a hangoló szondáknak, amelyek megvédik a magnetront a több száz W-os visszaverődésektől. 8

A víz-terhelésű idősorok [P ht (t), P vt (t)] differenciája adja meg a disszipált P d (t) idősort. Mivel a víz elsőrendű dielektrikum, annak hőfokfüggése a reflexiós tényező és a hullámellenállás hőmérsékletfüggésében és ezzel együtt az ábrán látható változásában nyilvánul meg. Amikor a hullámellenállás kicsi, vagy csökkenő tendenciát mutat (amely a kis értékű reflexiós tényezőből adódik) növekszik a disszipált teljesítmény és fordítva. A kapott eredményeket egy másik független mérési sorozattal ellenőriztük, amellyel bizonyítottuk, hogy az iránycsatoló által szolgáltatott adatok helyesek és korrektek. A közölt adatok nyilvánvalóan még részeredmények. Megoldandó feladat a mért adatok illesztése a konvektív szárító ALMEMO rendszeréhez, valamint a kombinált (konvektív + mikrohullám) szárítás optimális szabályozásának kidolgozása.( Dr. Kacz, Berecz, Stépán, 1999) Irodalom Dr. Beke János: Terményszárítás, Agroinform Budapest, 1997. Dr. Ludányi Lajos: A mikrohullámú szárítás hő- és nedvességmérési problémái 3. Magyar Szárítási Szimpózium, Nyíregyháza, 1999. Dr. Ludányi Lajos: A mikrohullámú üregrezonátor, mint a korszerű szárítástechnika munkatere Doktori értekezés, Gödöllő, 2000. Dr. Kacz Károly Berecz Lóránt Stépán Zsolt: Kisérleti szárítóberendezés kifejlesztése különböző szabályozási megoldásokkal. 3. Magyar Szárítási Szimpózium, Nyíregyháza, 1999. 9