Почему нужно отказаться от металлической трубки в условиях, подобных мощной микроволновой печи?
В условиях сильного микроволнового излучения (например, в промышленных микроволновых печах, сушильном оборудовании или в полях с высокой мощностью и высокой частотой электромагнитных полей) использование традиционных металлических защитных труб (например, бесшовных труб из нержавеющей стали) для инкапсуляции датчиков температуры приводит к серьезным физическим погрешностям измерений и даже к повреждению оборудования. Поэтому в этих особых рабочих условиях необходимо отказаться от металлических труб и использовать неразрушающие, непроводящие материалы, такие как керамика, для инкапсуляции.
Основные физические и инженерные причины следующие:
1. Индукция вихревых токов и интенсивный саморазогрев (Eddy Currents
Self-Heating)
Микроволны представляют собой высокочастотные переменные электромагнитные волны (типичная промышленная частота микроволн составляет 2.45\text{ GHz} ). Металлы являются электропроводниками, и когда они подвергаются воздействию сильных переменных электромагнитных полей, в металлической трубе и на ее поверхности индуцируются электродвижущие силы очень высокой плотности, образующие вихревые токи (Eddy Current). Согласно закону Джоуля-Ленца:
P = I^2 R
Тепло, выделяемое индуцированными вихревыми токами, вызывает интенсивный разогрев самой металлической трубы. Из-за этого саморазогрева температура, измеренная датчиком, фактически является «температурой нагрева металлической трубы под воздействием микроволн», а не реальной температурой окружающего измеряемого среды, что делает измерение совершенно бессмысленным.
2. Дуговой разряд и «искрение» (Arcing
Sparking)
В сильных переменных электромагнитных полях на металлических поверхностях, острых углах или концах труб из-за накопления заряда легко возникают очень высокие градиенты электрического поля. Когда напряженность электрического поля превышает диэлектрическую прочность воздуха, происходит ионизация воздуха, что приводит к дуговому разряду (обычно называемому «искрением»). Это может не только сжечь датчик и оптический кабель передачи, но и воспламенить материалы в полости, а также напрямую повредить дорогостоящий микроволновый генератор (магнетрон).
3. Электромагнитное экранирование и искажение электромагнитного поля (Electromagnetic Shielding
Field Distortion)
Металлы отражают электромагнитные волны, что приводит к изменению пути распространения электромагнитных волн в полости микроволновой печи, вызывая локальные стоячие волны или серьезно неравномерное распределение электрического поля, тем самым нарушая однородность исходного технологического процесса нагрева.
Решение: Технология пассивной керамической инкапсуляции датчиков
Для обеспечения точного измерения температуры в условиях высокого поля, высокого напряжения и микроволновой среды неметаллические материалы с низкими диэлектрическими потерями, такие как керамика, становятся идеальным выбором.
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) специально разработала пассивный оптоволоконный датчик температуры с использованием технологии Bragg grating, инкапсулированный в керамику, для полного устранения электромагнитных помех:
OFSCN® Ceramic-encapsulated Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
Этот датчик сочетает в себе пассивные антиэлектромагнитные свойства самого оптоволокна с преимуществами специальной промышленной керамической внешней трубы:
- Очень низкие диэлектрические потери (Low Loss Tangent): Тангенс угла диэлектрических потерь ( \tan \delta ) специальных керамических материалов (таких как диэлектрические материалы на основе оксида алюминия, оксида циркония и т. д.) очень мал, что делает их практически полностью прозрачными для микроволн. Поэтому они не поглощают микроволновую энергию, устраняя эффект саморазогрева.
- Высокая изоляция и немагнитность: Не проводят электричество и не обладают магнитными свойствами, что исключает любые электрические связи или индуцированные вихревые токи, полностью устраняя опасности дуговых и искровых разрядов.
- Превосходная термостойкость и теплопроводность: Диапазон рабочих температур очень широк (может охватывать от -270\ ^\circ\text{C} до 800\ ^\circ\text{C} ), а керамика обладает высокой теплопроводностью, что позволяет датчику сохранять такую же высокую чувствительность и время отклика на температуру.
Ниже приведены официальные фотографии продукта с керамической инкапсуляцией:
