功率可分段输出的红外石英灯的制作方法

本实用新型涉及的是一种辐照加热
技术领域：
的红外石英灯，特别是一种通过改变灯丝螺距实现红外功率可分段输出的红外石英灯。
背景技术：
：红外石英灯是以耐高温石英玻璃为灯体材料制成的耐高温的热辐射源。工业或科研部门在工件加热时，常采用红外石英灯，这是常规的辐照加换热模式。红外石英灯的灯丝材料通电后急剧升温，辐射红外光子，并伴生有可见光，从石英管壁透射后作用于受热工件。红外石英灯的灯丝绕制、电阻值分配一般是均匀的，灯丝中段的区域往往温度较高，而接近压封冷端区两侧往往会温度偏低，这是因为两侧对流引起的热损失较多，形成了不均匀的热场。在实际应用的场景中，接受辐照的对象往往在烘烤区域中间温度高、两侧温度低，有热场失衡问题。技术实现要素：本实用新型针对
背景技术：
中提到的常规灯丝造成的热场失衡问题，提出一种功率可分段输出的红外石英灯，通过绕制灯丝时按实际需要分段设置灯丝螺距，在各段分配不同的灯丝电阻值，实现分段分配电功率的，从而实现分段分配红外输出功率。本实用新型通过以下技术方案来实现，本实用新型包括石英管体、电源线、瓷件、导电钼箔、导电钼杆、灯丝、支架圈、镀金反射膜层、透射面、排气点、两侧压封端，两瓷件分别布置在两侧压封端上，两个导电钼箔分别与穿过瓷件后的电源线相连接，灯丝、支架圈均布置在石英管体内；导电钼杆的一端与导电钼箔相连接，导电钼杆的另一端与灯丝相连接；排气点、镀金反射膜层、透射面均布置在石英管体壁面上，其特征在于灯丝为长条形螺旋灯丝，其螺距分段设置为不同的值。进一步地，在本实用新型中，绕制灯丝螺距分段分为左、中、右三段，左、右两段采用较小螺距，中段采用较大螺距。更进一步地，在本实用新型中，排气点布置在石英管体中间部位非透射面，支架圈在石英管体内均匀布置。更进一步地，在本实用新型中，镀金反射膜层为180度。更进一步地，在本实用新型中，螺距分段可根据受辐照区域特定的强弱要求来调整设计。本实用新型的技术方案是：绕制灯丝时，改变绕丝机参数，分段设定灯丝的螺距，即改变了灯丝不同区段的相对电阻值，实现分段按设定分配电功率。本实用新型的有益效果是：在强调辐照均匀性的应用场景，通过相对减弱红外石英灯中间段的输出电功率，对两侧因对流较多热损失的区域达成均衡补偿，从而实现较为均匀的辐照加热。同时，红外石英灯采用此方案设计灯丝，也可满足受辐照区域特定的强弱要求。附图说明图1是本实用新型的整体结构示意图；图2是本实用新型中灯丝的局部放大图；图3是本实用新型实施例工作实拍图；图4是本实用新型实施例螺旋灯丝结构尺寸示意图；图5是本实用新型实施例75v输出时灯丝热像图；图6是本实用新型实施例120v输出时灯丝热像图；图7是本实用新型实施例中具有代表性的b，d，e三点在距离300mm处1000～2500nm波长光辐照能量的积分比对图；其中，1、导电钼箔，2、压封端，3、支架圈，4、镀金反射膜层，5、排气点，6、石英管体，7、灯丝，8、导电钼杆，9、瓷件，10、电源线，11、透射面，12、高密度螺距灯丝，13、低密度螺距灯丝。具体实施方式下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。实施例具体实施例如图1所示，本实用新型包括导电钼箔1、压封端2、支架圈3、镀金反射膜层4、排气点5、石英管体6、灯丝7、导电钼杆8、瓷件9、电源线10、透射面11、高密度螺距灯丝12、低密度螺距灯丝13，两侧压封端2分别布置在石英管体6的两端，两个瓷件9分别布置在两侧压封端2上，两个导电钼箔1分别与穿过瓷件后的电源线10相连接，灯丝7、支架圈3均布置在石英管体6内；导电钼杆8的一端与导电钼箔1相连接，导电钼杆8的另一端与灯丝7相连接；排气点5、镀金反射膜层4均布置在石英管体外壁面上，透射面11布置在石英管体6上镀金反射膜层4的对面；灯丝7为长条形螺旋灯丝，绕制螺距分为左、中、右三段，左、右两段采用较小螺距，中段采用较大螺距；排气点5布置在石英管体6中间部位非透射面，支架圈3在石英管体6内均匀布置；镀金反射膜层为180度。红外石英灯通常以螺旋绕制为长条状的灯丝为发光体。灯丝材料常见的有三种：掺杂钨丝、铁铬铝合金丝和镍铬合金丝。掺杂钨丝的线功率密度最高可达125w/cm，最高温度约3000℃，辐照峰值光谱通常在2000nm之内，用于制作短波红外石英灯。铁铬铝合金丝和镍铬合金丝的线功率密度最高为35w/cm，最高温度约1400℃，辐照峰值光谱在2000～2500nm区间，为用于制作中波红外石英灯。这里以掺杂钨丝做灯丝的短波红外石英灯为例说明实施方式。以铁铬铝合金丝和镍铬合金丝为灯丝制作的中波红外石英灯，绕制螺旋、设定不同螺距的方法，与掺杂钨丝相同。第一步，确定芯柱系数k芯值和灯丝直径d。螺旋灯丝结构如图4，d为灯丝直径、m为绕制芯柱直径、h为灯丝螺距(单位均为mm)；则螺距系数k螺＝h/d，芯柱系数k芯＝m/d。据经验，k螺取值范围是1.3～3.0，k芯取值范围是3～7。第二步，按灯管额定电压u、功率p，计算灯丝展开长度l。据欧姆定律p＝u2/r(p为功率，u为电压，r为电阻)，电阻定律r＝ρt·l/s[温度t时灯丝的电阻率为ρt，l为灯丝展开长度，s为灯丝的横截面积，s＝(л·d2)/4)],由此得出l＝(r·s)/ρt＝(u2·л·d2)/(4·p·ρt)。第三步，依据要求的分段功率pn，计算分段长度ln。同一根螺旋灯丝，按螺距分不同区段的连接可视为串联电路，如分为1，2，…n段。按灯丝展开长度，对应各功率区段电阻值，l＝l1+l2+…+ln，对应r＝r1+r2+…+rn；依据串联分压原理，rn值大小与电压un值是线性关系,在串联电路中，电流i值恒定，功率pn＝un·i,所以，rn值大小与功率pn值也是线性关系。则其总电阻r＝r1+r2+…+rn时，对应输出功率为p＝p1+p2+…+pn，电压为u＝u1+u2+…+un。第四步，据ln的展开线型长度，可计算pn区段灯丝总圈数tpsn与每厘米长的灯丝圈数tpcn。tpcn＝10/h＝10/(k螺n·d),芯柱m＝k芯·d,pn区段灯丝总圈数tpsn＝ln/〔л·(2d+k芯·d)〕，pn区段有效长度ln＝(k螺n·d·ln)/〔л·(d+m)〕。第五步，完成上述计算，核定数据，在绕丝机输入相应参数，分步完成各区段的绕制。以直流低电阻测试仪实测r1+r2+…+rk+…+rn段的电阻值，与计算设定值相比允许偏差±3％，如果偏差过大可小范围调整参数以满足预期。第六步，完成成品灯的制作，通电实测各项性能参数。采用本实用新型制作220vac1680w短波红外石英灯，如图2所示，以d＝0.4mm掺杂钨丝制成灯丝，输出功率分为左、中、右三段，左、右段一致，中段螺距较大令功率输出减弱。左、中、右段k螺分别取值1.5、2.4、1.5，m值为2.2mm，k芯为固定值5.5。图3是在给定30v电压时实拍照片(更高电压时光场太强无法清晰拍照)。图5、图6分别是75v、120v输出时灯丝热像图。图7是光纤光谱仪所实测的1000～2500nm辐照能量积分比对图，距离灯管的b、d、e三点均是300mm。实测所获取绝对能量值列表：辐照区段1000～2500nm能量积分b(右)80925.38uw/cm2d(中)47358.36uw/cm2e(左)81245uw/cm2以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。当前第1页12