POLITECHNIKA POZNAC
SKA
Wydział Elektryczny
Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej
Zakład Techniki Świetlnej i Elektrotermii
Przedmiot: Laboratorium Podstaw Elektrotermii
Ćwiczenie nr: 8
Temat: Badanie wnękowej nagrzewnicy mikrofalowej
Rok akademicki: Wykonawcy: Data
1.
Wykonania Oddania
Kierunek: Elektrotechnika
ćwiczenia sprawozdania
Studia: stacjonarne
Rok studiów: II
Semestr: IV
Ocena:
Nr grupy:
Uwagi:
1. Cel ćwiczenia

" zapoznanie się z parametrami elektrycznymi mającymi wpływ na bezpośrednie mikrofalowe
nagrzewanie quasi-dielektryków (dielektryków i półprzewodników) i ze sposobami ich
nagrzewania,
" zapoznanie się z rozkładami gęstości objętościowych mocy cieplnej we wsadzie poddanym
działaniu promieniowania mikrofalowego,
" zapoznanie się z rozkładami gęstości objętościowych mocy cieplnej w nagrzewanych wsadach,
umieszczonych we wnęce rezonansowej,
" wyznaczenie sprawności całkowitej wnękowej nagrzewnicy mikrofalowej.

[ z
ródło: http://lumen.iee.put.poznan.pl/studenci/elektrotermia/ET-Lab5.pdf
pobrano dnia & & & & .. ]
[ z
ródło obrazu: http://lumen.iee.put.poznan.pl/studenci/elektrotermia/ET-Lab5.pdf
pobrano dnia 17.05.2016r. ]
2. Układ pomiarowy
Dane znamionowe nagrzewnicy:
" Napięcie zasilania: 220 V
" Częstotliwość napięcia zasilania: 50 Hz
" Moc czynna pobierana przez nagrzewnicÄ™: 1150 W
" Moc wypromieniowywana jako mikrofale: 700 W
" Częstotliwość mikrofal: 2450 MHz
Wykorzystany w sprawozdaniu symbol oznaczajÄ…cy umiejscowienie wylotu falowodu.
3. Wyznaczanie wartości średniej mocy pobieranej przez nagrzewnicę
(P ) przy różnych nastawach pokrętła regulacji mocy grzejnej.
eśr
Tabela 1. Pomiary czasów pracy magnetronu i mocy pobieranej przy różnych nastawach pokrętła regulacji mocy
Magnetron włączony Magnetron wyłączony Czas cyklu pracy Moc średnia
Nastawa
pokrętła
P [W] Ä [s] P [W] Ä [s] Ä [s] P [W]
ez z ez z eśr
1 1200 5 20 25 30 216,6
2 1200 16 20 14 30 654
3 1200 30 20 0 30 1200
4. Wyznaczanie przestrzennego rozkładu mocy grzejnej we wnęce
rezonansowej
1) Mały wsad umieszczony kolejno w 9 różnych miejscach wnęki
Tabela 2. Pomiary i obliczenia dla pojedynczego wsadu w 9 polach przez 30s
Pole Masy Temperatury Moc Ilości ciepła Moc Sprawność
pomiaru
m [g] m [g] t [°C] t [°C] P [W] Q [J] Q [J] Q [J] P [W] ·
s w p k e s w u u
11 157,6 150 28,5 48,6 1220 2122,4 12632,9 14755,2 491,8 40,3%
12 156,4 150 28,2 49,6 1220 2242,5 13449,9 15692,4 523,1 42,9%
13 124,8 150 28,5 46,8 1200 1530,2 11501,6 13031,7 434,4 36,2%
21 156,2 150 29,3 46,3 1200 1779,1 10684,5 12463,6 415,5 34,6%
22 117,6 150 29,0 52,6 1180 1859,5 14832,6 16692,1 556,4 47,2%
23 156,1 150 30,5 48,9 1180 1924,4 11564,4 13488,8 449,6 38,1%
31 156,4 150 30,5 50,0 1170 2043,4 12255,8 14299,1 476,6 40,7%
32 140,5 150 28,8 46,4 1170 1656,8 11061,6 12718,4 423,9 36,2%
33 115,7 150 28,3 41,3 1160 1007,7 8170,5 9178,2 305,9 26,4%
1 2 3
1 40,3% 42,9% 36,2%
2 34,6% 47,2% 38,1%
3 40,7% 36,2% 26,4%
Rysunek 1. Rozkład sprawności na poszczególnych polach
1 2 3
1 20,1 21,4 18,3
2 17,0 23,6 18,4
3 19,5 17,6 13,0
Rysunek 2. Rozkład zmiany temperatury wsadów umieszczonych na poszczególnych polach
2) Duży wsad (składający się z równomiernie rozmieszczonych 9 małych wsadów)
wypełniający całą wnękę.
Tabela 3. Pomiary i obliczenia dla równoczesnego nagrzewania 9 małych wsadów przez 120s
Masy Temperatury Moc Ilości ciepła Moc Sprawność
Pole
pomiaru
m [g] m [g] t [°C] t [°C] P [W] Q [J] Q [J] Q [J] Q [J] P [W] ·
s w p k e s w u uc u
11 135,4 150 27,8 34,7 1180 626,0 4336,7 4962,6
12 156,1 150 27,3 41,4 1180 1474,7 8861,9 10336,5
13 157,6 150 27,7 40,7 1180 1372,7 8170,5 9543,2
21 117,6 150 27,2 28,9 1170 133,9 1068,5 1202,4
22 156,4 150 27,7 32,9 1170 544,9 3268,2 3813,1 75122,9 626 53,5%
23 115,7 150 27,0 59,4 1170 2511,6 20363,4 22875,0
31 124,8 150 27,7 35,0 1160 610,4 4588,1 5198,4
32 156,4 150 27,2 40,1 1160 1351,8 8107,7 9459,4
33 140,5 150 27,7 38,4 1160 1007,2 6725,0 7732,2
1 2 3
6,9 14,1 13
1
1,7 5,2 32,4
2
7,3 12,9 10,7
3
Rysunek 3. Rozkład zmiany temperatury wsadów na poszczególnych polach
3) Kieliszki z wodą znajdujące się w osi kanału wylotowego mikrofal
Tabela 4. Pomiary i obliczenia dla nagrzewania kieliszków z wodą ustawionych w osi wylotu mikrofal przez 30s
Masy Temperatury Moc Ilości ciepła Moc Sprawność
Pole
pomiaru
m [g] m [g] t [°C] t [°C] P [W] Q [J] Q [J] Q [J] P [W] ·
k w p k e s w u u
1 113,1 50 27,3 43,1 1197,3 3310,1 4507,4 150,2 12,7%
2 111,1 50 27,4 42,5 1124,0 3163,5 4287,4 142,9 12,1%
3 111,8 50 27,7 42,7 1123,6 3142,5 4266,1 142,2 12,1%
1180
4 112,6 50 27,8 51,6 1795,5 4986,1 6781,6 226,1 19,2%
5 113,1 50 27,2 48,9 1644,4 4546,2 6190,5 206,4 17,5%
6 111,6 50 27,5 42,4 1114,1 3121,6 4235,7 141,2 12,0%
12,70% 12,10% 12,10% 19,20% 17,50% 12,00%
Rysunek 4. Rozkład sprawności w zależności od pozycji w osi wylotu mikrofal
5. Kolejne i równoczesne nagrzewanie różnych wsadów
1) Kolejne nagrzewanie różnych wsadów
Tabela 5. Pomiary i obliczenia dla nagrzewania różnych wsadów przez 60s
Masy Temperatury Moc Ilości ciepła Moc Sprawność
Rodzaj
wsadu
m [g] m [g] t [°C] t [°C] P [W] Q [J] Q [J] Q [J] P [W] ·
s x p k e s w u u
Woda 153,6 100 28,0 79,0 1160 5248,5 21369,0 26617,5 443,6 38,2%
Kasza 157,2 100 29,7 93,0 1170 6667,0 11710,5 18377,5 306,3 26,2%
Piasek 136,4 100 30,2 45,5 1100 1398,2 1071,0 2469,2 41,2 3,7%
2) Równoczesne nagrzewanie różnych wsadów
Tabela 6. Pomiary i obliczenia dla równoczesnego nagrzewania różnych wsadów przez 120s
Masy Temperatury Moc Ilości ciepła Moc Sprawność
Rodzaj
wsadu
m [g] m [g] t [°C] t [°C] P [W] Q [J] Q [J] Q [J] Q [J] P [W] ·
s x p k e s w u uc u
woda 153,6 100 33,2 100,0 6874,5 27989,2 34863,7
kasza 157,2 100 29,7 92,3 1160 6593,3 11581,0 18174,3 55023,1 458,5 39,5%
piasek 136,4 100 28,3 40,6 1124,1 861,0 1985,1
6. Wnioski
Pierwszy wniosek odnosi się do zasady działania badanej nagrzewnicy  z Tabeli 1. wywnioskować
możemy, że w przypadku tego typu nagrzewnic, sterowanie mocą dostarczaną do wsadu odbywa się
pośrednio, poprzez zmianę czasu załączenia i wyłączenia magnetronu w jednym cyklu pracy.
Występująca w czasie wyłączenia magnetronu moc czynna pobierana jest przez żarówkę wewnątrz
wnęki nagrzewnicy oraz przez silnik obracający talerz, na którym ustawiony jest wsad.
Kolejnym wnioskiem, jaki możemy wyciągnąć z danych znamionowych, jest to, że rozkład mikrofal we
wnęce nagrzewnicy powinien być nierównomierny, ze względu na długość fali równą około = 0,12 .
Wyniki pomiarów w Tabeli 2. oraz Rysunki 1. i 2. wykazują tą nierównomierność. Wynika z nich
jednoznacznie, że nagrzewnica została zaprojektowana tak, by największa wydajność grzania skupiona
była na środku wnęki (na środku talerza). Najmniejsza wydajność natomiast występuje przy
drzwiczkach zabezpieczających wnękę. Może być to zabieg celowy, ze względu na bliskie
umiejscowienie elektroniki sterującej oraz możliwe umieszczenie ręki przez osoby korzystającej z
nagrzewnicy. Może to również być zbieg okoliczności.
Następnym zbadanym wsadem był wsad duży. Pomiary umieszczone w Tabeli 3. pozwoliły nam
oszacować, jak rozłożenie wsadów we wnęce nagrzewnicy wpływa na rozkład fal. Ze względu na
nieprzenikalność mikrofal przez wsady, możemy zauważyć znaczący spadek wydajności grzania na
polach innych niż pole 23. Oznacza to, że wsad stojący na polu 23 pochłonął znaczną część mikrofal.
Jest to zauważalne na Rysunku 3. Nie oznacza to jednak wzrostu wydajności grzania tego wsadu.
Spadek widoczny pomiędzy tym badaniem a wynikiem z Tabeli 2. dla pola 23 wystąpił prawdopodobnie
ze względu na znaczną zmianę masy szklanki umieszczonej w tym polu oraz przez pochłonięcie energii
przez pozostałe wsady. Na podstawie tego pomiaru możemy również zauważyć, że dla dużego wsadu
moc mikrofal jest największa ze wszystkich pomiarów. Oznacza to, że najwydajniejsze jest
podgrzewanie wielu wsadów równocześnie.
W pomiarach zamieszczonych w Tabeli 4. wykorzystaliśmy kieliszki. Pozwoliło to dokładniej zbadać
rozkład pola w osi falowodu. Rozkład ten widzimy na Rysunku 4. W tym przypadku można oszacować,
że największa wydajność przypada na pole 4. Pole to graniczyło z otworem na środku podkładki
pomocniczej umieszczonej we wnęce. Możemy dzięki temu doprecyzować wcześniejszy wniosek 
najwięcej energii z mikrofal możemy uzyskać około 4-5 centymetrów od środka wnęki w stronę wylotu
mikrofal.
Wyniki zamieszczone w Tabeli 5. ponownie pokazują zasadę działania mikrofal. W tym wypadku jednak
można zauważyć cechę, jaką jest dostrojenie częstotliwości fal tak, by największy wpływ (największą
sprawność) miały na wodę. W przypadku kaszy wydajność ta jest niższa, natomiast w przypadku piasku
wydajność drastycznie spada. Powodem jest różna od częstotliwości mikrofal częstotliwość drgania
cząsteczek wchodzących w skład piasku.
Pomiary, których wyniki zamieszczone w Tabeli 6. obrazują natomiast wpływ umieszczenia na
obrotowym talerzu trzech różnych wsadów. W tej sytuacji widzimy, że temperatury nieznacznie
wzrosły względem umieszczonych w Tabeli 5. Powodem jest to, że podczas obrotu tylko jeden z 3
badanych wsadów znajduje się w danej chwili w punkcie z maksymalną sprawnością grzania.