一种金属相图专用加热器的制作方法

本发明涉及加热器
技术领域：
，具体涉及一种金属相图专用加热器。
背景技术：
：金属相图突出的特点是直观性和整体性，通过相图可以得知在压力恒定时的某温度下，体系所处的状态，平衡共存的各相组成如何，各个相的量之间有什么关系，以及当外界条件发生变化时，相变化进行的方向和限度。因此，金属相图的绘制对于了解金属的成分、结构和性质之间的关系具有十分重要的意义。而金属相图实验成败的关键是步冷曲线上折变和水平线段是否明显。首先，步冷曲线上温度变化的速率取决于体系与环境间的温差、体系的热容量、体系的热传导率等因素。温度变化影响着步冷曲线的变化。实验室常用的加热器，采用的是电热丝加热技术，在降温过程中，采用厚厚的保温棉或者散热风扇来控制样品的降温快慢，控温精度较低，而电磁加热器热惯性小、可以提高热量利用率，节省能量，在控制温度方面也具有显著优势。其次，实验室内普通加热器的余热很高。即使已关闭加热器余热也会使实验中所用的金属体系升到较高温度，甚至使某些金属氧化，影响了实验结果。而电磁加热器可以有效的控制余热，解决传统加热装置产生余热而对实验产生干扰。最后，金属相图实验中所用体系一般为sn-bi、cd-bi、pb-zn等低熔点的金属体系，他们的蒸汽对人体健康有危害。虽然在样品上已经覆盖石墨粉或石蜡油，防止样品挥发和氧化，但是石蜡油的沸点较低（大约为360摄氏度），用电炉加热样品时温度若控制不好，余热会使样品升高到500摄氏度甚至更高的温度。一旦达到或超过石蜡油的沸点，不仅石蜡油沸腾，而且也有可能使样品挥发或氧化。因此存在着安全隐患。为了解决当前加热器存在的缺点，项目小组尝试对现有加热器进行改造，采用了电磁加热的方法。电磁加热器是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的装置。高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热的目的。其优点是：1、加热快，热惯性小、提高热量利用率，控制降温精度高；2、解决传统加热装置热惯性大的问题，缩短实验时间，提高实验效率；3、安全性能高、便于维修，操作简单，提高实验精确度。技术实现要素：（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属相图专用加热器，采用电磁加热的原理，改进加热方式，具有加热快，热惯性小、可以提高热量利用率，控制降温精度高等优点的同时，解决传统加热装置余热高、降温控温差所引起的实验结果误差大等问题。并且还有安全性能高、便于维修，操作简单，提高实验精确度的优点。（二）技术方案为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种金属相图专用加热器，其特征在于：包括电磁控制仪主机和电感加热线圈，所述电磁控制仪主机包括磁场控制系统和测温系统，所述加热器外部设有主开关和第一插孔、第二插孔，所述第一插孔和第二插孔分别于磁场控制系统和测温系统相连，所述第一插孔与电感加热线圈通过导线相连，所述测温系统与温度计相连，所述主开关控制主机所有用电，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时会在金属体内产生多个小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热金属材料料筒内物品，所述测温系统主开关由按钮控制，所述电磁控制仪主机上旋钮进行温度设定当温度达到设定温度时，所述电磁控制仪主机自动断开磁场控制系统中电流，停止加热。优选的，所述磁场控制系统由单刀双掷开关控制，当单刀双掷开关处于中间时磁场控制系统关闭，当单刀双掷开关向上按下的时候，则将电感线加热圈与电源接通，在电感线圈中产生交变磁场，高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场。优选的，当单刀双掷开关向下时电磁线圈内部风扇启动，电磁线圈停止加热，风扇对线圈内部的铁筒进行降温，而风扇的风速可通过风扇旋钮控制电压大小，进而达到控制风扇的速度，风扇旋钮上方的仪表板则显示通过风扇的电压。优选的，所述电磁控制仪主机上电压旋钮作用是控制通过线圈的电压，通过控制电压的大小达到控制电流的目的，进而达到调节磁场的大小，电压旋钮上方的仪表板则显示通过电磁线圈的电压。优选的，所述测温系统工作时，温度计前段金属感应器会把感应到的温度传送到主机，通过显示屏显示感应器的感应温度，将温度计所测温度显示在屏幕上，所述电磁控制仪主机通过设定温度达到控制感应线圈内部温度。优选的，所述电磁控制仪主机右侧设有电子屏幕，所述电子屏幕与计时器相连，屏幕下方有时间旋钮进行定时，并将所定时间传到电子屏幕上，设定好时间后则计时器开始计时，当达到设定时间后自动响铃，同时重新自动计时。优选的，所述加热器还包括电炉本体，所述电炉本体为圆筒状由陶瓷制成直径为d、长为a，所述圆筒是有两个内部直径为d、长为a的凹槽拼成，在底部有个高位b的风扇，在风扇上方e处有一个金属网，陶瓷外部缠有磁线圈，再外部有耐高温微晶材料外壳包裹并用螺丝链接，缠好的线圈引出与插头相连，所述插头插入第一插孔中。（三）有益效果本发明针对金属相图加热过程中产生较大余热，能量利用率低，控制降温精度差等问题，开发了一种金属相图研究专用加热器。采用电磁加热的原理，改进加热方式，具有加热快，热惯性小、可以提高热量利用率，控制降温精度高等优点的同时，解决传统加热装置余热高、降温控温差所引起的实验结果误差大等问题。并且还有安全性能高、便于维修，操作简单，提高实验精确度的优点。具有很强的创造性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是一种金属相图专用加热器主机俯视图；图2是一种金属相图专用加热器主机后视图；图3是一种金属相图专用加热器炉体剖视图；图4是样品的步冷曲线图；图中的标号分别代表：1、电磁加热功率指示窗；2、散热风扇指示窗；3，电压旋钮；4，单刀双掷开关；5、风扇旋钮；6、温度显示屏；7、倒计时显示屏；8、倒计时设置旋钮；9、温度设置旋钮；10、温度计总开关；21、金属相图专用加热器主机；22、电源开关；23，插孔一；24，插孔二；31、磁力线；32、金属铁网；33，散热风扇。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。金属相图专用加热器主要是电磁控制仪主机和电感加热线圈组成，电磁控制仪主机由磁场控制系统和测温系统组成，并且外部由主开关；如图2一种金属相图专用加热器主机后视图电源开关22和第一插孔23、第二插孔24，第一插孔、第二插孔分别于磁场控制系统和测温系统相连，第一插孔与电感加热线圈通过导线相连，测温系统则与温度计相连。主开关控制电磁控制仪主机所有用电，只有当主开关接通后其他开关才能控制相应系统，磁场控制系统由单刀双掷开关控制；如图1一种金属相图专用加热器主机俯视图左侧单刀双掷开关，当单刀双掷开关处于中间时磁场控制系统关闭，当单刀双掷开关向上按下的时候，则将电感线加热圈与电源接通，在电感线圈中产生交变磁场，高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热金属材料料筒内的东西。交流电通过电磁线圈产生的交变磁场的强度可以通过改变电流的大小进行控制，如图1一种金属相图专用加热器主机俯视图电压旋钮3作用是控制通过线圈的电压而达到调节磁场的大小，电压旋钮上方的仪表板则显示通过电磁线圈的电压；当单刀双掷单刀双掷开关向下时电磁线圈内部风扇启动，电磁线圈停止加热，风扇对线圈内部的铁筒进行降温，而风扇的风速可通过风扇旋钮控制电压大小，进而达到控制风扇的速度，风扇旋钮上方的仪表板则显示通过风扇的电压。系统二主开关由按钮控制，当打开按钮时测温系统开始工作，此时，温度计前段金属感应器会把感应到的温度传送到电磁控制仪主机，通过显示屏显示感应器的感应温度，将温度计所测温度显示在屏幕上，而且电磁控制仪主机可以通过设定温度达到控制感应线圈内部温度，电磁控制仪主机上温度设置旋钮9可以进行温度设定。当温度达到设定温度时电磁控制仪主机自动断开磁场控制系统中电流，停止加热。电磁控制仪主机右侧有个倒计时显示屏，该电子屏幕与计时器相连，屏幕下方有倒计时设置旋钮8进行定时，并将所定时间传到电子屏幕上，设定好时间后则计时器开始计时，当达到设定时间后自动响响铃，（响铃2秒）同时重新自动计时。电炉：由陶瓷制成直径为d、长为a的圆筒，该圆筒是有两个内部直径为d、长为a的凹槽拼成，在底部有个高位b的风扇（风扇直径小于d）在风扇上方e处有一个金属网，陶瓷外部缠有磁线圈（当电流通过时在陶瓷中产生交变磁场），在陶瓷筒内部可放入直径为d高为c的配有铸铁套管的金属相图样品管，（d小于d）（a=b+c+e）。当陶瓷中产生交变磁场时可以在铁材料中产生涡旋电流，从而加热铁管以及内部的物体，陶瓷外部有耐高温微晶材料外壳包裹，用螺丝链接（可拆卸），缠好的线圈可引出来和一个插头相连，插头正好可以插入插孔1中。如图4，a为金属相图样品管1的步冷曲线；b为金属相图样品管2的步冷曲线；c为金属相图样品管3的步冷曲线；d为金属相图样品管4的步冷曲线。传统的金属相图加热装置采用电热丝加热技术，是利用被加热物质本身的导电性及不良导体的特性来加热的，为接触式加热。在金属相图实验中，存在热滞后、热惯性大和能量利用率的缺点。本发明开发了一种金属相图研究专用加热器。采用电磁加热的原理，改进加热方式，具有加热时间短、热惯性小、有效提高热量利用率的优点，解决采用电热丝加热技术的传统金属相图加热仪热惯性大而对实验产生干扰的问题。并且该装置还有安全性能高、便于维修，操作简单，提高实验的精确度，具有很强的创造性。为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明的一种金属相图专用加热器和传统电阻发热金属相图加热器分别对金属铅及与金属锡的混合物进行加热，并测绘该金属的步冷曲线，包括如下步骤：1、配置样品用精密天平称取金属铅50g加入到普通纯玻璃金属相图样品管1，称取50g金属铅和10g金属铁粉混合均匀后加入到配有铸铁套管的金属相图样品管2中，分别加入20ml液体石蜡到样品管样品1,2中，防止金属氧化变质。用精密天平称取金属铅40g、金属锡10g，混合均匀后加入到普通纯玻璃金属相图样品管3中，称取金属铅40g、金属锡10g和金属铁粉10g混合均匀后加入到配有铸铁套管的金属相图样品管4中，分别加入20ml液体石蜡到样品管样品3,4中，防止金属氧化变质。2、样品测试将金属相图样品管1放入到传统的金属相图加热仪器加热炉内，插入温度传感器到样品管，打开金属相图实验仪，设置加热温度到360℃，仪器开始加热，并用秒表计时，由于传统的金属相图加热装置采用电热丝加热技术，通电后首先电热丝发热温度升高，利用温度差产生热传导，依次传热到炉膛、样品管、样品及插入样品内部的传感器中，存在热滞后性。当样品升温到设置温度时，停止加热并记录时间。由于热惯性的存在，样品会继续升温，观察样品升温情况，记录升温的最高温度，记录时间。当样品开始降温到360℃时，开启倒计时，30s计时，每隔30s记录温度，降温到150℃，结束测试。同上步完成金属相图样品管3的测试程序。将金属相图样品管2放入到本发明的一种金属相图专用加热器电磁加热炉内，将温度传感器插入样品管内，开启相应的金属相图实验仪，设置加热温度360℃，仪器开始加热，并用秒表计时，电磁加热炉产生的高频磁场作用在样品管外铸铁套管和分散在样品中的铁粉上，磁力线被切割，产生无数小旋涡流，使套管和铁粉自身迅速发热升温，并传导给待测样品，由于电磁加热为非接触式加热，具有加热速率快、热惯性小的特点。当样品升温到设置温度时，电磁加热停止。余热将样品温度稍微提升后，样品即开始降温，此时当温度低于设定温度时，电磁加热炉继续小功率加热，达到设定温度后又停止。电磁加热炉间歇性工作，维持样品在设置温度，3分钟后，关闭电磁加热炉。然后开启散热风扇，吹散电磁加热炉和样品管的余热，防止样品的进一步升温。当样品开始降温后，开启倒计时30s，每隔30s记录温度，同时观察降温速率，如果降温速率超过3~5℃/min，关闭散热风扇，并调节加热功率，将样品降温速率控制在3~5℃/min后，维持仪器降温状态，按提示记录温度数据，并观察样品温度的变化情况。当降温到150℃，结束测试。同上步完成金属相图样品管4的测试程序。3、步冷曲线绘制根据实验获得的样品温度值，在origin软件中，以时间为横坐标，样品温度为纵坐标，绘制样品的时间与温度的变化曲线，即步冷曲线。由于纯金属铅体系，降温过程中当样品达到固液两相平衡时，体系自由度为0，样品温度不随时间变化，步冷曲线出现水平线段，直至样品完全凝固为止，体系温度继续下降；对于铅含量80%的样品，样品降温过程中，首先析出固体铅，由于放出相变潜热，使体系的温度下降速率减慢，在步冷曲线上出现转折点，当固体锡也析出时，体系进入三相平衡态，自由度为0，步冷曲线上出现水平线段，直到样品完全凝固，样品温度才继续下降。步冷曲线上拐点和平台对应的温度，为样品发生固液相变的温度值。表1金属相图样品加热用时和升温速率表样品类型加热方式样品初始温度（℃）加热到360℃耗时（秒）升温速率（℃/秒）最高升温（℃）样品管1电热丝加热202821.2414样品管2电磁加热20854.0382样品管3电热丝加热202681.3403样品管4电磁加热20724.7386由表1可见，采用传统电热丝加热的金属相图测定仪测定的样品管1和3，由于热传导速率较慢，存在一定的热滞后性，从室温加热到360℃耗时在268、282秒，高于电磁加热的样品管2和4。电磁加热的升温速率为电热丝加热的3倍多。但是由于电热丝加热的热惯性较大，控温效果差，停止加热后，惯性升温50~60℃，而电磁加热由于控温精准和散热风扇的作用，惯性升温20~25℃。电磁加热具有加热速率快、热惯性小，高效节能特点。从图4样品的步冷曲线可以看出：传统金属相图测定仪无法精确控温，降温速率较快，曲线a出现明显的过冷现象，曲线c虽有相变平台，但是相变的拐点没有体现出来。而电磁加热相图仪可以在降温过程中利用风扇加速降温和采用低功率的电磁加热作为补偿热减缓降温速率，达到控制降温的效果。曲线b和d出现明显的平台和拐点。本发明的一种金属相图专用加热器采用电磁加热的原理，改进加热方式，具有加热快，热惯性小、可以提高热量利用率，控制降温精度高等优点的同时，解决传统加热装置余热高、降温控温差所引起的实验结果误差大等问题。并且还有安全性能高、便于维修，操作简单，提高实验精确度的优点。具有很强的创造性。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12