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微波知識

工業微波設備抑制器的設計原理

發表時間:2012-12-28

工業微波設備抑制器的設計原理

    工業微波設備做為一種新型、節能降耗的設備,符合國家低碳經濟的要求,越來越受到企業的喜愛,近年得到了非速的發展。

    隧道式工業微波是把多個箱型微波加熱器串接起來組成隧道式微波加熱設備,在設備的兩端設置連續傳送物料的出入口,由于高效率的工業化生產使得出入料口的尺寸往往比較大,這就產生了出入料口的尺寸與微波能泄漏之間的矛盾,泄漏出來的微波能一方面不利于能量的有效利用;另一方面如果泄漏量過大,工作人員長期操作會有損操作人員的身體健康,所以,能否有效抑制隧道式工業微波加熱設備的微波能泄漏是設備的重要技術指標。

    工業微波設備生產沒有國標,只有企業標準。而微波泄漏量國家是有規定的,具體的量:在距離設備5cm處,微波泄漏≤5mW/cm2(2450MHz)和微波泄漏≤1mW/cm2(915MHz)。

    隨著原材料、人工的價格上降,市場竟爭越來越激烈,很多微波設備廠家只有盡可能的降低成本,犧牲設備的主要技術招標,維持低價竟爭。

    東莞市齊協微波設備有限公司長其以來,以產品品質為核心,堅持技術革新,以人為本。致力發展設備的穩定性,安全性。根據我公司的經驗,就微波抑制器的設計與大家分享。

    一、抑制器的概述

    目前,一般微波設備出入口處大多采用截止波導式漏能抑制器、1/4波長波導槽抑制器來防止微波的泄漏。這些方法的缺點在于:只對幾個主要高次模進行了抑制,防泄漏能力較差;體積龐大,均需改進。微波抑抑器的設計應根據微波的傳輸特性、微波加熱設備的傳動形式以及加工物料要求等多方面來設計。

    二、抑制方法選擇原則

    抑制微波能的泄漏有很多方法,根據不同原理可分為電抗性漏能抑制器、電阻性漏能抑制器、屏蔽式漏能抑制器3種。電抗性漏能抑制器根據抑制器形狀有梳狀板式和1/4波長波導槽式等抑制器;電阻性漏能抑制器根據吸收材料有角錐式泡沫材料、硅橡膠材料、液態水等抑制器。屏蔽式漏能抑制器有防微波爐門和防微波布簾門等抑制器。

    食品工業多用隧道式工業微波加熱設備進行干燥、殺菌,其設備結構是一邊為入料口,一邊為出料口,這樣有利于連續自動化生產。

    食品工業要求被加工的食品物料不能受到干燥過程中的污染,這樣就對微波能泄漏的抑制有更高的要求。由于屏蔽式漏能抑制器不能使微波加熱設備實現連續化生產,因此其抑制效果雖最好,但作為隧道式工業微波加熱設備卻不是最理想的。

    電抗性漏能抑制器可對微波的幾種主要傳輸模式進行抑制,若要對各種模式都有抑制作用,則要求抑制器的長度要足夠長,設備占地空間大;電阻式漏能抑制器如鐵氧體、石墨或活性碳、水等屬于耗散性衰減材料,對各種工作頻率模式的微波均能起吸收作用,抑制器會吸收微波能,不利于設備的高效、節能由于水具有經濟、清潔、可循環利用、取用方便等特性,所以用水作為微波能泄漏的抑制器材料適合于各類企業尤其是食品企業的生產實際要求。但若要求水對所有傳輸模式進行抑制,則需要大量的水作為負載,這樣給水負載設備制造與加工帶來困難。

    故由上可知,理想的抑制器應為以電抗性漏能抑制器為主,電阻式漏能抑制器為輔,電抗性漏能抑制器可把部分微波能量反射回加熱器中,部分耗散在加熱器的皮導壁上。如果還有部分能量泄漏,可在抑制器末端放置電阻式漏能抑制器,直到漏能在安全標準以內為止。

    三、抑制器的設計原理

    1、抑制器的設計

    1)電抗式漏能抑制器(1/4長波導槽抑制器設計)。由電磁場輻射理論可知,當切斷(諸如,在波導上開槽或者開孔,又或者是加熱器箱體周圍的接縫不嚴密等)壁面電流的通路時,將引起波導內能量向外輻射。利用這個特性,常在波導壁上適當位置開槽或開孔,以達到微波能量激勵或耦合軾能。對于各特定的場型模式,在端口的寬邊上加上一組短路波導槽(抗流片、柱),其長度為該模式的1/4波長,可使微波能量傳播呈現開路狀態。對于1/4長波導槽抑制器,應首先確定傳輸模式及其截止波長:

    由波導傳輸理論可知,波導中波型只有TE波和TM波,空矩形波導的TEmn各TMmn模式截止波長由式(1)求解:λe=2/

    式中:a—輸入、輸出口截面尺寸的寬度;b—輸入、輸出口截面尺寸的高度。

    再根據公式進一步計算輸入、輸出通道中所能傳輸的各模式的波導波長λgmn的求解公式為:λgmn=λ0

    因為我們實驗用的微波干燥設備一般備采用2450MHz的頻率,所以式中的求解,由式(1)計算:λ0=c/¦

    其中c=3×108m/s,可知λ0= c/f= =122.4mm

    以現有生產設備為例,計算出波導中各模式相應的波長數值以及其截止波長,設備的輸入、輸出口截面尺寸的寬度a=410mm,高度b=120mm。計算的結果如表1。由于在實際應用中通道常被物料部分填表充,因此所得估算數據應作適當修正。為分析簡便起見,作空波導近似處理。

    由表1可知,如果限不同的波導波長λg組面一系列λg/4深度的波導槽,可對不同的模式進行衰減,起到抑制漏能作用,但根據設備實際輸入、輸出口的情況,只能選擇小于40mm的波導槽。因為若要對全部模式進行抑制,則進出料口的尺寸將很小,料筐無法通過。

    表1 波導中各模式相的波長數值

    Tab.1 Wavelength value of different mode in waveguide

    模式 λe λg λg/4

    TE10,TM10 820.0 123.8 30.9

 

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