专利名称：双温双控内置式加热实验电炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种双温双控内置式加热实验电炉，在所设定的工作温度下，该装置达到稳定状态时，其工作室的温度波动范围彡rc。本实用新型所形成的产品，可用于要求精确控制加热温度、加热时间和无氧化加热条件下金属材料的加热及等温冷却、等温退火与时效处理等方面的试验研究。
背景技术：
在对金属材料组织、性能的实验研究中，往往既要保证样件的无氧化加热，又要对加热时间及加热温度进行精确控制。为此，要求实验电炉的工作室处于开放状态，以便于样件的迅速放入与取出，保证试样在热场中的停留时间满足试验的设定要求，即实现加热时间的精确控制。但在工作室处于开放的状态下，炉ロ的散热较大，如果仍然采用传统的外部加热，工作室的温度波动范国大，很难满足某些实验对加热温度精确控制要求。现有的真空加热装置和气氛保护加热装置，虽然能够满足高控温精度的要求，但试样只能随炉升温加热，且只有当炉温降至某一温度时，试样才可以从加热装置中取出，在对加热时间的控制上，无法严格满足等温退火、等温回火、等温冷却、时效处理等方面的实验要求，因为升、降温过程温度是连续变化的，很难将该过程的加热时间換算成实验所要求的等温加热时间或保温时间。金属材料热处理技术是现代制造业中不可或缺的关键技术，而传统热处理领域的未来发展方向是精确热处理，因为这不仅关系到产品的质量，还关系到节能和生产效率的 提高。精确热处理的エ艺制定和应用，离不开精确热处理的实验数据及实验装置，精确控温实验电炉就是在精确热处理实验要求的背景下发明的。
实用新型内容本实用新型是为了在必须使用浴炉对实验材料进行等温加热、冷却或保温的条件下，最大限度地降低加热装置在保温过程中的温度波动，实现对试样加热温度及其在热场中停留时间的精确控制，同时有效避免加热过程中试样可能出现的氧化现象。一种双温双控内置式加热实验电炉，包括炉体、炉罐、调压器、外部加热系统与エ作室加热系统，炉罐位于炉体内部，外部加热系统位于炉罐外侧，工作室加热系统位于炉罐内，所述炉体由外向内包括炉壳(3)、电热丝支撑体(7)、耐火纤维(8)，炉体顶部和炉体底部紧靠电热丝支撑体(X)均为轻质耐火型材；所述炉罐包括罐体(6)、液态加热介质(5)，罐体(6)内盛装液态加热介质(5)。所述的双温双控内置式加热实验电炉，所述外部加热系统包括位于炉体中的电热丝(4)、电热丝支撑体(7)、炉体热电偶(9)、电热丝接线柱(11)和炉体温控系统；电热丝
(4)固定在电热丝支撑体(7)上并与电热丝接线柱(11)连接，电热丝接线柱(11)和炉体热电偶(9)与炉体温控系统中位式温度调节仪的相应接ロ连接；炉体热电偶(9)的工作端置于电热丝⑷之间的电热丝支撑体⑵的小孔内。[0007]所述的双温双控内置式加热实验电炉，所述工作室加热系统包括工作室热电偶(12)、内置式加热器(I)、液态加热介质(5)和工作室温控系统；内置式加热器(I)由金属外套(101)、陶瓷电热绝缘材料(102)和电热丝(103)构成，内置式加热器可做成螺旋形或盘形置于罐体(6)底部；工作室热电偶(12)的工作端处于试样所在的位置附近；工作室热电偶(12)及内置式加热器(I)与工作室温控系统中PID温度调节仪的相应接ロ连接。本实用新型的效果是I、将传统的、通过罐体外加热的坩埚式浴炉，改为在罐体内、外分别加热与控温的双温、双控、内置式加热系统。2、传统的、単一加热源的试验用坩埚式浴炉，无论将温度传感器置于罐内或罐外，当罐体内(工作室)的温度达到设定温度时，由于罐外加热元件及耐火材料的温度已远高于工作室的温度，即使温度调节仪表立即关断电源，由于罐外加热元件和耐火材料的巨大 蓄热所帯来的热惯性，会使工作室的温度继续上行；反之，当工作室的温度降至设定温度时，即使温度调节仪表立即接通电源，由于加热元件所产生的热量来不及补充炉ロ及炉体的继续散热，工作室的温度会继续惯性下降。因此，単一加热源的坩埚式浴炉在使用过程中存在着很大的温度波动，当环境温度较低和工作温度较高时，这种波动尤为明显。3、改为双温、双控、内置式加热系统后的坩埚式浴炉，由于可以设定炉罐外加热源的温度始終低于罐内(工作室)的温度，因此，罐外加热源所产生的热量主要用于补充炉体的散热，其作用相当于既保证了炉罐外部温度的恒定，又避免了外加热源向罐内输送热能；而处于炉罐内底部的内置式加热器，ー是对工作室的液态介质直接加热，ニ是其质量远小于罐体和加热介质的质量，这两方面的原因使系统的热惯性大大降低；另外，罐体内的温度控制采用PID温度调节仪表，保证了加热室的工作温度极小波动，从而实现对炉温的精确控制。4、由于炉罐外加热系统的温度设定始終略低于工作室的温度，所以罐外加热系统在10°C以内的温度变化所帯来的热惯性不会对工作室的温度波动产生影响。因此，炉体(罐外)加热系统的温度控制选用价格低廉的调压器与位式温度调节仪表配合使用，即可满足要求。
图I为本实用新型实施例的炉体结构示意图。图2为本实用新型实施例的内置式加热器示意图。图3为图2的A-A剖面图。图4为本实用新型实施例的电气控制原理图。(a)炉体控温系统；(b)工作室控温系统。I.内置式加热器，2.轻质耐火型材，3.炉壳，4.电热丝，5.液态加热介质，6.罐体，7.电热丝支撑体，8.耐火纤维，9.炉体热电偶，10.轻质耐火型材，11.电热丝接线柱，12.工作室热电偶。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。[0019]參考图I本实用新型双温双控内置式加热实验电炉的炉体结构示意图，包括炉体、炉罐、调压器、外部加热系统与工作室加热系统，炉罐位于炉体内部，外部加热系统位于炉罐外侧，工作室加热系统位于炉罐内，调压器可根据工作室加热系统的温度设定来调整外部加热系统的加热功率；一般来说，外部加热系统的温度设定比工作室加热系统所设定的温度低10°C 20°C。炉体由外向内包括炉壳3、电热丝支撑体7、耐火纤维8，炉体顶部和炉体底部紧靠电热丝支撑体7均为轻质耐火型材。外部加热系统包括位于炉体中的电热丝4、电热丝支撑体7、炉体热电偶9、电热丝接线柱11和炉体温控系统(图4中a)。电热丝4固定在电热丝支撑体7上并与电热丝接线柱11连接，电热丝接线柱11和炉体热电偶9与炉体温控系统(图4中a)中位式温度调 节仪的相应接ロ连接；为进ー步提高对炉体的测控温精度，炉体热电偶9的工作端应置于电热丝4之间的电热丝支撑体7的小孔内(如图I所示)。当精确控温实验电炉正常工作时，外部加热系统的温度设定始終比炉罐内工作室所设定的温度低10°C 20で。这样，夕卜部加热系统既满足了炉体散热所需的补偿要求，又避免了外部加热系统的热惯性所造成的炉罐内工作室温度的波动。炉体温控系统中的调压器是为了根据炉罐内工作室的温度设定来调整外部加热系统的加热功率。当工作室液态加热介质5的设定温度较高时，外部加热系统的设定温度也须相应提高，外部加热系统所需的加热功率就要求増加；反之，当工作室所需的设定温度较低时，外部加热系统的设定温度也须相应降低，外热源所需的加热功率就要相应减少，这种匹配要求可有效降低外部加热系统的温度波动。因此，通过调压器可根据工作室的不同温度设定来调整外部加热系统的加热功率，而调压器与位式温度调节仪的配合使用，能有效保证炉体加热区的温度始終比工作室的温度略低。炉罐包括罐体6、液态加热介质5，罐体6内盛装液态加热介质5。罐体6可以是耐热钢等金属材料，也可以是氧化铝等陶瓷材料；液态加热介质5可以是矿物油、盐浴、碱浴或低熔点金属；进行加热试验时，试样悬挂于工作室的加热介质5中。工作室加热系统包括工作室热电偶12、内置式加热器I、液态加热介质5和工作室温控系统(图4中b)。内置式加热器I的结构如图2所示，由金属外套101、陶瓷电热绝缘材料102和电热丝103等部分构成，内置式加热器可做成螺旋形或盘形置于罐体6底部。为保证对实验温度的测控精度，工作室热电偶12的工作端应尽量处于试样所在的位置附近。工作室热电偶12及内置式加热器I与工作室温控系统(图4中b)中PID温度调节仪的相应接ロ连接。双温双控内置式加热实验电炉在达到设定温度并处于稳态时，工作室的温度波动范围可长时间、精确控制在设定温度的-1 0°c以内，其主要原因有以下几点1、当工作室中的加热介质5达到设定温度并进入稳定状态后，内置式加热器I产生的热量主要用于补偿炉ロ的散热，正常工作时的耗散功率小且相对稳定，因此内置式加热器I具有较小的体积和尺寸；2、由于内置式加热器I的质量仅为加热介质5与罐体6质量的1/10 1/20与外置加热方式相比，热惯性极小；3、内置式加热器I处于液态加热介质5的底层，在工作温度较低时，内置式加热器I与液态加热介质5的热交换主要通过直接传导和对流来实现，在工作温度较高时，辐射、传导和对流三种热交換方式同时存在，热交换过程的滞后效应小；
4、内置式加热器I中使用导热性能良好的陶瓷电热绝缘材料102，有效降低了内置式加热器I的内外温差，减少了内置式加热器I自身的热惯性；5、工作室热电偶12与液态加热介质5直接接触，对工作室的温度变化反应迅速，减小了工作室热电偶12在温度感知环节的 滞后效应；6、采用了 PID温度调节仪，实现了温度控制调节的智能化。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种双温双控内置式加热实验电炉，其特征在于，包括炉体、炉罐、调压器、外部加热系统与工作室加热系统，炉罐位于炉体内部，外部加热系统位于炉罐外侧，工作室加热系统位于炉罐内，所述炉体由外向内包括炉壳(3)、电热丝支撑体(7)、耐火纤维(8)，炉体顶部和炉体底部紧靠电热丝支撑体(X)均为轻质耐火型材；所述炉罐包括罐体出)、液态加热介质(5),罐体(6)内盛装液态加热介质(5)。
2.根据权利要求I所述的双温双控内置式加热实验电炉，其特征在于，所述外部加热系统包括位于炉体中的电热丝(4)、电热丝支撑体(7)、炉体热电偶(9)、电热丝接线柱(11)和炉体温控系统；电热丝(4)固定在电热丝支撑体(7)上并与电热丝接线柱(11)连接，电热丝接线柱(11)和炉体热电偶(9)与炉体温控系统中位式温度调节仪的相应接ロ连接；炉体热电偶(9)的工作端置于电热丝(4)之间的电热丝支撑体(7)的小孔内。
3.根据权利要求I所述的双温双控内置式加热实验电炉，其特征在于，所述工作室加热系统包括工作室热电偶(12)、内置式加热器(I)、液态加热介质(5)和工作室温控系统；内置式加热器⑴由金属外套(101)、陶瓷电热绝缘材料(102)和电热丝(103)构成，内置式加热器可做成螺旋形或盘形置于罐体(6)底部；工作室热电偶(12)的工作端处于试样所 在的位置附近；工作室热电偶(12)及内置式加热器(I)与工作室温控系统中PID温度调节仪的相应接ロ连接。
专利摘要本实用新型公开了一种双温双控内置式加热实验电炉，包括炉体、炉罐、调压器、外部加热系统与工作室加热系统，炉罐位于炉体内部，外部加热系统位于炉罐外侧，工作室加热系统位于炉罐内，所述炉体由外向内包括炉壳(3)、电热丝支撑体(7)、耐火纤维(8)，炉体顶部和炉体底部紧靠电热丝支撑体(7)均为轻质耐火型材；所述炉罐包括罐体(6)、液态加热介质(5)，罐体(6)内盛装液态加热介质(5)。在必须使用浴炉对实验材料进行等温加热、冷却或保温的条件下，最大限度地降低加热装置在保温过程中的温度波动，实现对试样加热温度及其在热场中停留时间的精确控制，同时有效避免加热过程中试样可能出现的氧化现象。
文档编号F27B17/02GK202485432SQ20122001694
公开日2012年10月10日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者孛海娃, 郭从盛, 龙姝明 申请人:陕西理工学院