工業(yè)用微波設(shè)備原理

微波技術(shù)是一門需要高度實(shí)驗(yàn)技能的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，微波技術(shù)的理論基礎(chǔ)是經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論，其目標(biāo)是解決微波應(yīng)用工程中的實(shí)際問題，微波是一門理論與實(shí)踐密切結(jié)合的科技知識(shí)。

微波是一種頻率非常高的電磁波。微波包括的波長范圍沒有明確的界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三個(gè)波段，也就是波長從1mm到1m左右的電磁波。由于微波的頻率很高，所以也叫超高頻電磁波。目前國內(nèi)只有915MHz和2450MHz被廣泛使用。

微波是電磁波，它具有電磁波的諸如反射、透射干涉、衍射、偏振以及伴隨著電磁波能量傳輸?shù)炔▌?dòng)特性，這就決定了微波的產(chǎn)生、傳輸、放大、輻射等問題都不同于普通的無線電、交流電。微波系統(tǒng)沒有導(dǎo)線式電路，通常應(yīng)用所謂“場(chǎng)”的概念來分析系統(tǒng)內(nèi)電磁波的結(jié)構(gòu)，并采用功率、頻率、阻抗、駐波等作為微波測(cè)量的基本量。

1、微波的穿透深度

①、滲透深度（穿透深度） 當(dāng)微波進(jìn)入物料時(shí)，物料表面的能量密度是最大的，隨著微波向物料內(nèi)部的滲透，其能量呈指數(shù)衰減，同時(shí)微波的能量釋放給了物料。滲透深度可表示物料對(duì)微波能的衰減能力的大小。一般它有兩種定義：

②、滲透深度為微波功率從物料表面減至表面值的1/e（36.8%）時(shí)的距離，用DE表示，e為自然對(duì)數(shù)底值。

DE=λ0/π gδ 式中λ0－－－－－－－－ 自由空間波長；

ε－－－－－－－－-介電常數(shù)；

tgδ－－－－－－-介質(zhì)損耗。

③、微波功率從物料表面衰減到表面值的1/2時(shí)的距離，即所謂半功率滲透深度D1/2，其表達(dá)式為：

滲透深度隨波長的增大而變化，它與頻率有關(guān)，頻率越高，波長越短，其穿透力也越弱。微波在空氣中的滲透深度：2450MHz為12.2cm;915Mhz為33.3cm。

特別注意提醒：微波進(jìn)入物料后，物料吸收微波能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⒉ǖ膱?chǎng)強(qiáng)和功率就不斷地被衰減，即微波透入物料后將進(jìn)入衰減狀態(tài)。不同的物料對(duì)微波能的吸收衰減能力是不同的，這隨物料的介電特性而定。衰減狀態(tài)決定著微波對(duì)介質(zhì)的穿透能力。

2、微波的熱效率

工業(yè)微波設(shè)備在生產(chǎn)工作中的熱效率計(jì)算方法，行業(yè)內(nèi)多數(shù)企業(yè)幾乎依據(jù)1Kw的微波輸出功率在1h時(shí)間內(nèi)烘干1kg的水來籠統(tǒng)計(jì)算。這樣的計(jì)算結(jié)果在設(shè)備工作過程中給客戶和生產(chǎn)企業(yè)帶來很多莫名的誤區(qū)，從而給工業(yè)微波造成不必要的負(fù)面影響。

假設(shè)微波設(shè)備的輸出功率為P0（kW），那么微波設(shè)備在1h的工作過程中，所產(chǎn)生的熱效率應(yīng)進(jìn)行如下的估算：

式中：η微波加熱效率，其值的大小與加熱器損耗和負(fù)荷匹配系數(shù)確定，一般做到0.7～0.9；

K為常數(shù)，（橡膠材料K=860kcal/kwh）；

被加熱物料升溫（℃）所需要的熱量為：

加熱時(shí)間t（min）為：×60

按照此計(jì)算理論，不同的物料K值不同，所以，需要的熱量值不一樣。K值與物料的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切（tgδ，簡(jiǎn)稱介質(zhì)損耗）、比熱、形狀、含水量的大小等有關(guān)系。