微波炉

背景

微波实际上是电磁波频谱的一部分，它包括通过空间移动的能量形式，由电场和磁场的相互作用产生。光谱通常分为由不同波长（或频率）以及各种类型波的发射、传输和吸收行为决定的子组。从最长到最短的波长，光谱包括电波和无线电波、微波、红外线（热）辐射、可见光、紫外线辐射、X 射线、伽马射线和电磁宇宙射线。微波的频率大约在 0.11 到 1.2 英寸（0.3 到 30 厘米）之间。

微波本身用于许多不同的应用，例如电信产品、雷达探测器、木材固化和干燥以及某些疾病的医疗。然而，它们的某些特性使它们非常适合烹饪，这是迄今为止微波能量最常见的用途。微波可以穿透塑料、玻璃和纸质材料；金属表面反射它们，食物（尤其是液体）吸收它们。放在传统烤箱中的食物会从外向内加热，因为它会慢慢吸收烤箱加热的周围空气。另一方面，微波可以更快地加热食物，因为它们同时穿透所有层。在一块食物或装满液体的容器内，微波会搅动分子，从而加热物质。

Percy Spencer 博士在 1940 年代发现了微波能烹饪食物的能力，他在二战期间为军队进行了雷达真空管的研究。斯宾塞的实验表明，当被限制在金属外壳中时，高频无线电波会穿透并激发某些类型的分子，例如食物中的分子。微波的强度足以烹饪食物，但不足以改变其分子或遗传结构或使其具有放射性。

斯宾塞博士为其进行这项研究的雷神公司获得了这项技术的专利，并很快开发出能够烹饪大量食物的微波炉。由于制造成本使它们对大多数消费者来说过于昂贵，这些早期的烤箱主要用于医院和酒店，它们可以更轻松地负担 3,000 美元的投资。然而，到 1970 年代后期，许多公司已经开发出家用微波炉，并且成本开始下降。今天，微波炉是一种标准的家用电器，有多种设计可供选择，并具有许多方便的功能：旋转盘子，烹饪更一致；数字定时器；自动编程能力；和可调节的烹饪功率水平，可实现解冻、褐变和加热等功能。

设计

微波炉的基本设计很简单，大多数操作方式基本相同。烤箱的各种电机、继电器和控制电路位于外壳上，烤箱腔用螺栓固定在外壳上。前面板允许用户对微波炉进行编程，以及 炉腔和炉门采用金属成型技术制成，然后采用电沉积涂漆，其中电电流用于涂漆。
磁控管组件包括几个重要部件。一个强大的磁铁放置在阳极周围，以提供产生微波的磁场，而热保护器直接安装在磁控管上，以防止管子因过热而损坏。一个封装在玻璃管中的天线安装在阳极的顶部，管内的空气被抽出以产生真空。此外，用于冷却磁控管金属翅片的鼓风机电机直接连接到管子上。门框有一个小窗口，让厨师在烹饪时可以看到食物。

靠近钢制炉腔顶部的是一个磁控管——一种产生高频微波振荡的电子管——它产生微波。微波通过金属波导漏斗进入搅拌器风扇，搅拌器风扇也位于腔体顶部附近。风扇将微波均匀地分布在烤箱内。制造商改变他们分配微波的方式以实现均匀的烹饪模式：一些使用位于相对墙壁上的双搅拌风扇将微波引导到腔体，而其他制造商使用腔体底部的入口，允许微波从两个方向进入顶部和底部。此外，许多烤箱在转盘上旋转食物。

原材料

微波炉的盖子或外壳通常是一体式环绕式金属外壳。烤箱的内面板和门由镀锌或不锈钢制成 并涂有丙烯酸搪瓷涂层，通常颜色较浅以提供良好的可见度。烹饪表面通常由陶瓷或玻璃制成。在烤箱内部，机电组件和控制装置包括定时器电机、开关和继电器。烤箱内还有磁控管、波导和搅拌风扇，全部由金属制成。连接各个部件的硬件由各种金属和塑料部件组成，例如齿轮、滑轮、皮带、螺母、螺钉、垫圈和电缆。

制造
过程

烤箱内腔和门制造

• 1 制造微波炉的过程从腔体和门开始。首先，框架是使用自动金属成型压力机成型的，每分钟可生产约 12 至 15 个零件。然后在碱性清洁剂中冲洗框架以去除任何污垢或油，并进一步用水冲洗以去除碱性溶液。
• 2 接下来，每个部件都用磷酸锌处理，为电沉积做好准备。电沉积包括将部件浸入 油漆 油箱在 200 伏电压下持续 2.5 分钟。所得涂层约 1.5 密耳厚。然后将部件移动到烤漆操作中，在该操作中，油漆在 300 华氏度（149 摄氏度）下固化 20 分钟。 底盘或框架安装在托盘上，用于主装配操作。托盘是一种与其他工具结合使用的类似虎钳的装置。
• 3 门上漆后，将穿孔金属板连接到其窗孔上。该板反射微波，但允许光进入腔体（直到稍后组装底盘时，门才会连接到腔体）。

磁控管组件

• 4 磁控管组件由阴极筒、灯丝加热器、金属阳极和天线组成。灯丝附着在阴极上，阴极封闭在阳极筒内；该电池将提供有助于产生微波的电力。金属散热片焊接到阳极圆柱体上，并在阳极周围放置一个强力磁铁以提供产生微波的磁场。金属带将整个组件固定在一起。热保护器直接安装在磁控管上，以防止管子因过热而损坏。
• 5 封装在玻璃管中的天线安装在阳极的顶部，管内的空气被抽出以产生真空。波导连接到突出天线顶部的磁控管，而用于冷却磁控管金属翅片的鼓风机直接连接到管子上。最后，一个塑料风扇连接到电机上，它将从烤箱外部吸入空气并将其引导至叶片。这样就完成了磁控管子组件。

底盘总成

• 6 底盘组装工作在位于工作站的托盘上进行，托盘是与其他工具一起使用的工件夹持装置。首先，将主机架放在托盘上，将空腔用螺丝固定在底盘上。接下来，门通过铰链连接到腔体和底盘。然后将磁控管用螺栓固定在腔体和主机架的侧面。 在一个完整的微波炉中，磁控管产生微波，波导将它们引导到搅拌器风扇。反过来，这个风扇将波浪指向烤箱腔，在那里它们加热里面的食物。
• 7 产生操作磁控管所需电压的电路由一个大型变压器、一个油基电容器和一个高压整流器组成。所有这些组件都直接安装在底盘上，靠近磁控管。

搅拌扇

• 8 用于循环微波的搅拌风扇安装在腔体顶部。有的厂家用皮带轮从磁控鼓风机电机带动风扇；其他人使用直接连接到风扇的单独搅拌器电机。安装搅拌器风扇后，将搅拌器护罩拧到风扇组件的顶部。屏蔽层可防止灰尘和油脂进入波导，在那里它们可能会产生电弧并损坏磁控管。

控制开关、继电器和电机

• 9 烹饪开关通过给继电器和定时器通电来为变压器供电。继电器安装在电源变压器附近，而定时器安装在控制板上。除霜开关的工作原理类似于烹饪开关，可激活电机和定时器来操作除霜循环。控制板上还安装了一个定时器铃，当烹饪周期完成时，它会响起，还有一个灯开关，可以查看腔体。许多联锁开关安装在门区域的顶部和底部附近。联锁开关有时与安全开关组合在一起，安全开关可监控其他开关并在烤箱运行期间门意外打开时提供保护。

前面板

• 10 允许操作员选择可用于烹饪的各种设置和功能的前面板连接到机箱。在前面板的后面，附有控制电路板。当按下前面板上的开关时，该板以正确的顺序控制各种编程操作，它通过插入式插座和电缆连接到各种组件和前面板。

制作和组装表壳

• 11 微波炉的外壳由金属制成，并组装在辊成型机上。外壳滑到预先组装好的微波炉上并用螺栓固定在主机架上。

测试和包装烤箱

• 12 电源线和旋钮现在连接到烤箱，并被送去进行自动测试。作为测试过程的一部分，大多数制造商连续运行烤箱 50-100 小时。测试完成后，码垛机器人记录烤箱的型号和序列数据用于盘点，然后将烤箱送去包装。这样就完成了制造过程。

质量控制

在微波炉的制造过程中进行广泛的质量控制是必不可少的，因为微波炉发出的辐射会灼伤任何长时间暴露在高水平下的人。适用于 1971 年 10 月之后制造的所有烤箱的联邦法规将可能从烤箱泄漏的辐射量限制在距离烤箱表面约 2 英寸处每平方厘米 5 毫瓦的辐射。法规还要求所有烤箱都有两个独立的互锁开关，以在松开闩锁或打开门的那一刻停止微波的产生。

此外，计算机控制的扫描仪用于测量烤箱门、窗户和背面周围的排放泄漏。其他扫描仪检查磁控管的位置和天线辐射。每个扫描仪操作都会将数据转发给下一个在线操作，以便纠正任何问题。

未来

由于其速度和方便，微波炉已成为现代厨房不可或缺的一部分。微波市场和相关行业的许多发展都相当迅速。例如，专门为微波烹饪设计的食品和器具已成为一项巨大的业务。微波炉本身也将引入新功能，包括计算机化的食谱存储，消费者只需按一下按钮即可调用。烤箱的显示和可编程性也将得到改善，能够用微波炉和传统方法烹饪的组合烤箱将成为标准的家用产品。