工業(yè)微波設備抑制器的設計原理

工業(yè)微波設備抑制器的設計原理

    工業(yè)微波設備做為一種新型、節(jié)能降耗的設備，符合國家低碳經(jīng)濟的要求，越來越受到企業(yè)的喜愛，近年得到了非速的發(fā)展。

    隧道式工業(yè)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(xù)傳送物料的出入口，由于高效率的工業(yè)化生產(chǎn)使得出入料口的尺寸往往比較大，這就產(chǎn)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(yè)微波加熱設備的微波能泄漏是設備的重要技術(shù)指標。

    工業(yè)微波設備生產(chǎn)沒有國標，只有企業(yè)標準。而微波泄漏量國家是有規(guī)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(shù)招標，維持低價竟爭。

    東莞市齊協(xié)微波設備有限公司長其以來，以產(chǎn)品品質(zhì)為核心，堅持技術(shù)革新，以人為本。致力發(fā)展設備的穩(wěn)定性，安全性。根據(jù)我公司的經(jīng)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)吸收材料有角錐式泡沫材料、硅橡膠材料、液態(tài)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(yè)多用隧道式工業(yè)微波加熱設備進行干燥、殺菌，其設備結(jié)構(gòu)是一邊為入料口，一邊為出料口，這樣有利于連續(xù)自動化生產(chǎn)。

    食品工業(yè)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(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，因此其抑制效果雖最好，但作為隧道式工業(yè)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(jié)能由于水具有經(jīng)濟、清潔、可循環(huán)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(yè)尤其是食品企業(yè)的生產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)開路狀態(tài)。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(jù)公式進一步計算輸入、輸出通道中所能傳輸?shù)母髂Ｊ降牟▽РㄩLλgmn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(xiàn)有生產(chǎn)設備為例，計算出波導中各模式相應的波長數(shù)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(jié)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(shù)據(jù)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(jù)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(shù)值

    Tab.1 Wavelength value of different mode in waveguide

    模式 λe λg λg/4

    TE10,TM10 820.0 123.8 30.9

主要產(chǎn)品推薦：烘干機 干燥機 殺菌機 微波設備