-twenty
第一节
微波技术
一、微波技术概论
1
、微波概念
微波是指波长在
1m
m
～
1m
范围的电磁波。工业上，科学，医疗常用微波进行加热。常
用微波频率有
433MHz
、
915MHz
、
2375MHz
、
2450MHz
。食品加工中多用
91
5MHz
。家用微波炉
多选用
2450
MHz
。前者微波穿透深度大。
2
、微波加热特点：
加热速度快
微波加热是利用被加热物体本身作为发热体而进行内部加热，
不靠热传导
的作用，
因此可以物体内部
温度迅速提高，
所需加热时间短。
一般只需常规方法的十分之一
到百分之一的时间就可完成整个加热过程
加热均匀性好
微波加热是内部加热，
而且往往具有
自动平衡的性能，
所以与外部加热
相比较，容易达到均匀加热的
目的，避免了表面硬化及不均匀等现象的发生。
加热易于瞬时控制
微波加热的热惯性小，
可以立即发热和升温，
易于控制
，
有利于配
备自动化流水线。
选择性吸收
某些成分非常容易吸收微波，
另一些
成分则不易吸收微波，
这种微波加热
的选择性有利于产品质量的
提高
加热效率高
微波加热设备虽然在电源部分及电子本身要消耗一部分能量，
但由于加热
作用始自加工物料本身，基本上不辐射散热，所以热效率可高达
80%
。
3
、微波加热原理
< br>微波加热不同于其它加热方法，
一般加热由表及里，
微波
直接加热物体内部，
被加热介
质为偶极子（一端带正电，一端带
负电分子）组成。无电场作用时，这些偶极子介质作无规
则运动。有电场时，介质中偶极
子呈有序排列。直流电场中，偶极子带正电一侧朝向负极。
有
电场时，偶极子排列规则，即外加电场给予介质中偶极子以一定“位能”
，介质分子
的极化越剧烈，
介质常数越大，
介质中贮存
能量越多。频繁改变电场方向，
偶极子亦做迅速
摆动。
由于分子的热运动和相邻分子间相互作用，
偶极子摆动便受到干扰和阻碍
，
产生类似
磨擦的作用，使分子获得能量，并以热形式表现出来
，表现为介质温度升高。
物料在微波场中产生热量的多少与外
加电场及物质种类特性有关。外加电场变化越快，
产生热量越多，外加电场越强，产生热
量也越多。即高频率及高电场强度产生热量多。
4
、微波对介质穿透作用
介质指被加工的物料。当物料接触微波时可能会吸收、穿透及反射。含水和脂肪食品，
可吸收微波产生热量。
食品吸收微波后，
微波的场强
和功率衰减，
衰减状态决定微波对介质
穿透能力。
1)
穿透深度
表示物料对微波衰减能力大小，其定义为：
微波功率从物料表面值减至表面值
1
/e
（
36.8%
）时的距离。
De
De
?
?
?
?
r
tan
?
λ
微波波长，
?
r
介电常数，
tan
δ
,
介质损耗角正切
微波功率从物料表面值衰减到表面值
1/2
时距离。半功率穿透深度
D
1/
2
D
1
/
2
?
3
?
8
.
686
?
(
?
r
tan
?
)
由此可知，
微波穿透能力与波长有关。
波长越长，<
/p>
穿透力越强。
由于一般物料
?
?
r
tan
?
≈
1
，微波穿透深度与使用的波长是同一数量级。
与红外线和远红外线加热相比，微波穿透
能力强。
2)
穿透深度与温度的关系
微波的穿透深度也与物质的温度有关。
对水而言，
穿透深度随温度升高而增加，
廋肉的情
况则正好相反。
5
、影响微波加热因素
影响微波加热因素有：微波频率，微波强度，物料介电强度，密度，比热容和介电损耗
角正切，其中物料的介电性质往往又是频率的函数。
1)
频率：
从加热角度看，频率越高，加热速率快。但频率越高，微波波长越短，穿透深
度越小。频率还会影响介质损耗系数，频率越高，介质损耗系数越大。
2)
电场强度
电场强度实际上是与微波加热器功率相关连的指标。
功率大，<
/p>
电场强度大，
加热速度快。
食品加工中，
加热操作需根据加工要求来进行。
加热速率不一定越快越好。<
/p>
微波加热器有功
率调节旋钮，以适应不同的加工要求。
微波加热操作可迅速加热和无惰性的随输出功率的改变而变化，满足食品
不同加工阶段
不同的加热要求。
3)
介电性质：介电强度，介电损耗
不同
的介质一般有不同的介电常数和介质损耗角正切。
水的介电常数和介质损耗角正切
比一般介质大。因此，在一般物料中，含水量越大，其介质损耗也越大。升温越快。物料进
行微波加热时，
随着加热进行，
物料水分含
量降低，物料介电常数及介质损耗下降，升温也
越慢，
就出现了
自动平衡。
微波加热的这种自动平衡作用使物料加热更均匀，
同
时也避免出
现过热的缺陷。
但有些物料在加热时，
温度上升，
其介质损耗系数也升高，
就出现恶性循环
。
冰的介电常数及介质损耗系数均比水小，
< br>微波在加热冷冻食品时，
如不把融化的水随时
排走，则有
可能能量主要被水吸收，而冰得不到加热。
物料的介电性质除
与介电常数和介质损耗角正切有关，
还与微波频率有关。
介电常
数与
频率的关系不是很大，但在高频时的介质损耗系数要比在
9
15 MHz
时的小许多。
4)
物料的密度
物料密度越大，
升温越慢。
物料密度不仅影响微波对物体的加
热，
而且还影响物料的介电
性质。物料密度提高，介电常数以近
似线性关系趋于增加。
5)
物料的比热容
比热容小的物质温度升高的速度快
食
品往往是多种原材料配制而成的多组分混合体系。
不同成分具有不同的比热容，
从而
会有不同的温升速度；
不同的组分又呈现不
同的介电特性
（不同的介电常数，
和介质损耗角
正切）
，有不同的吸收微波功率的能力。因此，在多组分仪器的微波加热研究中
，应该很好
发对比热容加以控制，以便使各组分的加热速度达到基本同步的要求。
上述讨论的这些因素有些相互关联，
有些还
受别的因素影响。
例如物料的介电特性和比
热容不仅受温度的影
响，
而且也与食品中的盐浓度的关，
盐含量增加，
加热速度便加快，穿
透深度便减小。
影响微波加热的
因素非常复杂，
实际工作中应审慎考虑选择和掌握各项控制
条件
。
6
、物料的微波吸收功率和温度升高
物料吸收微波的能力主要由介电常数，
介质损耗角正切来决定，
另外与电场强度和微波
工作频率有关。
其中，
介电常数是阻止微波能量穿过的能力量度，
介质损耗角正
切为介质消
耗微波能量的效率。
P<
/p>
?
2
?
f
?
r
?
0
E
2
tan
?
?
5
.
56
?
10
?
11
f
?
r
E
< br>2
tan
?
< br>为了提高介质吸收功率，可提高电场强度（
E
）
，电场强度不能提高太多，否则，会将电
极之间击穿。微波能量通过物料
时被吸收，并转变为热能，其升温可用下式表示：
5
.
56
?
10
?
11
f
?
r
E
2
tan
?
?
T
?
，即单位体积物料温度升高与物料的吸收功率成正比，
?
c
与物料密度，比热容成反比。
二、微波加热工艺的计算
加热物料的微波功率
P
?
?
Tcm
P
－耗用微波功率，Δ
T
－
物料温升，
c
－物料比热容，
t
m
－物料质量，
t
－微波作用时间
'
?
Tcm
?
Q
m
’
物料干燥微波功率
P
?
Q
－液体蒸发潜热
/
汽化潜热，
m
－蒸发的液体量
100
0
t
电源总功率的估算
P
?
'
P
?
< br>
P
－需选用微波加热器的功
率容量，
P
－计算得到微波功率
，
η－微波加热效率，一般
0.5
～
0.8
计算
得到的
P
值是在理想状态所需功率，
实
际上在微波加热器内微波功率不可能全被物
料吸收，分三部分，
一部分物料吸收，一部分微波加热器本身所消耗，
另一部分在波导管内
< br>因反射而损失，所以选择微波加热器功率容量时，要适当加大。
三、微波加热设备
一般由电源，
微波管
（微波发生器）
，
< br>波导管
（连接波导）
，
微波加热
器及冷却系统组成。
1
、微波加热器分类
按被加热物和微波场的作用形式可分为驻波场谐振腔加热器，
行波场波导加热器
，
辐射
型加热器，慢波型加热器。
可根据结构分为箱式，隧道式，平板式，曲波导式和直波导式
箱式微波加热器，驻波场谐振腔加热器
特点：微波利用率高，泄漏少，较安全，适宜块状物体加工，
快速加热，烹调，消毒
隧道式加热器，连续式谐振腔加热器
特点：实现连续加热，有防微波泄漏装置，用于木材干燥，奶糕，茶叶加工
波导型微波加热器，行波场波导加热器
波导一端输入波导，在另一端吸收剩余能量（水负载）
，使微波在波导内无反射传输，
构成行波场。有以下几种形式：
开槽
波导加热器，蛇形波导加热器，曲折波导加热器，
V
型波导加热
器，直波导加热器
辐射型波导加热器
产生的微波通过一定转换装置，再经辐射器向外辐射的一种加热器
特点：加热简单，易实现连续加热，设计制造也比较方便
慢波型微波加热器（表面波加热器）
微波沿导体表面传输加热器，微波传送速度比空间慢
特点：加热效率高，因为能量集中在电路里很狭区域传送，电场相对集中。
微波真空干燥箱
微波加热和真空干燥相结合，其特点是干燥速度快。
四、微波加热在食品加工中的应用
烹调食品，干燥，解冻，杀菌，灭酶，焙烤，烘烤，膨化食品
-twenty
-twenty
-twenty
-twenty
-twenty
-twenty
-twenty
-twenty
-
上一篇：第七章外汇期货与外汇期权
下一篇：微波炉的说明文作文英语