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微波加热及应用知识（连载三） （接上集） 连续波磁控管由于其结构简单，重量轻，效率高，成本较低，寿命较长，使用简便，所以在微波加热中得以广泛应用。举例如下： CK -604磁控管，f=915±25MC ，P=10~20Kw; C K-614磁控管, f=2450MC ±30MC ，P≥5 KW; 另外用于小功率微波加热和电疗的有CK -144管， f=2450±30MC，P =200w和400W两种。 以上管子已在微波加熱中获得广泛应用性能良好、工作稳定。 2 、多腔速调管 在频率较高而功率很大的场合，用磁控管已不能满足要求，这时通常采用多腔速调管。多腔速调管是一种放大器件，可以用很小的功率来推动速调管而产生大功率。速调管虽然在效率方面比磁控管略低，结构也复杂，价格也贵，但是单管可以获得的功率却比较大，寿命也比磁控管长。 3、 连续波磁控管的正确使用。 四、微液加热设备 微波加热设备主要由直流电源、微波管，连接波导、加热器及控制系统、传动系统、冷却系统组成,如图4-1所示。
微波加热器按加热物和微波场作用的型式，可分为a、驻波型谐报腔加热器；b、行波型波导加热器；c、辐射型加热器d、慢波型加热器等几大类。 1、驻波型谐振腔加热器： 微波箱就是利用驻波场的微波加热器，它的结构由矩形谐振腔器、输入波导，搅拌器，扼流门、等组成，如图4—2所示。
当微波能量馈入箱体后，因每边长度都大于1/2λ，从不同的方向都有波的反射，因此被加热物料在箱体内各个方面受热,微波能量在箱体内多次反射，直至能量用于加热。为了均匀加热，谐振腔采用多模运用，加搅拌器以及采用多口照射，旋转天线和采用转台等。 为了连续地使被加热物加热，采用多个箱体串联的所谓“隧道式微波炉”，如图4—3所示。
其进出口为防止微波泄漏装有金属档板、金属悬链、金属抑制片、金属群岛装置等金属抑制器或石墨吸收片、水负载等吸收式抑制器。牢固而安全的微波炉门是驻波型谐振腔加热器的关键部件之一，可采用扼流加吸收的装置。充分的通风排湿机构是连续加热物料的必要条件。 2、 行波型波导加热器： ① 直波导加热器：如图4-4所示，
它由馈入波导、主波导、水负载、断路器及传送系统组成。微波管在激励器内建立起高频电场：电磁波经调配器到达T型接头,然后平均馈入主波导，主波导是被加热物与微波能量作用的场所，这里采用TE10型波。水负载用于吸收没有被加热物吸收完的剩余能量。为了防止微波能量外漏，在工作的进出口使用了反射元件——断路器，传送带采用低损耗材料，沿寛边底部穿过波导。 由于TE10型波沿宽边是正弦分布，即宽边中央电场较强而两边较弱，为了改善电场分布，使物料受热更为均匀，在矩形波导的基础上，产生了V形波导和脊弓波导，如图4--5所示。
2 压缩曲折波导： 既然当矩形波导中传播TE10型波时，宽边中央场强最大，故启示人们在波导宽边中间沿传输方向开槽，当被加热物从波导槽缝中通过时,吸收微波功率最多，剩余微波功率被终端水负载所吸收。其结构示意图如图4-6所示。
压缩曲折波导具有微波利用率高与微波管匹配好，泄漏微波功率小，占地面积小，可连续处理物料，用途广泛等一系列优点，因此应用在薄片状、线状、颗粒状物料加热，干燥较多。 3、辐射型加热器： 某些物料的加热干燥可直接采用喇叭天线照射，其结构示于国4-7。
4、慢波型加热器： 当加工介质损耗小，表面积大以及热容量小的薄片物料时，由于其本身不易被加热而散热却较快，因此，必须在短时间内施加大的微波功率，以提高加热效率，因此出现了又一类加热器。由于此类加热器中，电磁波沿传输方向的速度低于光速，因而称为“慢波”加热器，它的设计制造关键是输入，输出的匹配问题。分为梯形加热器，螺旋线加热器等。示于图4--8中。
由于在慢波线附近集中了很强的电场，因此当薄片状和线状物通过时，获得高效率加热，加热效率可提高10～20倍。离开表面电场,功率密度随距离按指数迅速衰减，所以微波泄漏较小，对人体是安全的。此类加热器是敞开的，使用方便，也简化了通风设备。 5、 其他新型加热器： 随着微波加热应用不断广泛，新型加热器接锺出现，有平板加热器、裁止型加热器，其特点是结构简单、加热效率高。对于薄片状、线状、粒状物料效果极好。如图4--9示出结构。
6、 如何选择加热器： ① 频率的选择:目前微波加热频率有915兆赫和2450兆赫两种。选择频率可根据加工物料的体积厚度,物料的含水量及介面损耗和生产量、成本以及设备体积等而定。 ② 加热器的选择： 各种加热器的特点如表2所示。
选择什么形式加热器，取决于加工物料的形状，数量及加工要求.但必须根据不同的加工对象，经过多次试验，才能定下方案，用于生产还要与不同厂家的实际情况结合起来。 五、 微波加热的特点及其应用 这里先说一下微波与材料的相互作用，微波与铜、银、铝等良导体作用，金属反射微波能量，所以这些金属可以做作成波导管传输微波能量。 微波与玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等绝缘体相互作用，由于它们损耗很小，所以吸收和反射微薄很少，它们的作用是透射微波，因此可在微波系统中作传送带、支杆等。微波与有耗介质的作用，是我们所关心并加以应用的，因为这些介质都是有耗介质，特别当含水和其他极性分于时，它们可以吸收微波能量并把它变为热量，使水蒸发，达到加热，干燥、灭菌之目的。 那末微波怎样和有耗介质相互作用呢?也就是说微波加热的原理是什么呢？ 我们知道有耗介质由许多一端带正电，另一端带负电的极性分于组成，如图5---1所示，
如果将介质放在两金属板之间,因介质内的极性分子作杂乱运动，所以分子的排列，毫无规则，整个介质也不呈现极性。当把开关K闭合后，两金属板之间就有了直流电场，其内部的偶极子就重新进行排列和取向，使杂乱运动的偶极子变成了有一定取向的有规则排列的极化分子，这时外加电场给于偶极子“位能”，极化现象越强，材料中储能也就越多。 如果我们将电源正负极换一下，则金属板带电换向，偶极子的取向也随之旋转180度，50周的交流电使偶极子取向每秒变化100次， 915兆赫的频率则使偶极子取向每秒钟变化近20亿次，由于偶极子飞快的不断取向，与相邻分子产生了类似摩擦的作用，使杂乱热运动的分子获得能量，于是介质的温度也随之升高，因之可以加热、干燥和灭菌。 显而易见，微波加热吸收功率Pa与加热频率f，电场强度E和物料的损耗因数εr tgδ成正比，即： Pa~fE^2εr tgδ 对于不同介质，εr tgδ不同，水的εr 和tgδ比一般介质为大，因此，一般情况下，加工物料含水量越大，其介质损耗也越大。此外εr tgδ与频率，温度以及物料的结构有关，这要求在试验中不断摸索规律。 微波加热穿透深度D与波长λ同一数量级，公式写为：
λ:自由空间波长 tgδ:损耗角 εr :介电常数 从上式看出，频率f越高，波长λ越小，穿透深度D也越小，所以加热频率f的选择，应根据物料的大小、形状、所需穿透深度折衷考虑，由于远红外、红外干燥λ< 0.1mm，穿能力很差，只能干燥表面薄层，而热透入物体内部主要靠热传导，这样不仅加热时间长，而且易造成“外焦里不干”的现象。 微波加热有什么独特的优越性呢？ 1 加工速度快:“里外一齐加热”是微波加热的独特之处，不象传统的加热方法由表及里的热传导，因而只需常规方法的1/10到1/100的时间，就可完成加热。 2 产品质量高：由于加热时间短，因此容易保持食品的色、香、味和维生素,对于热稳定性差的物料这点尤为可贵。 3 反应灵敏:便于自动控制。目前国外已有用程控微波加热。 4 加热均匀：由于选择性加热，具有温度自动平衡性能，可以避免常观方法中表面硬化及不均匀现象。 5 热效率高:设备占地面积小，避免环境高温改善劳动条件。 虽然微波加热设备一次投资费用较大，但从长远看来，可以节省劳动力，提高工效。减少次品，从而降低成本。表3是各种加热方法比较
（待续） |
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