для чего нужен паровой датчик в микроволновке
Как выбрать микроволновую печь. Рекомендации ZOOM.CNews
Микроволновая печь — прибор, без которого уже трудно представить нашу жизнь. Вроде бы его значение в быту не слишком велико. Это ведь не стиральная машина, не холодильник. Но вспомните о том, что разогревать суп без «микроволновки» нужно в кастрюльке, а не сразу в тарелке. О том, что мясо без СВЧ-печи размораживается пол дня. О том, что горячие бутерброды без этой печи придётся готовить в духовке. В общем, без СВЧ-печи «кухонное счастье» большинства из нас было бы неполным. Этот материал освещает все основные моменты, которые стоит учитывать покупая «микроволновку».
Отсутствие открытого пламени,
легко доступных горячих
поверхностей
Краткая историческая справка
Перси Лебарон Спенсер (1894-1970). Американский инженер и изобретатель, «папа» микроволновой печи
В бытовых микроволновых печах используются микроволны, частота которых составляет 2450 МГц. Такая частота установлена для микроволновых печей специальными международными соглашениями, чтобы не создавать помех работе радаров и иных устройств, использующих микроволны. Источником излучения является высоковольтный вакуумный прибор — магнетрон. На нить накала магнетрона необходимо подавать высокое напряжение — около 3–4 кВ. Сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно, и питается он через специальный высоковольтный трансформатор. Мощность магнетрона составляет примерно 700-1000 Вт. Для охлаждения магнетрона рядом с ним имеется вентилятор, непрерывно обдувающий его воздухом. Вентилятор обеспечивает принудительную конвекцию воздуха в полости печи с одновременным его подогревом (от магнетрона), что способствует равномерности разогрева (приготовления, пропекания) продуктов.
Как разогревается пища
Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом — отрицательный. Таких молекул в пище много — это молекулы жиров, сахаров и воды. В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, «плюсом» в одну сторону, «минусом» в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180°. Поле волны, в котором находятся эти молекулы, меняет полярность несколько миллиардов раз в секунду!
Под действием микроволнового излучения молекулы поворачиваются с бешеной частотой и «трутся» одна о другую. Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи. Нагрев продуктов происходит за счёт прогрева микроволнами поверхностного слоя и дальнейшего проникновения тепла в глубину пищи за счёт теплопроводности. Закипание воды в «микроволновке» происходит не так, как в чайнике, где тепло подводится к воде только снизу. Микроволновый нагрев идет со всех сторон. В «микроволновке» вода дойдёт до температуры кипения, но пузырьков не будет.
Опасно ли СВЧ-излучение
Доказано, что микроволны (СВЧ-излучение) не оказывают никакого радиоактивного воздействия на биологические ткани и продукты питания. Приготовление пищи при помощи микроволн требует очень небольшого количества жиров, поэтому приготовленная с помощью микроволн пища полезнее для здоровья и не представляет для человека никакой опасности. Конструкцией современных печей предусмотрены жёсткие меры для предотвращения выхода излучения наружу. Непосредственное воздействие микроволн (например, на кожу человека) может вызвать ожог. Но подобные риски при правильной эксплуатации исправной микроволновой печи полностью отсутствуют. Микроволны очень быстро «затухают» в атмосфере. И уже на расстоянии полуметра от «микроволновки» излучение становится в 100 раз слабее. Достаточно отойти от печи на расстояние вытянутой руки, и можно чувствовать себя в полной безопасности (хотя и рядом с исправной печью никакой опасности нет).
Современные микроволновые печи бывают на монофункциональными (соло-модели) – только с функцией микроволн. Они пригодятся тем, кто редко трапезничает дома, подойдут для офисной кухни. В них можно разогревать и размораживать любые продукты, готовить несложные блюда.
Также в магазинах продаются микроволновые печи с грилем (гриль можно использовать отдельно или в симбиозе с микроволнами). Такие подойдут не только для разогрева или размораживания продуктов но и для приготовления различных блюд (например, курицы-гриль, горячих бутербродов и т. д.). Гриль может быть ТЭН-овым (металлическая трубка, спираль, с нагревательным элементом внутри) или кварцевым (туго свитая проволока из жаростойкого сплава никеля и хрома, которая помещена в трубку из кварцевого стекла). Гриль-ТЭН находится в верхней части рабочей камеры «микроволновки», под «потолком».
Есть модели печей, в которых гриль подвижен. Он может опускаться, сдвигаться к задней стенке. Если гриль подвижный, то легко равномерно прожарить продукт, легче содержать в чистоте верхнюю часть рабочей камеры печи.
Кварцевый гриль обычно неподвижен. Он находится не под, а в «потолке» рабочей камеры, что служит экономии места в рабочей камере. Он быстрее, чем ТЭН, нагревается, более экономичен, обычно его проще чистить. Бывают модели с двумя грилями. Чаще всего сверху кварцевый, а снизу или сбоку ТЭН.
Кварцевый гриль всегда встроен в «потолок» рабочей камеры микроволновой печи
Также в продаже есть многофункциональные (или комбинированные) микроволновые печи. Кроме микроволн и гриля здесь предусмотрен режим конвекции, а также комбинированные режимы. За стенкой внутренней камеры такой СВЧ-печи находится вентилятор. Он нагнетает горячий воздух и блюдо, обдуваемое жаром со всех сторон, равномерно пропекается, покрывается золотистой корочкой, как будто готовится на вертеле. В печке с такой функцией можно печь все, что и в духовке – вплоть до слоеных пирожков. Существуют также печи с функцией микроволн, с грилем, с конвекцией и с паровой обработкой пищи (наличествует парогенератор).
Перед покупкой микроволновой печи следует определиться — понять для чего, в большей степени, вы покупаете «микроволновку». Если собираетесь, в основном, разогревать и размораживать — берите соло-модель. Иногда любите позавтракать горячими бутербродами? Тогда купите печь с грилем. Если собираетесь готовить в печи различные блюда — берите комбинированную печь с конвекцией.
| Тип печи | Микроволны | Гриль, Гриль+Микроволны | Конвекция и комбинированные режимы | Блюда | Стоимость (тыс. рублей) |
| Соло | есть | нет | нет | Простые, размораживание, разогрев | от 1,2 |
| Соло+Гриль | есть | есть | нет | Средней сложности, размораживание, разогрев | от 2,2 |
| Многофункциональные | есть | есть | есть | Самые разнообразные, сложные, размораживание, разогрев | от 6 |
Объём рабочей камеры
Также перед покупкой следует обязательно обдумать то, какого объёма микроволновая печь вам нужна. Имеется ввиду объём (вместимость) рабочей камеры прибора. Этот показатель может варьироваться от 13 до 42 литров. В самых маленьких печках – до 20 литров – хватит места для небольшой курицы или тарелки с едой. Для холостяка или семьи из 2-х человек этого достаточно. Если едоков больше или часто заходят на огонёк друзья, стоит присмотреться к печам с объемом камеры от 23 до 32 литров. А если у Вас многочисленное семейство, лучше выбрать «микроволновку» с объемом камеры около 40 или даже больше литров, чтобы разогревать за раз большое количество еды или, при случае, запечь гуся.
Большинство современных микроволновых печей оснащено вращающимся круглым столом — он вращается чтобы микроволны равномерно распределялись по продукту. Поворотный стол обычно выполнен из прочного стекла (но разбить его, при неосторожном обращении всё равно можно), крепится на специальный вращающийся стержень и «ложится» на подставку, оснащённую маленькими колёсиками. Диаметр поворотного стола зависит от объёма рабочей камеры — чем он больше, тем больше диаметр поворотного стола. Встречаются в продажи и модели без поворотного стола (но довольно редко).
Мощность микроволновой печи — важная рабочая характеристика прибора. От уровня мощности зависит, во многом, насколько быстро печь сможет приготовить блюдо, разогреть продукт. Чем больше объем рабочей камеры тем больше, как правило, мощность микроволновой печи. В современных моделях мощность можно регулировать. Задать минимальное значение, среднее, максимальное (может быть до 10 уровней, в зависимости от модели). Мощность микроволн в большинстве современных бытовых СВЧ-печек — 700-1000 Вт. Свои уровни мощности есть у гриля и конвекции (здесь, за редким исключением, коррекция уровня мощности недоступна).
Система равномерного распределения микроволн
Чтобы микроволны распределялись в рабочей камере равномерно, а не концентрировались лишь на одной части блюда – во многих современных «микроволновках» предусмотрены несколько (два или три) источников СВЧ-излучения. Они излучают в разных направлениях пучки волн, которые, многократно отражаясь от стенок, равномерно распределяются по всему внутреннему пространству печи.
Иверторные микроволновые печи
В магазинах ныне продаются инверторные микроволновые печи. В таких печах мощность магнетрона уменьшается и увеличивается плавно. Магнетрон не отключается (а в «обычных» печах схема его работы дискретная — он работает с перерывами и при включении всегда «выдаёт» полную установленную пользователем мощность). Непрерывное «мягкое» проникновение в продукт СВЧ-энергии в такой печи помогает сохранить его текстуру и питательные свойства, такие печи экономичней и долговечней.
Инверторные микроволновые печи имеют ряд преимуществ над «обычными»
Несколько сколько слов об основных программах приготовления пищи, реализованных в современных «микроволновках». Автоматическое приготовление – это внесенные в память печи рецепты приготовления различных блюд. Это алгоритмы работы печи, актуальные для приготовления тех или иных продуктов, блюд (их «список» и количество зависит от марки и модели печи) — уровень мощности, время, комбинирование режимов (например, сначала приготовление в режиме «Микроволны», а потом включение гриля). Достаточно выбрать посредством системы управления вид продукта или конкретное блюдо, ввести вес продукта, всё остальное предоставьте печи. Число автоматических режимов приготовления в разных моделях может различаться. Бывают также «микроволновки» с возможностью программирования автоприготовления пользователем (печь «запоминает» алгоритм приготовления, вносимый пользователем).
Автоматическое размораживание. Удобно, чтобы не гадать сколько времени понадобиться на размораживание того или иного продукта. Просто выбираете вид продукта, вводите его вес, кладете продукт в рабочую камеру и нажимаете кнопку «Старт». Печь сама «знает» сколько ей понадобится времени, чтобы разморозить ваше мясо, рыбу, курицу, овощи или хлеб, на какой мощности будет происходить размораживание.
Размораживание может быть и «обычным» — не автоматическим. В этом случае вы сами устанавливаете время размораживания. В принципе, разморозить продукты можно в любой «микроволновке» даже в той, где программа «Размораживание» вообще не предусмотрена (установив минимальную мощность микроволн). Однако специальный режим позволяет сделать это быстрее и эффективнее.
Автоматический разогрев. Почти то же самое, что и авторазмораживание. Алгоритм одинаков. Выбираете вид продукта, его вес или объём и включаете печку, которая самостоятельно «решит» сколько ей потребуется времени на разогрев, к примеру, тарелки супа, на какой мощности его производить. Программ авторазогрева может быть несколько — для разных продуктов.
Режим «Микроволны+Гриль». В этом комбинированном режиме блюда получаются равномерно пропеченными и с румяной корочкой. «Микроволны+Конвекция» — пища готовится быстрее, в большей степени сохраняет естественный вкус и вид продуктов, в них сохраняется больше витаминов. Особенно хорошо готовить в этом режиме изделия из теста с большим количеством жидкости, влажных компонентов (пирожки с овощной, фруктовой или ягодной начинкой). «Гриль+Конвекция» — режим для приготовления хрустящих и поджаристых блюд. Хорош, в том числе, для выпечки.
Очистка печки паром. Программа актуальна только для «микроволновок» с парогенератором. Позволяет микроволновой печи проводить практически самостоятельную очистку внутреннего объема. В процессе используется энергия пара для растворения жира и загрязнений. Для запуска программы требуется просто налить воду в специальный контейнер, предусмотренный конструкцией печки, добавить моющего средства и активировать процесс нажатием кнопки. Обычно на очистку требуется 10-15 минут.
Управление микроволновой печью
У современных СВЧ-печей различают электромеханическое, кнопочное и сенсорное управление. Электромеханика — это два поворотных регулятора. Одним задается мощность и режим работы. Другим — время работы печи. Чаще всего такое управление используется в соло-печках и в печках с грилем. Электромеханическое управление – простое, понятное, удобное.
Встраиваемая микроволновая печь с электромеханическим управлением
Кнопочное управление позволяет более тонко программировать работу печи. Обычно уровень мощности, режим, время приготовления задаются одним или несколькими нажатиями на ту или иную кнопку. Все установки, как правило, отражаются на дисплее (у большинства современных микроволновых печей, кроме печей с электромеханическим управлением, он есть). Единственный минус – под кнопки, со временем, может забиться грязь — её оттуда может быть сложно вымывать.
Отдельно стоящая микроволновая печь с кнопочным управлением и поворотным программатором
Сенсорное электронное управление. По сути, это те же кнопки, только «утопленные» в корпусе. Таких моделей в магазинах множество — это ныне наиболее популярный тип управления микроволновой печью. Оно и понятно, ведь сенсорное управление весьма удобно — все настройки осуществляются легкими прикосновениями пальцев к сенсорам. Нет проблем при чистке, ведь сенсорная панель управления — ровная поверхность. Бывают печи с комбинированной системой управления (кнопки и сенсоры).
Сенсорная панель управления микроволновой печи
Три описанных выше типа управления — основные. Но есть ещё четвертый тип. Он распространен меньше. Речь о так называемом «тактильном» электронном управлении. Обычно в этом случае также присутствует один или два поворотных программатора (часто они утапливаемые), но результат манипуляции (вращения программатора) выводится на дисплей. Во многих современных СВЧ-печах есть диалоговый режим, когда на дисплее высвечиваются рекомендации пользователю.
Внутреннее покрытие рабочей камеры
Рабочая камера микроволновой печи может быть с эмалированным покрытием стенок – самый дешевый вариант. Эмаль хороша тем, что ее легко мыть и чистить. Но длительные высокие температуры такой поверхности противопоказаны. Поэтому это покрытие применяется в недорогих печах (обычно это только соло-модели). Нержавеющая сталь (ещё один вариант внутренних стенок) выдерживает самые «горячие» режимы, предусмотренные в СВЧ-печи. Но её сложнее содержать в чистоте. Чтобы навести блеск на «нержавейку», придется иногда чистить ее губкой или щеткой, но не слишком жесткой, чтобы не поцарапать стенки. Другой вариант – керамическое или биокерамическое покрытие. Оно прочное, гладкое (а значит, легко чистится), устойчивое к царапинам и возникновению нагара.
Комплектация микроволновой печи
В комплект поставки любой современной микроволновой печи, помимо самого прибора и руководства по эксплуатации, входят дополнительные принадлежности. Это, например, высокие и низкие решётки для жарки (актуальны для печей с грилем и многофункциональных, в комплекте могут быть обе, а может быть одна, обычно высокая). Также в комплект поставки могут входить различные поддоны, блюда, вертел, подставка под детские бутылочки. Если выберете СВЧ-печку с большой камерой, то неплохо, если с ней поставляется «многоэтажная» подставка для тарелок, чтобы разогревать еду сразу на несколько персон. Есть печки с контейнерами для выпечки хлеба, с комплектом посуды для приготовления блюд на пару. Лучше заранее запастись специальной посудой для приготовления пищи в СВЧ-печи. Под СВЧ-излучение можно ставить любую посуду, хоть бумажные стаканчики. Главное — никакого металла! Под действием микроволн начинают искриться даже золотые каемочки на чашках и тарелках.
В комплектацию некоторых микроволновых печей входит специальная подставка-держатель для бутылочек с детским питанием
Микроволновые печи ныне выпускают многие известные и не очень компании. Однако к основным производителям, пожалуй, можно отнести не всех, но тех, кто давно и хорошо зарекомендовал себя в этом сегменте. В магазинах обратите внимание на печи марок Bosch, Daewoo Electronics, Hansa, LG, Moulinex, Tefal, Samsung, Electrolux, Gorenje, Sharp, Panasonic, Whirlpool…
Перспективы развития микроволновых печей
Название этой страницы вводит в искушение заняться предсказаниями, причислив себя к бесчисленному отряду ясновидящих. Удобнее всего предрекать, что будет лет через сто, поскольку, к тому времени как выяснится абсурдность измышлений предсказателя, не будет ни его самого, ни тех, кто имел глупость ему внимать. Однако столь отдаленные перспективы применительно к микроволновым печам вряд ли заинтересуют читателя.
В то же время предсказание ближайшего будущего таит в себе опасность быть уличенным в шарлатанстве. Чтобы избежать подобных обвинений, автор решил сомнительных гипотез не строить, а привести некоторые разработки, которые уже реально существуют, но пока не нашли широкого распространения.
Дальнейшее совершенствование микроволновых печей основано на сочетании микроволн с другими способами обработки продуктов и на более эффективном использовании микроконтроллера. В настоящее время его возможности реализуются в лучшем случае процентов на десять. Фактически микроконтроллер выполняет в основном функцию электронного таймера, с чем до этого прекрасно справлялся и механический таймер. Основное ограничение на эффективное использование микроконтроллера вызвано отсутствием обратной связи при работе печи.
Не зная о текущем состоянии продукта, программа, содержащаяся в ПЗУ, не может полностью обеспечить качественного приготовления, так как она составлена в расчете на определенный состав и вес продукта, которые не всегда точно выдерживаются. Даже температура окружающей среды в какой-то мере может требовать корректив в режиме приготовления пищи.
Хозяйка, стоящая у плиты, ориентируется не столько на время и потребляемую плитой мощность, сколько на вкус, запах и цвет. Когда мясо на сковороде начнет пригорать, умелая хозяйка снимет его с плиты, даже если по рецепту это требуется сделать только через 10 минут. Таким образом, осуществляется обратная связь в процессе приготовления.
Микроволновая печь дыма не чувствует и в аналогичной ситуации будет действовать строго по программе, т.е. до полного испепеления. При этом подразумевается, что сама программа полностью корректна. Но, как гласит один из законов Мэрфи, если бы строители так строили, как некоторые программисты пишут программы, первый же залетевший дятел разрушил бы цивилизацию. Отсюда вывод: для гарантированного качества приготовляемого продукта, требуется наличие датчиков обратной связи.
Разумеется, вкус, запах и цвет у микроконтроллера никаких эмоций вызывать не будут. Более того, не существует и датчиков реагирующих на эти параметры. Однако можно обнаружить косвенные изменения, происходящие в процессе приготовления пищи, которые могут быть преобразованы в электрические сигналы. А с ними микроконтроллер уже способен разобраться основательно. Следует подчеркнуть, что использование косвенных измерений совсем не означает получение сомнительных результатов. Иногда косвенные методы даже более объективны, чем прямые.
Вспомните полиграф, или «детектор лжи», состоящий на государственной службе в США. Если какой-нибудь чиновник Госдепартамента, утверждая, что он свою американскую Родину любит больше, чем деньги, провалится на полиграфе, его уволят. Несмотря на ясные и чистые глаза, внушающие доверие начальству. Таким образом, признается, что выводы полиграфа, основанные на измерении косвенных параметров, приближают к истине быстрее, чем анализ путаных ответов на каверзные вопросы проницательных агентов ФБР.
В настоящее время существуют датчики, которые позволяют в процессе приготовления продукта измерять следующие параметры: температуру продукта, температуру в камере, вес продукта, начало парообразования, абсолютную и относительную влажность в камере.
Рассмотрим более подробно конструкцию, принцип действия и методы использования каждого из перечисленных датчиков.
Датчики температуры
Датчики температуры могут быть двух типов: с использованием термопары и с использованием терморезистора. В первом случае измерения основаны на контактной разности потенциалов, возникающей при соединении разных металлов.
Физическая природа этого явления состоит в том, что кинетическая энергия электронов в разных металлах различна. Поэтому при соприкосновении разнородных металлов электроны из металла с большей энергией перетекают в металл с меньшей энергией. В результате в первом металле образуется недостаток электронов, и он заряжается положительно, во втором образуется их избыток и он заряжается отрицательно. Контактная разность потенциалов может составлять от сотых долей вольта до нескольких вольт, в зависимости от выбранной пары металлов.
Рис. 1. Измерение температуры с помощью термопары
Термопара представляет собой два проводника из специально подобранной пары металлов (например, никель — железо), образующих замкнутую цепь (рис. 1).
При различной температуре контактов в замкнутой цепи возникает ток, называемый термоэлектрическим. Если цепь разорвать в произвольном месте, то на концах появится разность потенциалов, пропорциональная разности температур. Для точных измерений необходимо стабилизировать температуру одного из спаев, а второй приложить к измеряемому объекту.
Терморезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого
зависит от температуры. На рис. 2. показана типичная зависимость сопротивления терморезистора от температуры.
Рис. 2. Зависимость сопротивления терморезистора от температуры
Если терморезистор имеет хороший тепловой контакт с измеряемым объектом, то температуру последнего можно определить, измерив сопротивление резистора.
Термодатчики используются для измерения температуры в камере и поддержания заданного теплового режима. Обычно они представляют собой металлическую капсулу с двумя выводами, устанавливаемую внутри камеры на одной из ее стенок, причем выводы находятся с внешней стороны камеры. Такая конструкция исключает влияние микроволнового излучения на показания датчика. Имеются термодатчики в виде щупа, втыкаемого непосредственно в приготавливаемый продукт. Это позволяет более точно отслеживать температуру внутри продукта.
Датчики веса
Датчик веса автоматически определяет вес продукта, помещенного в камеру, что позволяет микроконтроллеру более точно выбрать требуемый режим приготовления пищи. Наиболее актуально использование датчиков веса в полупромышленных установках для микроволновой сушки, позволяющих точно измерить количество испаренной влаги.
Измерение веса интересовало людей всегда, поэтому со времен построения египетских пирамид и до наших дней создано большое количество соответствующих устройств, использующих разные физические явления.
Рассмотрим два способа измерения веса, которые к настоящему времени реально воплощены в производимых печах и установках.
На рис. 3. показан принцип действия емкостного датчика веса.
Рис. 3. Принцип действия емкостного датчика веса
Он выполнен из двух металлических пластин, разделенных изолятором, причем верхняя пластина может быть днищем камеры. Пластины образуют конденсатор, емкость которого измеряется специальной электронной схемой. Продукт, помещаемый в камеру, прогибает ее днище и тем самым увеличивает емкость конденсатора. Программа, содержащаяся в ПЗУ микроконтроллера, позволяет по изменению емкости определить вес помещенного продукта. Конструктивно иногда целесообразнее верхнюю пластину и днище камеры не делать едиными, а соединить их с помощью рычажного механизма.
Датчик веса на основе тензорезистивного эффекта показан на рис. 4.
Рис. 4. Принцип действия тензорезистивного датчика веса
Тензорезистивным эффектом называется явление изменения сопротивления полупроводников при одноосной деформации (растяжении или сжатии). Деформация кристаллической решетки полупроводника проявляется в изменении расстояния между атомами. При этом изменяется энергия электронов, часть из них переходит на более высокий энергетический уровень, возрастает число электронов проводимости, увеличивается их подвижность в электрическом поле. Поскольку концентрация свободных электронов в полупроводнике относительно невелика, небольшое ее изменение, вызванное деформацией кристаллической решетки, приводит к заметному изменению электропроводности.
Конструктивно тензорезистивный датчик представляет собой пленку, на которую в виде тонких полос нанесен полупроводниковый материал. Пленка наклеивается на деталь, подвергаемую изгибу в процессе взвешивания (рис. 4а). Поскольку проводимость полупроводников в значительной степени зависит от температуры, то для повышения точности и стабильности показаний тензодатчики включаются по мостовой схеме (рис. 4б).
При отсутствии измеряемого веса сопротивление каждого из плеч моста одинаково, поэтому выходное напряжение равно нулю. Появление нагрузки приводит к изгибу кронштейнов, на которые наклеены датчики. В результате верхний датчик растягивается, т.е. сопротивление R1 увеличивается, а нижний датчик сжимается, и, соответственно, R2 уменьшается. Между плечами моста появляется напряжение Uвых, зависящее от веса нагрузки. Поскольку температура на оба датчика действует одинаково, то можно считать, что нагрев или охлаждение окружающей среды практически не влияет на значение Uвых.
Датчик пара
Изменение температуры некоторых диэлектриков приводит к их поляризации. Если пластину из такого диэлектрика подвергать нагреву или охлаждению, то на ее противоположных сторонах появляются разноименные заряды. Если на обе стороны пластины нанести электроды и замкнуть их с помощью проводника, то в нем возникнет электрический ток, который будет продолжаться до тех пор, пока не прекратится изменение температуры. Это явление называется пироэлектрическим эффектом. На его использовании основан датчик пара, применяемый в некоторых микроволновых печах.
Конструкция датчика показана на рис. 5.
Рис. 5. Принцип действия и внутреннее устройство датчика пара
Пироэлектрический материал заключен между двумя электродами и одной стороной приклеен к металлическому основанию с целью повышения механической прочности. Датчик устанавли вается на патрубок, через который пар удаляется из печи (рис. 6).
Рис. 6. Установка датчика пара в микроволновой печи
В момент начала парообразования будет происходить конденсация пара на относительно холодных деталях патрубка, в результате чего температура установленного на нем датчика резко возрастет. На выводах датчика появится разность потенциалов, которая будет воспринята микроконтроллером.
По времени, прошедшему с момента включения магнетрона до начала парообразования, микроконтроллер вычисляет параметры загруженного продукта и определяет время и режим его дальнейшего приготовления. С внешней стороны датчик охлаждается вентилятором, поэтому снижение парового потока приведет к быстрому остыванию датчика, что может быть использовано для корректировки режима.
Применение датчика пара или рассмотренных ниже датчиков влажности позволяет осуществпять автоматическое приготовление пищи, без установки таймера и режима приготовления вручную.
Датчики влажности
Существуют понятия «абсолютная влажность» и «относительная влажность». Прежде чем приступить к рассмотрению конкретных датчиков, имеет смысл определиться, что есть что.
Термин «относительная влажность» обычно применяется для обозначения уровня влажность в сообщениях о погоде. Он характеризует процентное соотношение между текущим количеством пара в воздухе и его количестве при насыщении, т.е. максимально возможном его количестве при данной температуре.
При насыщении дальнейшее парообразование приводит к конденсации влаги и ее выпадению в виде осадков. Поскольку уровень насыщения зависит от температуры, то и относительная влажность меняется при ее колебаниях.
Абсолютная влажность показывает вес паров воды, содержащихся в одном кубометре воздуха, поэтому ее значение не зависит ни от температуры, ни от чего-либо еще.
С точки зрения приготовления продукта, работа датчиков влажности аналогична рассмотренному ранее датчику пара. Основные отличия состоят в лишь в механизме регистрации пара. Конструкция датчика относительной влажности показана на рис. 7.
Рис. 7. Принцип действия датчика относительной влажности
Чувствительный элемент датчика изготовлен из пористого керамического полупроводника (MgCrO4-TiO2). При нагреве продукта выделяющийся пар попадает в поры данного материала и изменяет его сопротивление. Повышение точности измерений достигается за счет совместного использования датчиков влажности и температуры. Датчик влажности расположен вблизи вытяжного отверстия, через которое происходит выпуск выделяемого продуктами пара вместе с циркулирующим воздухом.
Это означает, что на чувствительный элемент датчика могут попадать брызги пищи, масло, соль и т.п., приводящие к снижению точности измерений. Чтобы не допустить этого, вокруг чувствительного элемента помещается нагревательная катушка, предназначенная для его обжига и очистки. Максимальная температура нагревательной катушки достигает приблизительно 600°С.
Она включается на 30 — 60 секунд перед началом и в конце приготовления пищи.
Устройство датчика абсолютной влажности отличается от предыдущей конструкции наличием нагревателя, на который помещен датчик и сетчатого колпачка, который предохраняет его от загрязнения. Внешний вид датчика абсолютной влажности представлен на рис. 8.
Рис. 8. Датчик абсолютной влажности
Кроме использования датчиков обратной связи, повышение качества приготовления пищи достигается за счет сочетания микроволнового нагрева с другими способами обработки продуктов.
В настоящее время наиболее часто микроволны объединяются с грилем и конвектором. Иногда в дополнение к этому используется ультрафиолетовый излучатель, представляющий собой кварцевую лампу наподобие той, что применяется для искусственного загара. Загар в данном случае предназначен для микробов, но этот дармовой солярий здоровья им вовсе не прибавляет, а совсем даже наоборот.
Некоторые полупромышленные установки наряду с микроволновым излучением используют частичное вакуумирование. Наиболее эффективно такое сочетание действует при сушке продуктов, поэтому не исключена возможность, что в ближайшем будущем и некоторые бытовые печи будут оснащены вакуумными системами.
Принцип действия микроволновых вакуумных сушильных установок основан на зависимости температуры кипения от давления (рис. 9).
Рис. 9. Зависимость температуры кипения воды от давления
При пониженном давлении вода начинает закипать при температуре менее 100°С (для справки: нормальное атмосферное давление на уровне моря примерно равно 105 Па). С этим хорошо знакомы жители высокогорий и альпинисты. Можно часами варить мясо в открытом котле, и все равно оно останется наполовину сырым. Однако при сушке такое поведение воды обладает существенными преимуществами. Для качественной сушки пищевых продуктов их температура не должна превышать 70°С. Лекарственные травы и коренья сушатся при еще более низкой температуре (примерно 40°С). При этом в продуктах сохраняется большинство витаминов, а лекарственные растения не теряют своих лечебных свойств.
Если требуется высушивать большое количество продукта, необходимо повышать интенсивность процесса сушки. Для этого существует только один способ — это дополнительный подогрев и вентиляция.
В обычных условиях мощность, затрачиваемая на эти цели, ограничивается опасностью перегрева. Однако при наличии соответствующего вакуума интенсивность сушки практически ничем не ограничена. Пока в продукте присутствует влага, его температура не превысит температуры кипения и подводимая мощность будет расходоваться не на нагрев продукта, а на испарение влаги, т.е. на сушку.
Причем из всех существующих способов подвода тепла к продукту использование микроволн наиболее эффективно. Это обусловлено несколькими причинами, главные из которых заключаются в бесконтактном способе передачи тепла, равномерном нагреве продукта со всех сторон, высоком к.п.д. и преимущественном нагреве продукта изнутри.
Последнее обстоятельство выгодно отличает микроволновый нагрев от инфракрасного, при котором в первую очередь высыхают поверхностные слои, препятствуя дальнейшей сушке.
Кроме бытовых микроволновых печей микроволновый нагрев применяется во многих отраслях промышленного производства. Наибольшее распространение получили установки, в которых микроволновая энергия используется для сушки различного рода диэлектрических материалов (например, древесины).
Некоторые промышленные и полупромышленные установки, в сущности, мало чем отличаются от обычной микроволновой печи, поскольку состоят из тех же элементов, а увеличение мощности достигается за счет модульной конструкции, при которой вместо одного генератора используется несколько. Имеются установки, в которых одновременно работает несколько десятков магнетронов того же типа, что и в микроволновой печи.
Несмотря на то что существуют генераторы СВЧ с выходной мощностью в сотни киловатт, во многих случаях вместо одного такого прибора целесообразнее использовать несколько менее мощных генераторов. Причин этому несколько.
Во-первых, это более выгодно с экономической точки зрения. Компоненты для микроволновых печей выпускаются в большом количестве, поэтому их стоимость ниже, а технические характеристики, такие, как к.п.д., долговечность, надежность и т.д., выше.
Во-вторых, использование нескольких генераторов, в общем случае, обеспечивает более равномерный нагрев.
В-третьих, снижается вероятность электрических пробоев. Имеются и другие причины, по которым модульный вариант на основе компонентов микроволновой печи оказывается более предпочтительным. Отсюда следует, что при ремонте подобных установок в полной мере могут быть использованы те же методы, что и при ремонте микроволновых печей.
Всего хорошего, пишите to Elremont © 2007