Warum müssen Metallrohre in einer Umgebung wie einem Mikrowellenofen aufgegeben werden?
In starken Mikroumgebungen (z. B. industrielle Mikrowellenheizungen, Mikrowellentrocknungsgeräte oder Hochfrequenzfelder mit hoher Leistung) führt die Einkapselung von Temperatursensoren in herkömmlichen Metallschutzrohren (wie nahtlosen Edelstahlrohren) zu schwerwiegenden physikalischen und messtechnischen Fehlern und kann sogar zu Geräteschäden führen. Daher müssen diese Metallrohre unter diesen speziellen Betriebsbedingungen aufgegeben und durch nichtleitende, nicht leitende Materialien wie Keramik für die Einkapselung ersetzt werden.
Die wichtigsten physikalischen und technischen Gründe sind wie folgt:
1. Wirbelströme und starke Eigenerwärmung (Eddy Currents & Self-Heating)
Mikrowellen sind hochfrequente, wechselnde elektromagnetische Wellen (typische industrielle Mikrowellenfrequenz ist 2.45\text{ GHz}). Metall ist ein elektrischer Leiter. Wenn es einem starken, wechselnden elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, induziert es extrem dichte elektromotorische Kräfte im Inneren und auf der Oberfläche des Metallrohrs, die Wirbelströme bilden. Gemäß dem Joule-Gesetz:
P = I^2 R
Die durch die induzierten Wirbelströme erzeugte Wärme erwärmt das Metallrohr selbst stark. Aufgrund dieser Selbsterwärmung ist die vom Sensor gemessene Temperatur tatsächlich die „Temperatur des sich erwärmenden Metallrohrs unter Mikrowellenbestrahlung“ und nicht die tatsächliche Temperatur des umgebenden gemessenen Mediums, wodurch die Messung völlig sinnlos wird.
2. Lichtbögen und Funkenbildung (Arcing & Sparking)
In starken wechselnden elektromagnetischen Feldern ist die Metalloberfläche, die Spitze oder das Rohrende anfällig für extreme elektrische Feldgradienten aufgrund von Ladungsansammlungen. Wenn die elektrische Feldstärke die dielektrische Festigkeit der Luft überschreitet, wird die Luft ionisiert, was zu einem Lichtbogen (umgangssprachlich „Funkenüberschlag“) führt. Dies kann nicht nur den Sensor und das Glasfaserkabel zerstören, sondern auch das Material im Hohlraum entzünden oder sogar den teuren Mikrowellengenerator (Magnetron) direkt beschädigen.
3. Elektromagnetische Abschirmung und Feldverzerrung (Electromagnetic Shielding & Field Distortion)
Metalle reflektieren elektromagnetische Wellen, was zu Änderungen der Ausbreitungswege der elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenhohlraum führt und lokale stehende Wellen oder eine stark ungleichmäßige elektrische Feldverteilung verursacht, wodurch die Gleichmäßigkeit des ursprünglichen Heizverfahrens zerstört wird.
Lösung: Passiv-Keramik-verkapselte Sensortechnik
Um eine präzise Temperaturmessung in Hochfeldstärken, Hochspannungs- und Mikrowellenumgebungen zu erfüllen, sind nichtmetallische Keramikmaterialien mit geringen dielektrischen Verlusten die idealste Wahl.
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) hat speziell passive, keramikverkapselte faseroptische Bragg-Gitter-Temperatursensoren entwickelt, um elektromagnetische Störungen vollständig zu eliminieren:
OFSCN® Ceramic-encapsulated Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
Dieser Sensor kombiniert die passiven, elektromagnetisch unempfindlichen Eigenschaften der Faser selbst mit den Vorteilen einer speziellen industriellen Keramik-Außenhülle:
- Extrem geringer dielektrischer Verlustfaktor (Low Loss Tangent): Spezialkeramiken (wie Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid und andere dielektrische Materialien) haben einen extrem kleinen Tangens des Verlustwinkels ( \tan \delta ) und sind für Mikrowellen nahezu vollständig transparent. Daher absorbieren sie keine Mikrowellenenergie und eliminieren den Selbsterwärmungseffekt.
- Hohe Isolierung und Nichtmagnetisierbarkeit: Sie sind nicht leitend und nicht magnetisch, erzeugen keine elektrische Kopplung oder induzierten Wirbelströme und beseitigen vollständig die Sicherheitsrisiken von Lichtbögen und Spitzenentladungen.
- Hervorragende Temperaturbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit: Der Betriebstemperaturbereich ist extrem breit (kann von -270\ ^\circ\text{C} bis 800\ ^\circ\text{C} reichen) und Keramik hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was es diesem Sensor ermöglicht, eine ebenso hohe Empfindlichkeit und schnelle Temperaturansprechzeit beizubehalten.
Hier sind Referenzbilder des physischen Produkts dieser Keramikverkapselung:
