管式炉温度控制系统及管式炉的制作方法

本发明属于温度控制技术领域，特别是涉及一种管式炉温度控制系统及管式炉。

背景技术：

管式炉系统结构简单，加热方便，广泛应用于陶瓷烧结、材料处理、化学气相沉积实验、真空退火等。当不同区域需要控制不同温度时，通常会选择双温区管式炉。现有的双温区管式炉加热系统一般采用电热阻丝包裹石英管，通过热辐射的方式对管内样品进行加热，同时借助热电偶测量石英管的温度来反映管内样品的温度达到温度调控目的。这种加热方式简单方便，但缺点是难以控制样品快速升温降温，不能准确反映样品的实际温度。原因在于：管式炉中热辐射方式加热效果较慢，对管内样品温度调控的反应时间较长；而且炉膛内的高温纤维保温材料会降低样品的降温速率。此外，尤其是当管内样品的工作温度较低时，热电偶测量温度和管内样品实际温度误差较大，难以对管内样品的温度进行精确调控。双温区管式炉的两个温区采用独立的控温程序，使同一炉管内形成温度差。但是，由于两个温区距离较近且不可移动，当两个温区工作温度相差较大时，高温区热量扩散到低温区从而影响低温区的温度控制。

由上可见，现有双温区管式炉虽然操作方便、加热范围广，适用于大多数加热环境，但是对于样品需要快速升温降温、准确调控温度，尤其是两个温区工作温度相差较大的特殊场合，现有的双温区管式炉已经难以胜任。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种管式炉温度控制系统及管式炉，用于解决现有技术中管式炉存在的难以控制样品快速升温降温，不能准确反映样品的实际温度的问题，以及现有的双温区管式炉存在的两个温区距离较近且不可移动，当两个温区工作温度相差较大时，高温区热量扩散到低温区从而影响低温区的温度控制的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种管式炉温度控制系统，所述管式炉温度控制系统适于管式炉的温度控制，所述管式炉包括石英管；所述管式炉温度控制系统包括：

加热元件，位于所述石英管内；所述加热元件的上表面设有样品放置区域，所述加热元件适于对放置于其上表面的样品进行加热；

测温元件，位于所述石英管内，且位于所述加热元件的上方；所述测温元件适于在加热过程中对样品的温度进行实时监测；

变压器，位于所述石英管外，与所述加热元件电连接；所述变压器适于为所述加热元件提供电压，并通过调节提供的电压调节加热元件的升温速率；

温度控制器，位于所述石英管外，与所述测温元件及所述变压器电连接；所述温度控制器适于依据所述测温元件侦测的样品温度对所述变压器进行反馈调节，以实现对放置于所述加热元件上表面的样品的温度进行实时调控。

作为本发明的管式炉温度控制系统的一种优选方案，所述加热元件包括陶瓷加热板、云母加热板、金属片加热、石墨加热板或碳纤维加热板中的一种或至少两种的组合。

作为本发明的管式炉温度控制系统的一种优选方案，所述测温元件包括热电偶、红外测温仪或热敏电阻。

作为本发明的管式炉温度控制系统的一种优选方案，所述管式炉温度控制系统还包括温度补偿线，所述测温元件经由温度补偿线与所述温度控制器电连接。

作为本发明的管式炉温度控制系统的一种优选方案，所述管式炉温度控制系统还包括：

第一组金属连接柱，位于所述温度控制器与所述测温元件之间；所述第一组金属连接柱一端经由所述温度补偿线与所述测温元件电连接，另一端经由所述温度补偿线与所述温度控制器电连接；

第二组金属连接柱，位于所述加热元件与所述变压器之间；所述第二组金属连接柱一端经由金属线与所述加热元件电连接，另一端经由金属线与所述变压器电连接。

本发明还提供一种具有管式炉，所述管式炉包括：

石英管，所述石英管包括相对的第一端及第二端；

如上述任一方案中所述的管式炉温度控制系统，所述管式炉温度控制系统中的所述加热元件及所述测温元件均位于所述石英管内。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述管式炉还包括：

第一端盖组件，固定于所述石英管的第一端；所述第一端盖组件上设有安装通孔，所述加热元件与所述变压器、所述测温元件与所述温度控制器均经由所述安装通孔电连接；

第二端盖组件，固定于所述石英管的第二端。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述第一端盖组件包括：

第一压环，固定于靠近所述石英管第一端的外壁上；

第一法兰盘，扣至于所述石英管第一端的开口外侧，且固定于所述第一压环上；所述安装通孔位于所述第一法兰盘上。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述第一端盖组件还包括第一密封圈，所述第一密封圈位于所述第一压环与所述第一法兰盘之间。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述第二端盖组件包括：

第二压环，固定于靠近所述石英管第二端的外壁上；

第二法兰盘，扣至于所述石英管第二端的开口外侧，且固定于所述第二压环上。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述第二端盖组件还包括第二密封圈，所述第二密封圈位于所述第二压环与所述第二法兰盘之间。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述第一法兰盘上还设有进气口；所述第二法兰盘上还设有排气口。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述管式炉包括第一温区及第二温区，所述石英管沿其长度方向贯穿所述第一温区及所述第二温区；其中，所述加热元件及所述测温元件均位于所述第一温区内。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述管式炉还包括电热阻丝，所述电热阻丝位于所述第二温区内，且沿所述石英管的周向环绕于所述石英管的外侧。

作为本发明的管式炉的一种优选方案，所述管式炉还包括管式炉主体；所述石英管沿其长度方向贯穿所述管式炉主体，且所述石英管的第一端及第二端分别位于所述管式炉主体相对的两侧；所述电热阻丝位于所述管式炉主体内。

如上所述，本发明的管式炉温度控制系统及管式炉，具有以下有益效果：本发明的管式炉温度控制系统通过将加热元件置于管式炉的石英管内，可以使用加热元件对样品直接进行加热，相较于现有的外部热辐射加热，具有控温精确、升温降温速度快、热量损失小、更加节能环保等优点；将测温元件置于管式炉的石英管内，测温元件紧靠样品，能够准确反映样品的实际温度；通过温度控制器对变压器的反馈调节，能够实现对石英管内样品的温度进行实时调控；由于设计了特殊法兰，在管式炉的石英管内引入了加热和测温元件，同时保证了整个装置的气密性，可以实现真空条件或者特定气氛中的加热需要。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的管式炉温度控制系统的结构示意图。

图2显示为本发明实施例二中提供的管式炉的结构示意图。

图3显示为本发明实施例二中提供的管式炉第一端的放大图。

元件标号说明

10石英管

11加热元件

12测温元件

13变压器

14温度控制器

15温度补偿线

16金属线

17第一组金属连接柱

18第二组金属连接柱

19第一端盖组件

191第一压环

192第一法兰盘

193第一密封圈

194进气口

20第二端面组件

201排气口

21第一温区

22第二温区

23电热阻丝

24管式炉主体

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种管式炉温度控制系统，所述管式炉温度控制系统适于管式炉的温度控制，所述管式炉包括石英管10；所述管式炉温度控制系统包括：加热元件11，所述加热元件11位于所述石英管10内；所述加热元件11的上表面设有样品放置区域，所述加热元件11适于对放置于其上表面的样品进行加热；测温元件12，所述测温元件12位于所述石英管10内，且位于所述加热元件11的上方；所述测温元件12适于在加热过程中对样品的温度进行实时监测；变压器13，所述变压器13位于所述石英管10外，与所述加热元件11电连接；所述变压器13适于为所述加热元件11提供电压，并通过调节提供的电压调节所述加热元件11的升温速率；温度控制器14，所述温度控制器14位于所述石英管10外，与所述测温元件12及所述变压器13电连接；所述温度控制器14适于依据所述测温元件12侦测的样品温度对所述变压器13进行反馈调节，以实现对放置于所述加热元件11上表面的样品的温度进行实时调控。本发明的管式炉温度控制系统通过将所述加热元件11置于管式炉的所述石英管10内，可以使用所述加热元件11对样品直接进行加热，由于在加热过程中仅仅对样品加热而没有加热所述石英管10，能更快地将热量传递给样品，且一旦所述加热元件11停止加热，样品温度会迅速下降，相较于现有的外部热辐射加热，本发明的所述管式炉温度控制系统具有控温精确、升温降温速度快、热量损失小、更加节能环保等优点；将所述测温元件12也置于管式炉的所述石英管10内，所述测温元件12紧靠样品，能够准确反映样品的实际温度；同时，通过所述温度控制器14对所述变压器13的反馈调节，能够实现对所述石英管10内样品的温度进行实时调控。

作为示例，所述加热元件11可以包括陶瓷加热板、云母加热板、金属片加热、石墨加热板或碳纤维加热板中的一种或至少两种的组合。

作为示例，所述测温元件12可以包括热电偶、红外测温仪或热敏电阻的任一种。

作为示例，所述管式炉温度控制系统还包括温度补偿线15，所述测温元件12经由温度补偿线15与所述温度控制器14电连接。具体的，所述测温元件12需要通过正负温度补偿线与所述温度控制器14电连接，即所述温度补偿线15包括正温度补偿线及负温度补偿线。

作为示例，所述管式炉温度控制系统还包括：第一组金属连接柱17，所述第一组金属连接柱17位于所述温度控制器14与所述测温元件12之间；所述第一组金属连接柱17一端经由所述温度补偿线15与所述测温元件12电连接，另一端经由所述温度补偿线15与所述温度控制器14电连接；第二组金属连接柱18，所述第二组金属连接柱18位于所述加热元件11与所述变压器13之间；所述第二组金属连接柱18一端经由金属线16与所述加热元件11电连接，另一端经由金属线16与所述变压器13电连接。

需要说明的是，所述第一组金属连接柱17的数量为两根，正温度补偿线及负温度补偿线分别与不同的所述第一组金属连接柱电连接。

需要进一步说明的是，所述金属线16的数量为两根，分为正向金属连接线与负向金属连接线，以将所述加热元件11与所述变压器13的正极与负极电连接；所述第二组金属连接柱18的数量同样为两根，所述正向金属连接线及所述负向金属连接线分别与不同的所述第二组金属连接柱18电连接。

实施例二

请参阅图2及图3，本实施例还提供一种管式炉，所述管式炉包括：石英管10，所述石英管10包括相对的第一端及第二端；如实施例一中所述的管式炉温度控制系统，所述管式炉温度控制系统中的所述加热元件11及所述测温元件12均位于所述石英管10内。所述管式炉温度控制系统的具体结构请参阅实施例一，此处不再累述。

作为示例，请结合图2参阅图3，所述管式炉还包括：第一端盖组件19，所述第一端面组件19固定于所述石英管10的第一端；所述第一端盖组件19上设有安装通孔(未示出)，所述加热元件11与所述变压器13、所述测温元件12与所述温度控制器14均经由所述安装通孔电连接；第二端盖组件20，所述第二端面组件20固定于所述石英管10的第二端。所述第一端面组件19及所述第二端面组件20用于分别将所述石英管10的第一端及第二端封堵密封。

作为示例，所述第一端盖组件19包括：第一压环191，所述第一压环191固定于靠近所述石英管10第一端的外壁上；所述第一压环191可以活动连接于所述石英管10的外壁上，也可以通过焊接等方式固定于所述石英管10的外壁上；第一法兰盘192，所述第一法兰盘192扣至于所述石英管10第一端的开口外侧，且固定于所述第一压环191上，所述安装通孔位于所述第一法兰盘192上；所述第一法兰盘192及所述第一压环191上可以均安装螺孔，所述第一法兰盘192经由螺钉固定于所述第一压环191上；所述安装通孔位于所述第一法兰盘192上。

具体的，所述第一组金属连接柱17及所述第二组金属连接柱18插入至所述安装通孔内，且且所述第一组金属连接柱17及所述第二组金属连接柱18与所述第一法兰盘192之间通过陶瓷管绝缘并密封。

作为示例，所述第一端盖组件19还包括第一密封圈193，所述第一密封圈193位于所述第一压环191与所述第一法兰盘192之间。所述第一密封圈193可以为但不仅限于o型密封圈。所述第一法兰盘192固定于所述第一压环191上，所述第一法兰盘192挤压压紧所述第一密封圈193使所述第一密封圈193变形以将所述石英管10密封。

作为示例，所述第二端盖组件20包括：第二压环(未示出)，所述第二压环固定于靠近所述石英管10第二端的外壁上；所述第二压环的具体结构与所述第一压环191的具体结构相同，具体请参阅所述第一压环191的描述；第二法兰盘(未示出)，所述第二法兰盘扣至于所述石英管10第二端的开口外侧，且固定于所述第二压环上；所述第二法兰盘相较于所述第一法兰盘192的区别在于：所述第一法兰盘192上设置有安装通孔，而所述第二法兰盘上未设置有安装通孔，其他结构及安装方式二者均相同。

作为示例，所述第二端盖组件20还包括第二密封圈(未示出)，所述第二密封圈位于所述第二压环与所述第二法兰盘之间。所述第二密封圈与所述第一密封圈193相同，具体请参阅关于所述第一密封圈193的描述，此处不再累述。

作为示例，所述第一法兰盘192上还设有进气口194；所述第二法兰盘上还设有排气口201。

作为示例，所述管式炉包括第一温区21及第二温区22，所述石英管20沿其长度方向贯穿所述第一温区21及所述第二温22区；其中，所述加热元件11及所述测温元件12均位于所述第一温区21内。

作为示例，所述管式炉还包括电热阻丝23，所述电热阻丝23位于所述第二温区22内，且沿所述石英管10的周向环绕于所述石英管10的外侧。所述电热阻丝23可以用于对所述第二温区22进行加热。

作为示例，所述管式炉还包括管式炉主体24；所述石英管10沿其长度方向贯穿所述管式炉主体24，且所述石英管10的第一端及第二端分别位于所述管式炉主体24相对的两侧；所述电热阻丝23位于所述管式炉主体24内。

作为示例，所述第一温区21可以位于所述管式炉主体24内，也可以位于所述管式炉主体24外，优选地，本实施例中，所述第一温区21位于所述管式炉主体24之外，以确保所述第一温区21的所述石英管10暴露于所述管式炉主体24之外，使用者通过所述石英管10可以方便的对位于所述第一温区21的样品的加热过程进行原位观察。

作为示例，通过调整所述加热元件11及所述测温元件12的位置可以调节所述第一温区21与所述第二温区22的距离，在所述第一温区21与所述第二温区22的温差较大时，可以有效地避免所述第一温区21对所述第二温区22温度控制的影响。

综上所述，本发明提供一种管式炉温度控制系统及管式炉，所述管式炉温度控制系统适于管式炉的温度控制，所述管式炉包括石英管；所述管式炉温度控制系统包括：加热元件，位于所述石英管内；所述加热元件的上表面设有样品放置区域，所述加热元件适于对放置于其上表面的样品进行加热；测温元件，位于所述石英管内，且位于所述加热元件的上方；所述测温元件适于在加热过程中对样品的温度进行实时监测；变压器，位于所述石英管外，与所述加热元件电连接；所述变压器适于为所述加热元件提供电压，并通过调节提供的电压调节加热元件的升温速率；温度控制器，位于所述石英管外，与所述测温元件及所述变压器电连接；所述温度控制器适于依据所述测温元件侦测的样品温度对所述变压器进行反馈调节，以实现对放置于所述加热元件上表面的样品的温度进行实时调控。本发明的管式炉温度控制系统通过将加热元件置于管式炉的石英管内，可以使用加热元件对样品直接进行加热，相较于现有的外部热辐射加热，具有控温精确、升温降温速度快、热量损失小、更加节能环保等优点；将测温元件置于管式炉的石英管内，测温元件紧靠样品，能够准确反映样品的实际温度；通过温度控制器对变压器的反馈调节，能够实现对石英管内样品的温度进行实时调控。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。