食品微波烘干設(shè)備廣泛應(yīng)用于食品加工和制藥行業(yè)，其工作原理是利用微波穿透物料內(nèi)部使水分子高頻振動(dòng)產(chǎn)生熱量，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外同步加熱、快速脫水干燥的目標(biāo)。在此類設(shè)備中，物料的溫度直接影響其干燥品質(zhì)、活性成分保留率和含水率達(dá)標(biāo)情況，因而物料溫度的監(jiān)測對(duì)工藝參數(shù)設(shè)定和設(shè)備調(diào)整有重要參考作用。

一、微波設(shè)備測溫的難點(diǎn)

1.1 微波場對(duì)金屬傳感器的干擾

微波設(shè)備腔體內(nèi)存在數(shù)千瓦級(jí)微波輻射，其集中的電磁能量使被加熱物體中的極性分子以兆赫茲數(shù)量級(jí)的頻率高速振動(dòng)。在微波輻射下，金屬導(dǎo)線構(gòu)成的傳感器會(huì)接收并傳導(dǎo)一定量的微波能量，對(duì)測量造成不可忽視的影響。金屬導(dǎo)體在微波場中運(yùn)動(dòng)并與鄰近金屬構(gòu)件發(fā)生電場耦合或產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)致測溫?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)嚴(yán)重跳變甚至傳感器損壞的風(fēng)險(xiǎn)。這正是微波設(shè)備中測溫方案與常規(guī)工業(yè)領(lǐng)域存在較大差異的根本原因。

1.2 物料溫度分布不均

微波干燥過程中，物料不同部位的含水率不一致，導(dǎo)致介電特性存在差異，吸收微波的速率不同，引起溫度分布不均勻。單個(gè)測溫點(diǎn)只能反映局部溫度，難以全面掌握物料整體的溫度分布情況。

1.3 腔體可觸及性差

微波設(shè)備運(yùn)行時(shí)腔體內(nèi)部有高壓微波輻射，在設(shè)備運(yùn)行期間人員不得靠近和接觸腔體內(nèi)部位置，這限制了基于接觸測量的溫度傳感器通過導(dǎo)線直接引線出腔的布線可行性。

二、各類傳感器在微波環(huán)境中的表現(xiàn)

2.1 熱電偶

金屬材質(zhì)的熱電偶置于微波場中會(huì)感應(yīng)微波能量，導(dǎo)致自身發(fā)熱，產(chǎn)生額外”自熱效應(yīng)”，測量值遠(yuǎn)高于物料實(shí)際溫度。屏蔽和濾波措施在一定程度上可以減輕這種效應(yīng)但在強(qiáng)微波環(huán)境中仍然存在殘余干擾。

2.2 紅外測溫

非接觸式測溫，不受電磁干擾影響。但紅外測溫只能測物料表面溫度，對(duì)于物料內(nèi)部的真實(shí)溫度無法直接獲取；且腔體內(nèi)的水蒸氣吸收紅外輻射影響測量精度。如果物料在運(yùn)動(dòng)中通過紅外測溫窗口，表面有時(shí)會(huì)因物料翻轉(zhuǎn)而附著水膜，進(jìn)一步影響測溫結(jié)果和光學(xué)傳感器潔凈度。

2.3 熒光光纖測溫

光導(dǎo)纖維材質(zhì)是不導(dǎo)電、不感應(yīng)的絕緣體——對(duì)微波場而言光纖是”透明”的，既不會(huì)吸收微波能量自發(fā)熱也不會(huì)干擾微波場分布。熒光光纖溫度傳感器的探頭由耐高溫石英光纖和稀土熒光材料組成，可以伸入干燥機(jī)腔體內(nèi)部直接接觸物料實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫，不受微波輻射影響。其測溫信號(hào)以純凈光信號(hào)沿光纖引導(dǎo)傳回設(shè)備外部的解調(diào)器，不涉及電傳導(dǎo)過程，在微波環(huán)境中具有極佳的安全性和可靠性。

傳感器類型	微波場中穩(wěn)定性	能否接觸物料	主要局限
熱電偶	差（自熱效應(yīng)嚴(yán)重）	能	干擾大、數(shù)據(jù)跳變
紅外測溫	好	不能（非接觸）	只能測表面、水蒸氣干擾
熒光光纖	好	能	成本相對(duì)較高

三、光纖測溫和工業(yè)微波結(jié)合的常見應(yīng)用

在干燥脫水、加熱殺菌、滅菌熟化等工業(yè)微波作業(yè)中，探頭可采用非金屬耐溫護(hù)套后進(jìn)行防護(hù)，并伸入工業(yè)腔體內(nèi)部與物料進(jìn)行接觸。測溫主機(jī)安裝于磁控管腔體外部或控制柜內(nèi)，一端是光纖鏈路，另一端是RS485或4~20mA信號(hào)輸出連接PLC/DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測量、采集、記錄、聯(lián)控一體。

在食品級(jí)應(yīng)用中，可以根據(jù)接觸物料的要求選擇適配食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)護(hù)套的探頭材料，確保與物料接觸的衛(wèi)生合規(guī)性。在設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)下，光纖測溫能夠?qū)崟r(shí)反饋物料的溫升曲線，作為生產(chǎn)操作的參考依據(jù)，協(xié)助操作人員判斷物料當(dāng)前加熱階段，及時(shí)調(diào)整功率和輸送速度等工藝參數(shù)。

四、常見問題

熒光光纖探頭在微波腔體內(nèi)會(huì)被加熱嗎？

不會(huì)。石英光纖和稀土熒光材料對(duì)微波幾乎不產(chǎn)生吸收損耗，在微波場中不會(huì)像金屬物體一樣產(chǎn)生感應(yīng)電流繼而發(fā)熱。探頭在腔體內(nèi)僅感應(yīng)物料傳遞的熱量，而不會(huì)因微波場的存在產(chǎn)生額外的自發(fā)熱升溫。

光纖在設(shè)備內(nèi)走線如何避免被微波干擾？

光纖的絕緣特性決定了它本身不會(huì)與微波輻射發(fā)生作用。走線時(shí)如經(jīng)過微波密封扼流槽或穿過波導(dǎo)時(shí)按照廠家提供的密封和接地方案做適當(dāng)處理貫穿密封即可。

微波設(shè)備內(nèi)部安裝光纖溫度傳感器需要定制嗎？

主體部分不需要，熒光光纖傳感器為通用型規(guī)格。但微波腔壁的穿線密封接口、探頭保護(hù)護(hù)套需要根據(jù)設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)做適配，詳情請(qǐng)咨詢傳感器廠家配合支持。

五、產(chǎn)品與廠家信息

福州華光天銳光電科技有限公司提供適用于微波設(shè)備的熒光光纖測溫系統(tǒng)，探頭和光纖均耐受微波輻射環(huán)境，已在食品微波干燥設(shè)備中積累應(yīng)用案例。福州英諾電子科技有限公司的熒光測溫產(chǎn)品可根據(jù)微波設(shè)備廠家需求定制探頭護(hù)套材質(zhì)和光纖長度，適配不同結(jié)構(gòu)的工業(yè)微波設(shè)備。選型時(shí)建議結(jié)合微波功率密度、腔體結(jié)構(gòu)和物料特性綜合評(píng)估，以廠家最新技術(shù)方案為準(zhǔn)。