第一节微波技术

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1、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1mm～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915MHz。家用微波炉多选用2450MHz。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

2、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

3、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

4、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。Deλ微波波长，介电常数，tanδ,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D1/2　　　　　由此可知，微波穿透能力与波长有关。波长越长，穿透力越强。由于一般物料≈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。1)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

5、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，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。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

6、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，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

7、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915MHz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