微波炉工作原理

1946年，斯潘瑟还是美国雷声公司的讨论员。一个偶然的机会，他发觉微波溶化了糖果。事实证明，微波辐射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。1947年，第一台微波炉问世。顾名思义，微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有"共性"：微波一遇到金属就发生反射，金属根本没有方法汲取或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被汲取。微波炉正是采用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之运动，猛烈的运动产生了大量的热能，于是食物"煮"熟了。这就是微波炉加热的原理。用一般炉灶煮食物时，热量总是从食物外部渐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪,热量则是直接深化食物内部，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上。目前，其他各种炉灶的热效率无法与它相比。而微波炉由于烹饪的时间很短，能很好地保持食物中的维生素和自然风味。比如，用微波炉煮青豌豆，几乎可以使维生素C一点都不损失。此外，微波还可以消毒杀菌。使用微波炉时，应留意不要空"烧"，由于空"烧”时，微波的能量无法被汲取，这样很简洁损坏磁控管。此外，人体组织是含有大量水分的，肯定要在磁控管停止工作后，再打开炉门，提取食物。摘自《科学转变人类生活的100个瞬间》［七］炉内应常常保持清洁。在断开电源后，使用湿布与中性洗涤剂擦拭，不要冲洗，勿让水流入炉内电器中。［八］定期检查炉门四周和门锁。如有损坏、闭合不良，应停止使用，以防微波泄漏。不宜把脸贴近微波炉观看窗，防止眼睛因微波辐射而受损伤。也不宜长时间受到微波照耀,以防引起头晕、目眩、乏力、消瘦、脱发等症状，使人体受损电磁波依照波长的长短以及产生电磁辐射的方式进行分类电磁波的分类范围，，，，，波长（cm）,,,,,,,频率（Hz,波数（cm-1）无线电波,,,,>30,,,,,,,,,<109<0.03微波，，，，，30-0.1,,,,,,1x109-3x1011…,0.03-10远红外,,0.1-5x10-3,,,,,,3x1011-6x1012,,,,10-200中红外,,6x10-3-2.5x10-4,,6x1012-1.2x1014,,,200-4,000近红外,2.5x10-4-7.8x10-5,,,1.2x1014-3.8x1014,,4,000-12,800可见光,7.8x10-5-3.8x10-5,,3.8x1014-7.9x1014,,12,800-26,300近紫外线3.8x10-5-2x10-5,,,7.9x1014-1.5x1015,,26,300-50,000远紫夕卜,2x10-5-1x10-6,,,,1.5x10-15-3x1016,,50,000-1x106x射线,10-6-10-83x1017-3x1019,,,,1x106-1x108丫射线,,,<10-8,,,,,,,,,>3x1019,,,,,,,>1x108微波炉原理概述微波能量是由微波发生器产生的，微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源（简称电源或微波源）的作用是把常用的沟通电能变成直流电能，为微波管的工作制造条件。微波管是微波发生器的核心，它将直流电能转变成微波能。微波管有微波晶体管和微波电子管两大类。微波晶体管输出功率较小，一般用于测量和通讯等领域。微波电子管种类很多，常用的有磁控管、速调管、行波管等。它们的工作原理不同、结构不同、性能各异，在雷达、导航、通讯、电子对抗和加热，科学讨论等方面都得到广泛的应用。由于量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。磁控管种类很多，这里主要介绍多腔连续波磁控管。磁控管的结构简洁、效率高、工作电压低、电源简洁和适应负载变化的力量强，因而特殊适用于微波加热和微波能的其他应用。磁控管由于工作状态的不同可分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类。微波加热设施主要工作于连续波状态，所以多用连续波磁控管。磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的掌握下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。管子内部保持高真空状态。下面分别介绍各部分的结构及其作用。1阳极阳极是磁控管的主要组成之一，它与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间。在恒定磁场和恒定电场的作用下，电子在此空间内完成能量转换的任务。磁控管的阳极除与一般的二极管的阳极一样收集电子外，还对高频电磁场的振荡频率起着打算性的作用。阳极由导电良好的金属材料（如无氧铜）制成，并设有多个谐振腔，谐振腔的数目必需是偶数，管子的工作频率越高腔数越多。阳极谐振腔的型式常为孔槽形、扇形和槽扇型,阳极上的每一个小谐振腔相当于一个并联的2C振荡回路。以槽扇型腔为例，可以认为腔的槽部分主要构成振荡回路的电容，而其扇形部分主要构成振荡回路的电感。由微波技术理论可知，谐振腔的谐振频率与腔体的几何尺寸成反比。腔体越大其工作频率越低。于是,我们可以依据腔体的尺寸来估量它的工作频段。磁控管的阳极由很多谐振腔耦合在一起，形成一个简单的谐振系统。这个系统的谐振腔频率主要打算于每个小谐振腔的谐振频率，我们也可以依据小谐振腔的大小来估量磁控管的工作频段。磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外，还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使磁控管稳定的工作在所需的模式上，常用"隔型带"来隔离干扰模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来，以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。此外，由于经能量交换后的电子还具有肯定的能量，这些电子打上阳极使阳极温度上升,阳极收集的电子越多（即电流越大），或电子的能量越大值旨量转换率越低），阳极温度越高,因此,阳极需有良好的散热力量.一般状况下功率管采纳强迫风冷，阳极带有散热片.大功率管则多用水冷，阳极上有冷却水套。2阴极及其引线磁控管的阴极即电子的放射体，又是相互作用空间的一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大，被视为整个管子的心脏。阴极的种类很多，性能各异。连续波磁控管中常用直热式阴极，它由铝丝或纯铝丝绕成螺旋外形，通电流加热到规定温度后就具有放射电子的力量。这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击力量强等优点，在连续波磁控管中得到广泛的应用。此种阴极加热电流大，要求阴极引线要短而粗，连接部分要接触良好。大功率管的阴极引线工作时温度很高，常用强迫风冷散热。磁控管工作时阴极接负高压，因此引线部分应有良好的绝缘性能并能满意真空密封的要求。为防止因电子回轰而使阳极过热，磁控管工作稳定后应按规定降低阴极电流以延长使用寿命。3能量输出器能量输出器是把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载去的装置。能量输出装置的作用是无损耗，无击穿地通过微波，保证管子的真空密封，同时还要做到便于与外部系统相连接。小功率连续波磁控管大多采纳同轴输出在阳极谐振腔高频磁场最强的地方。放置一个耦合环，当穿过环面的磁通量变化时，将在环上产生高频感应电流，从而将高频功率引到环外。耦合环面积越大耦合越强。大功率连续波磁控管常用轴向能量输出器，输出天线通过极靴孔洞连接到阳极翼片上。天线一般做成条状或圆棒也可为锥体。整个天线被输出窗密封。输出窗常用低损耗特性的玻璃或陶瓷制成。它不须保证微波能量无损耗的通过和具有良好的真空气密性。大功率管的输出窗常用强迫风冷来降低由于介质损耗所产生的热量。4磁路系统磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高，所加磁场越强。磁控管的磁路系统就是产生恒定磁场的装置。磁路系统分永磁和电磁两大类。永磁系统一般用于小功率管，磁钢与管芯坚固合为一体构成所谓包装式。大功率管多用电磁铁产生磁场，管芯和电磁铁协作使用，管芯内有上、下极靴，以固定磁隙的距离。磁控管工作时，可以很便利的靠转变磁场强度的大小，来调整输出功率和工作频率。此外，还可以将阳极电流馈入电磁线包以提高管子工作的稳定性。5磁控管的正确使用磁控管是微波应用设施的心脏，因此，磁控管的正确使用是维护微波设施正常工作的必要条件。磁控管在使用时应留意以下几个问题：一、负载要匹配。无论什么设施都要求磁控管的输出负载尽可能做到匹配，也就是它的电压驻波比应尽可能的小。驻波大不仅反射功率大，使被处理物料实际得到的功率削减，而且会引起磁控管跳模和阴极过热，严峻时会损坏管子。跳模时，阳极电流突然消失跌落。引起跳模的缘由除管子本身模式分隔度小外，主要有以下几个方面:；(1)电源内阻太大，空载高而激起非H模式。(2)负载严峻失配，不利相位的反射减弱了高频场与电子流的相互作用，而不能维持正常的TI模振荡。(3)灯丝加热不足，引起放射不足，或因管内放气使阴极中毒引起放射不足，不能供应TI模振荡所需的管子电流。为避开跳模的发生，要求电源内阻不能过大，负载应匹配，灯丝加热电流应符合说明书要求二、冷却。冷却是保证磁控管正常管工作的条件之一，大功率磁控管的阳极常用水冷，其阴极灯丝引出部分及输出陶瓷窗同时进行强迫风冷，有些电磁铁也用风冷或水冷。冷却不良将使管子过热而不能正常工作，严峻时将烧坏管子。应严禁在冷却不足的条件下工作。三、合理调整阴极加热功率。磁控管起振后，由于不利电子回轰阴极使阴极温度上升而处于过热状态，阴极过热将使材料蒸发加剧，寿命缩短，严峻时将烧坏阴极。防止阴极过热的方法是按规定调整降低阴极加热功率。五、保存和运输磁控管的电极材料为无氧铜、可伐等，在酸、碱湿气中易于氧化。因此，磁控管的保存应防潮、避开酸碱气氛。防止高温氧化。包装式磁控管因带磁钢，应防止磁钢的磁性变化，存在时应在管子四周10厘米内不得有铁磁物质存在。管子运输过程中应放入专用防振包装箱内，以防止受振动撞击而受损坏。微波炉的基本结构微波炉的基本外形和构造①门平安联锁开关——确保炉门打开彳散波炉不能工作，炉门关上徜｛波炉才能工作；②视屏窗——有金属屏蔽层，可透过网孔观看食物的烹饪状况；③通风口确保烹饪时通风良好;④转盘支承——带动玻璃转盘转动;⑤玻璃转盘——装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹饪匀称；⑥掌握板——掌握各档烹饪;⑦炉门开关——按此开关，炉门打开。具体工作原理(1)炉腔。炉腔是一个微波谐振腔，是把微波能变为热能对食品进行加热的空间。为了使炉腔内的食物匀称加热，微波炉炉腔内设有特地的装置。最初生产的微波炉是在炉腔顶部装有金属扇页，即微波搅拌器，以干扰微波在炉腔中的传播，从而使食物加热更加匀称。目前，则是在微波炉的炉腔底部装一只由微型电机带动的玻璃转盘，把被加热食品放在转盘上与转盘一起绕电机轴旋转，使其与炉内的高频电磁场作相对运动，来达到炉内食品匀称加热的目的。国内独创的自动升降型转盘，使得加热更匀称，烹饪效果更抱负。(2)炉门。炉门是食品的进出口，也是微波炉炉腔的重要组成部分。对它要求很高，即要求从门外可以观看到炉腔内食品加热的状况，又不能让微波泄漏出来。炉门由金属框架和玻璃观看窗组成。观看窗的玻璃夹层中有一层金属微孔网，既可透过它看到食品，又可防止微波泄漏。由于玻璃夹层中的金属网的网孔大小是经过精密计算的，所以完全可以阻挡微波的穿透。为了防止微波的泄漏，微波炉的开关系统由多重平安联锁微动开关装置组成。炉门没有关好，就不能使微波炉工作，微波炉不工作，也就谈不上有微波泄漏的问题To为了防止在微波炉炉门关上后微波从炉门与腔体之间的缝隙中泄漏出来，在微波炉的炉门四周安有抗流槽结构，或装有能汲取微波的材料，如由硅橡胶做的门封条，能将可能泄漏的少量微波汲取掉。抗流槽是在门内设置的一条异型槽结构，它具有引导微波反转相位的作用。在抗流槽入口处，微波会被它逆向的反射波抵销，这样微波就不会泄漏了。由于门封条简洁破损或老化而造成防泄作用降低，因此现在大多数微波炉均采纳抗流槽结构来防止微波泄漏，很少采纳硅橡胶门封条。抗流槽结构是从微波辐射的原理上得到的防止微波泄漏的稳定牢靠的方法。广东格兰仕企业(集团)公司生产的格兰仕微波炉所采纳的就是国际上最先进的抗流槽结构和生产工艺，加上其开发研制的多重防微波泄漏技术，使微波泄漏掌握技术达到国际先进水平。(3)电气电路。电气电路分低压电路、掌握电路和高压电路三部分。高压变压器次级绕组之后的电路为高压电路，主要包括磁控管、高压电容器、高压变压器、高压二极管。(4)磁控管。磁控管是微波炉的心脏，微波能就是由它产生并放射出来的。磁控管工作时需要很高的脉动直流阳极电压和约3〜4V的阴极电压。由高压变压器及高压电容器、高压二极管构成的倍压整流电路为磁控管供应了满意上述要求的工作电压。高压变压器初级绕组之前至微波炉电源入口之间的电路为低压电路(也包括了掌握电路),主要包括保险管、热断路器爰护开关、联锁微动开关、照明灯、定时器及功率安排器开关、转盘电机、风扇电机等。(5)定时器。微波炉一般有两种定时方式，即机械式定时和电脑定时。基本功能是选择设定工作时间，设定时间过后，定时器自动切断微波炉主电路。(6)功率安排器。功率安排器用来调整磁控管的平均工作时间(即磁控管断续工作时,"工作"、"停止"时间的比例)，从而达到调整微波炉平均输出功率的目的。机械掌握式一般有3〜6个刻度档位，而电脑掌握式微波炉可有10个调整档位。(7)联锁微动开关。联锁微动开关是微波炉的一组重要平安装置。它有多重联锁作用，均通过炉门的开门按键或炉门把手上的开门按键加以掌握。当炉门未关闭好或炉门打开时,断开电路，使微波炉停止工作。(8)热断路器。热断路器是用来监控磁控管或炉腔工作温度的元件。当工作温度超过某一限值时，热断路器会马上切断电源，使微波炉停止工作。微波炉，顾名思义是用微波来加热，用的频率是24.5亿赫左右的超短波，它由磁控管产生，经微波炉金属器壁反射再反射后，被炉中的食物吸收。食物能吸收微波是因为食物中含有水分。水分子为极性分子，一端为正极，一端为负极，而微波是电磁波，有正半周与负半周。24.5亿赫即表示该微波在一秒钟内变换正负极达24.5亿次，每换一次，水分子即跟随反转一次；由于水分子一直振动反射，也就摩擦生热，热被食物分子吸收，食物就会变热、变熟。并不是任何容器都适合装食物放进微波炉内加热的，譬如金属容器就不能。这是因为金属会反射微波，使食物中的水分子无法吸收，且会发出刺耳的声音。微波容器必须能让微波穿透，进入食物，又能耐高温，不致燃烧或分泌出毒素，所以纸木餐具（燃烧）、漆器（毒）、某些塑胶（毒）等都不适合，瓷器、陶器、耐热玻璃、聚丙烯、聚乙烯以及微波炉适用的保鲜纸都可以使用。，微波炉的工作原理为：微波炉的磁控管将电能转化为微波能，当磁控管以2450MHZ的频率放射出微波能时，置于微波炉炉腔内的水分子以每秒钟24.5亿千次的变化频率进行振荡运行，产生高频电磁场的核心元件是磁控管。食物分子在高频磁场中发生震惊，分子间相互碰撞、磨擦而产生热能，结果导致食物被加热。微波炉正是采用这一加热原理来进行食物的烹饪。微波是一种电磁波，这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之运动，猛烈的运动产生了大量的热能，于是食物"煮"熟了。这就是微波炉加热的原理。而且这种微波还很有"共性"：微波一遇到金属就发生反射，金属根本没有方法汲取或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被汲取，还有就是用一般炉灶煮食物时，热量总是从食物外部渐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪，热量则是直接深化食物内部，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上需要留意的滞攵波炉只能蒸煮，不能烤。别说烤鸭了，就是烤白薯、烤馒头也不行。馒头被加热了，外皮也软了，而且常常是外皮没烤焦，馒头芯先烤焦了。为什么呢？由于在热学中我们学过，热传递有三种方式：传导、对流和辐射。烧开水是靠热的传导和对流。蒸馒头是热的传导和对流。炒菜主要是热传导，烤馒头是热辐射。热辐射主要靠红外线的辐射传播。我们在太阳下觉得阳光晒得肉皮疼，觉得烤的慌，就是太阳光中红外线的辐射造成的。热辐射的特点是不经过任何媒价物而直接传递，此外是由表及里。烤白薯时，外面先热，里边后热；外皮烤焦了，里边也烤熟了。微波炉内明显不是这样，微波炉内不产生热能，也不发生热传递，没有红外线。它是靠一种高频电磁波，也就是微波作为传递能量的媒介。微波的波长1毫米到1米（频率为300兆赫到300千兆赫\微波炉实际上就是一台产生微波的振荡器，它产生的微波，波长122毫米，频率2450兆赫。微波在微波炉内振荡，并且使食物中所含的水分子和它一起用相同的频率振荡。从而引起分子与分子相互摩擦。摩擦能够生热。振荡频率愈高，振幅愈大，分子间摩擦愈猛烈,产生的热量也就愈多。明显，这种加热的方式与烘烤的红外线辐射的方式效果不同，它可以使食物的内部和外表面同时受热，这种加热方式效率很高，煮熟一盒米饭，只要几分钟,但是，你也确定得不到"外焦里嫩”的效果。要烤面包、烤羊肉串、烤白薯，只能用电烤箱。有的同学或许留意到，微波炉不仅没有"外焦里嫩"，有时反而消失"里焦外嫩"。加热馒头的时间略微长一点，馒头的芯就会变硬变焦。这是为什么呢？主要由于微波磁控管发出微波并非匀称地分布在微波炉中，而是"聚焦”于炉中的某一位置，也就是说，这里的微波强度是其它部位的上百倍。这个聚集位置大约在转盘中心的上部几厘米处，呈蘑菇形的位置。假如你把一个大馒头放在这里加热，你会发觉，馒头表面还没烫手，馒头的心中已经烧干，形成一个蘑菇状的里心。为了避开食物的不匀称加热，微波炉内设一个转盘，开机时，它就自动地不停旋转，使食物被匀称加热。微波炉内用的食品容器是很挑剔的。一般可以用陶瓷的或专用塑料的。而不能用金属的或搪瓷的。这是由于微波碰上金属制品将发生"短路"和反射现象。假如把食物盛在金属容器里加热，即使烧上一个小时，容器中的食物温度也不会上升，这是由于微波遇到金属容器后马上全部反射回去，食物得不到热源加热。更危急的事还在后头，由于高频微波全部反射回去，就形成了电子技术上的“高频短路"，这会导致放射微波的电子管阳极产生高温，烧到发红而损坏。有人说微波会损害人的身体，那么使用微波炉有危急吗？应当说，微波确定会对人体有害的，关键在于人们设计微炉时，考虑到了这一点，防止了微波线露，使微波炉非常平安，它的金属壳和玻璃窗都可以拦住微波，而当炉门没有关严时，微波炉马上会停止工作,所以微波炉是很平安的。微波炉产生的微波功率较大，一般从600瓦〜2000瓦，食物分子在高频微波中每秒钟振动24.5亿次。因此被加热的食品在很短的时间内就熟了，微波炉本身并没有个把炉体或空气加热的过程，而是直接把电磁能转化成食物的热能，因而效率很高，能量损失很小。留意事项1、忌用一般塑料容器：使用特地的微波炉器皿盛装食物放入微波炉中加热，一是热的食物会使塑料容器变形，二是一般塑料会放出有毒物质，污染食物，危害人体健康。2、忌用金属器皿：由于放入炉内的铁、铝、不锈钢、搪瓷等器皿，微波炉在加热时会与之产生电火花并反射微波，既损伤炉体又加热不熟食物。3、忌使用封闭容器：加热液体时应使用广口容器，由于在封闭容器内食物加热产生的热量不简洁散发，使容器内压力过高，易引起爆破事故。即使在煎煮带壳食物时，也要事先用针或筷子将壳刺破，以免加热后引起爆裂、飞