专利名称：辐射式实验用加热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种辐射式实验用加热器，是进行热学实验的必备仪器。
背景技术：
在大学物理实验和其它领域的实验中，常常要求测定某种物质的某些热学特性，如固体线膨胀系数的测定、电阻温度系数的测定、温差电偶热电动势与温度校准曲线的测定等实验。进行这类实验时，加热器品质的好坏对实验结果的影响很大。由张映辉主编、大连海事大学出版社2002年出版的《大学物理实验》重点介绍了现有的两种加热器第一种是水浴式加热器，它通过电炉或内置加热管加热水或油，并将被测物体浸入水或油中进行测量；第二种是辐射式加热器，它将电热丝缠绕在瓷管上，通过热辐射，对被测物体加热。但现有两种加热器的实验效果都不好，主要原因如下1、水浴式加热器，加热范围小，往往不能满足实验测量温度区段的要求。如在温差电偶热电动势与温度校准曲线的测定中，要求温度达到250℃，而水浴式加热器只能达到100℃。
2、现有加热器缺少加热调控装置，电炉和加热管等发热体本身的温度上升很快，无法对温度的上升速度进行有效控制。而现有数字电子温度计一般每秒钟只采集和显示温度1～2次，与人的读取记录速度相当，若温度上升过快，加上热传导过程的滞后效应，会使被测物体温度的均匀性和温度测定的准确性受到影响，导致实验误差增大。
3、现有加热器没有强迫冷却降温装置，冷却过程全靠自然降温，使实验只能做升温过程测量，无法满足在有限的教学时间内同时做升温与降温过程测量的实验要求，而这一要求是消除热传导滞后效应所带来误差的有效方法。
4、由于加热器本身的热容量较大，热惯性大，在实验教学中往往出现下一个实验班级来做实验时，加热器还处于较高的温度，只好等待加热器冷却或减少测量温度的范围，严重影响实验效果，给实验教学带来很大麻烦。
发明内容
为了使本实用新型的加热装置具有可调控的输出功率，并在被测物体周围形成均匀的温度场，本实用新型采用多层同心圆柱筒的结构，即用8支加热管竖立一圈组成热辐射源，并采用不同的串联、并联组合形式形成不同的输出功率；在热辐射源的内层是由一层粗网和一层细网合成的双层不锈钢网构成的半透射层与二次辐射层，以使待测物体周围的温度场更均匀；在热辐射源的外层是由精磨的镜面不锈钢板制成的圆柱筒，构成加热器的内反射层，进一步使加热器内的温度场趋于均匀，并提高热效率；再依次往外是隔热层和外壳体。
为了使本实用新型的温度可调、操作方便，本实用新型还增加了电子控温电路、电子温度显示器、指示灯等温度控制件。
为了使本实用新型具有快速降温功能，本实用新型还增加了强迫冷却系统，使用小型吹风机将冷气流导入反射层与隔热层之间的区域以实现快速降温。
本实用新型采用8个长圆柱形加热管，通过串联、并联组合和可控硅电子电路，控制热辐射源的输出功率；同时，通过直接照射、反射面的反射、内层的二次辐射等多种方式，使处于加热器中心位置的被测物体周围的温度场有很高的均匀性。由于热辐射源具有宽范围的可调控性能，加上强迫冷却系统的设置，使加热器内温度的上升或下降速度得到有效的控制，并可适于高、中、低温度区段的实验要求。
本实用新型可以根据实验的要求，采用下面任一种方法制造成更高温度或较低温度要求的加热器(1)提高或减少每支加热管的功率；(2)增加或减少加热管的数量；(3)采用不同组合的串并联方法。
本实用新型与现有技术比较具有以下明显改进
1、本实用新型具有水浴式加热器在待测物体周围的温度场均匀性好的优点，而克服了它的测温范围小、需要中间介质传导的缺点。
2、本实用新型保留了现有辐射式加热器非接触式加热的优点，而克服了它加热不均匀的缺点。
3、本实用新型克服了现有加热器缺乏有效升降温调控手段的缺点，通过采用将加热管进行多种串、并联组合与可控硅控制电路及强迫冷却等技术措施，形成宽范围、连续稳定的调控系统，确保了升降温速度的有效调控。
图1是本实用新型的结构示意图的主视图。
图2是本实用新型的结构示意图的俯视图。
图3是本实用新型热辐射源的功率调控电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图，以一个最高设计温度为200℃的辐射式加热器，对本实用新型进行详细地说明。
如图1和图2所示，本实用新型主要由加热装置、操作与控制系统、强迫冷却系统和支承固定部分组成，加热装置由多层同心圆柱筒组成，圆柱筒的中央是待测物体放置室1，依次向外是二次辐射层2、半透射层3、辐射源4、反射层6、隔热层7和外层8。辐射源4由8支450w的新型长圆柱形加热管组成，半透射层3和二次辐射层2是由一层粗网和一层细网合成的双层不锈钢网构成，反射层6是由精磨的镜面不锈钢板制成的圆柱筒，隔热层7用3mm厚的保温材料压成，外壳体8用白砂不锈钢制作。在加热装置的顶部有盖板13，在下部有底板14、隔板15和底座16，风机12安装在底座16内，需快速降温时，冷空气经由底座16的通风孔进入反射层6和隔热层7之间的区域。盖板13与底板14之间用固定螺栓连接固定。在底板14的中央有指示灯11，在外壳体8的中部开有观察孔9和电子温度显示器插入孔10，控制盒17安装在底座16的外侧，电源开关、电子温控电路和操作旋钮均集成在控制盒17内。
如图3所示，本实用新型的辐射源4由8支450w的新型长圆柱形加热管组成，各加热管平行于加热器轴线且沿圆周均匀配置。先将每4支管串联成组，然后两组通过串并联转换开关，自由进行串联或并联组合，这样两种组合的功率分别为56w和225w，再通过可控硅电子线路进行调控，可控硅导通控制在满负荷的20％～90％范围内连续变化，因此，最终这一加热器的输出功率可在10～210w之间作连续调节，确保了加热器温度场的均匀性和温度上升或下降速度的可控性。
权利要求1.一种主要由加热装置和支承固定部分组成的辐射式实验用加热器，其特征在于加热装置由多层同心圆柱筒装置构成，圆柱筒的中央是待测物体放置室(1)，依次向外是二次辐射层(2)、半透射层(3)、辐射源(4)、反射层(6)、隔热层(7)和外层(8)。辐射源(4)由8支450w的新型长圆柱形加热管组成，各加热管平行于加热器轴线且沿圆周均匀配置。先将每4支管串联成一组，然后两组通过串并联转换开关，自由进行串联或并联组合，再通过可控硅电子线路进行调控，可控硅导通控制在满负荷的20％～90％范围内连续变化。在加热装置的顶部有盖板(13)，在下部有底板(14)、隔板(15)和底座(16)，冷却用风机(12)安装在底座(16)内。盖板(13)与底板(14)之间用固定螺栓连接固定。在底板(14)的中央有指示灯(11)，在外壳体(8)的中部开有观察孔(9)和电子温度显示器插入孔(10)，控制盒(17)安装在底座(16)的外侧，电源开关、电子温控电路和操作旋钮均集成在控制盒(17)内。
2.一种如权利要求1所述的辐射式实验用加热器，其特征在于半透射层(3)和二次辐射层(2)是由一层粗网和一层细网合成的双层不锈钢网构成，反射层(6)是由精磨的镜面不锈钢板制成的圆柱筒，隔热层(7)用3mm厚的保温材料压成，外壳体(8)用白砂不锈钢制作。
3.一种如权利要求1所述的辐射式实验用加热器，其特征在于可以通过增加或减少辐射源(4)的每支加热管的功率制造成更高温度和较低温度的中加热器。
4.一种如权利要求1所述的辐射式实验用加热器，其特征在于可以通过增加或减少辐射源(4)的加热管数量制造成更高温度和较低温度的中加热器。
5.一种如权利要求1所述的辐射式实验用加热器，其特征在于可以通过辐射源(4)的加热管不同组合的串并联方法制造成更高温度和较低温度的中加热器。
专利摘要本实用新型涉及一种辐射式实验用加热器，是进行各种热学实验的必备仪器。本实验仪器采用沿圆柱排列的8支长圆柱形加热管，通过串并联组合和可控硅电子线路调节，具有宽范围的可调控输出功率。通过直接照射、反射面的反射和二次辐射等多种方法，使处于加热器中心位置的被测物体周围的温度场具有很高的均匀性。本仪器设计有强迫冷却装置，使加热器内温度的上升或下降得到有效的控制，并且适于高、中、低不同温度区段的科学实验要求。
文档编号G01N25/00GK2643312SQ03205920
公开日2004年9月22日 申请日期2003年8月7日 优先权日2003年8月7日
发明者曾仲宁 申请人:曾仲宁