穿透深度
穿透深度
根据方程(2) 可计算穿透深度,它表达了与材料的介电性能的相关性。穿透深度表示在功率密度已减少到初始值的37%所达到的深度。 材料与高损耗因子 (虚部的复介电常数)表示更快的微波能量吸收速率。功率会从表面到核心区域呈指数级的减少。
f = 频率,以赫兹表示
εO = 绝对介电常数 (DC) = 8,85x10-12 As/Vm
с = 光速 3x1010cm/s
Ε = 电场强度,单位 V/m
ε = εO * ( εr’ - j εr’’ ), 复介电常数
tan δ = εr’’/εr’
δ = 介质损耗角,单位:度
λ0 = 波长,计算式 λ0 =c / f
表1显示了各种材料的穿透深度值。应该指出的是,穿透深度的电场强度有时可达到文献报告数值的两倍。
材料 | 温度 in °C | 穿透深度 cm |
---|---|---|
水 | 45 | 1,4 |
水 | 95 | 5,7 |
冰 | -12 | 1100 |
面包 | 25 | 2 ... 5 |
马铃薯,生 | 25 | 0,9 |
马铃薯泥 | 25 | 0,8 |
豌豆、胡萝卜 | 25 | 1 |
肉 | 25 | 0,9 ... 1,2 |
纸、纸板 | 25 | 20 ... 60 |
木 | 25 | 8 ... 350 |
天然橡胶 | 25 | 15 ... 350 |
空心格拉斯 | 25 | 35 |
瓷 | 25 | 56 |
聚氯乙烯 | 20 | 210 |
环氧树脂 (环氧 CN-501) | 25 | 4100 |
聚四氟乙烯 | 25 | 9200 |
石英玻璃 | 25 | 16000 |
表1各种材料在2450MHz的微波功率穿透深度
在大的尺寸和高损耗因子的产品中,可能偶尔会有一个相当厚的过热的外表面。为防止这种现象,功率密度必须准确选择,以便有足够的时间使边界和核心的热量交换。如果选择的材料厚度小于穿透深度,只有一小部分提供的能量被吸收。
对于未被吸收的能量, 在离开物料之后辐射远离。未被吸收的微波经过金属腔体反射之后的再多次穿透物质。
另外,对微波加热的功率密度还需要考虑的是,必须维持腔体内适当的电场强度。大气压条件下,击穿强度比干燥空气(30 kV /厘米)的小好几个数量级。对于真空应用程序或当空气非常潮湿时,必须限制电场强度的范围来防止空气的电离,以避免设备和产品损坏造成巨大损失。