CN108882394A - 一种欧姆式无磁加热结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种欧姆式无磁加热结构，包括缠绕在待加热容器表面的加热丝组；每个加热丝组包括电流等大、方向相反的两根加热丝；所述加热丝表面涂有微米级绝缘材料。本发明的有益效果如下：将欧姆加热丝设计成正向电流与反向电流相结合的方式，反向电流产生的磁场方向接近反向，因此叠加磁场近似为零，从而大大降低电磁干扰；本发明可以通过对加热丝直径的优化，达到剩磁要求，达到避免干扰的效果。

Description

一种欧姆式无磁加热结构

技术领域

本发明涉及电磁加热领域，具体涉及一种欧姆式无磁加热结构。

背景技术

无磁加热技术主要功能是加热气态、液态或者低熔点固态物质，用以满足对加热对象的温度、气压或者饱和蒸汽压等参数需求。在许多精密技术研究或应用领域，加热引起的人工磁场干扰对系统有较大的影响，因此要求加热方式不仅要满足便携性、可靠性的需求，还要求加热引入的磁场足够小。

常规的加热方法有线圈加热、薄膜加热、半导体加热、高温气体加热和明火加热等。一般的薄膜加热、半导体加热与线圈加热都存在较大磁场干扰的问题。高温气体和明火加热的磁噪声非常小，但温度不易控制，而且不具有便携性。

考虑到许多精密技术领域对便携性和稳定性要求非常高，而且要求尺寸灵活可调，因此，线圈欧姆加热方式具有显著的优点。但是一般的直流线圈欧姆加热方式会引进较大的人工磁场而干扰较大。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种欧姆式无磁加热结构，能够实现利用线圈欧姆加热的同时，避免人工磁场干扰。

本发明的技术方案如下：

一种欧姆式无磁加热结构，包括缠绕在待加热容器表面的加热丝组；每个加热丝组包括电流等大、方向相反的两根加热丝；所述加热丝表面涂有微米级绝缘材料。

进一步地，上述的欧姆式无磁加热结构，所述待加热容器表面与所述加热丝组之间涂有导热胶。

进一步地，上述的欧姆式无磁加热结构，每个所述加热丝组的两根加热丝紧密结合成一股，结合方式为双绞或并排。

进一步地，上述的欧姆式无磁加热结构，每个所述加热丝组的两根加热丝相同的一端焊接连通以实现该两根加热丝的电流等大，方向相反。

进一步地，上述的欧姆式无磁加热结构，所述待加热容器上仅缠绕一个加热丝组且该加热丝组的相邻匝紧密排布。

进一步地，上述的欧姆式无磁加热结构，所述加热丝的直径d根据剩磁量B_合要求和下述公式计算得到：

其中，P为加热功率，μ₀为真空磁导率，d为加热丝直径，D为圆柱型容器的直径，L为圆柱形容器缠绕加热丝部分的长度，r为圆柱容器内空间点与加热丝的径向距离。

本发明的有益效果如下：

本发明中，将欧姆加热丝设计成正向电流与反向电流相结合的方式，反向电流产生的磁场方向接近反向，因此叠加磁场近似为零，从而大大降低电磁干扰；

本发明可以通过对加热丝直径的优化，达到剩磁要求，达到避免干扰的效果。

附图说明

图1为本发明的欧姆式无磁加热结构的示意图。

图2为图1中B区域的局部放大图。

图3为径向剩磁示意图。

图4为加热丝直径缩减倍数与剩磁缩减倍数关系图表。

上述附图中，1、待加热容器；2、加热丝组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种欧姆式无磁加热结构，包括缠绕在待加热容器表面的加热丝组；每个加热丝组包括电流等大、方向相反的两根加热丝；所述加热丝表面涂有微米级绝缘材料。所述待加热容器表面与所述加热丝组之间涂有导热胶。每个所述加热丝组的两根加热丝紧密结合成一股，结合方式为双绞或并排。每个所述加热丝组的两根加热丝相同的一端焊接连通以实现该两根加热丝的电流等大，方向相反。所述待加热容器上仅缠绕一个加热丝组且该加热丝组的相邻匝紧密排布。所述加热丝的直径d根据剩磁量B_合要求和下述公式计算得到：

其中，P为加热功率，μ₀为真空磁导率，d为加热丝直径，D为圆柱型容器的直径，L为圆柱形容器缠绕加热丝部分的长度，r为圆柱容器内空间点与加热丝的径向距离。

该加热丝组的相邻匝紧密排布。

本发明的线圈欧姆式加热方式的无磁化方法的核心在于两点。

第一，抵消欧姆电流产生的磁场。

抵消的办法在于产生反向的磁场。将欧姆加热丝设计成正向电流与反向电流相结合的方式，如图1和图2所示。反向电流产生的磁场如图3所示，方向接近反向，因此叠加磁场近似为零。

待加热物质一般为规则形状或者放置于规则的容器中，例如圆柱型。在规则形状的表面整齐规则地缠绕欧姆加热丝，欧姆加热丝产生的焦耳热传递给带加热物质或者容器，从而达到无磁加热目的。

缠绕规则如下：

首先是将欧姆加热丝外表涂上一层超薄的(微米级)耐高温的(要求可耐温度不低于300℃)绝缘材料。

其次将两根欧姆加热丝紧密结合成一股，双绞或并排。两根欧姆加热丝的相同一端焊接连通(确保焊点良好、无虚接，杜绝单点功率大、降低稳定性和加热均匀性)。

再次，将结合成一股的欧姆加热丝均匀缠绕在带加热的物质或容器表面，匝数根据实际需求确定，每匝对应一股。要求加热丝与表面紧密接触，或者涂上一层高温导热胶，增强传热效果。要求每匝的间距均匀一致，从而确保加热均匀性。

第二，降低欧姆加热电流。

反向电流产生的磁场在轴向抵消，然而在径向仍有一微小的剩磁分量B合。在无磁性要求更高的领域，需要进一步消除剩余磁场。

在满足加热功率下，减低欧姆加热电流的办法为优化欧姆加热丝的直径。由于加热功率P决定与两个电参数，电流I和电阻R：

P＝I²R

电阻取决于材料电阻率ρ、加热丝长度l(l是加热丝的总长度，即两根加热丝的总长度。)和加热丝截面A：

在加热丝紧密排列情况下，N＝L/2d，(N为匝数，d为加热丝直径，D代表圆柱形容器的直径)L为圆柱形容器缠绕加热丝部分的长度。因此，加热功率可表达为：

因此，欧姆加热电流与加热丝直径的关系为：

分析每股欧姆加热电流在容器内产生的磁场，如图3所示。径向有剩磁分量B_合的近似计算公式为(μ₀为真空磁导率，r为圆柱容器内空间点与加热丝的径向距离，如图3所示。)：

综上分析可得剩磁与加热丝直径的关系为：

根据该关系式，剩磁降低倍数与加热丝直径减小倍数的关系如图4所示。直径减小3倍，剩磁下降15倍；减小10倍，则剩磁下降300倍以上。由此可见，加热丝直径越小越有利于无磁性。因此，可根据剩磁量需求选择合适直径的加热丝。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种欧姆式无磁加热结构，其特征在于：包括缠绕在待加热容器表面的加热丝组；每个加热丝组包括电流等大、方向相反的两根加热丝；所述加热丝表面涂有微米级绝缘材料。

2.如权利要求1所述的欧姆式无磁加热结构，其特征在于：所述待加热容器表面与所述加热丝组之间涂有导热胶。

3.如权利要求1所述的欧姆式无磁加热结构，其特征在于：每个所述加热丝组的两根加热丝紧密结合成一股，结合方式为双绞或并排。

4.如权利要求3所述的欧姆式无磁加热结构，其特征在于：每个所述加热丝组的两根加热丝相同的一端焊接连通以实现该两根加热丝的电流等大，方向相反。

5.如权利要求1-4任一所述的欧姆式无磁加热结构，其特征在于：所述待加热容器上仅缠绕一个加热丝组且该加热丝组的相邻匝紧密排布。

6.如权利要求5所述的欧姆式无磁加热结构，其特征在于：所述加热丝的直径d根据剩磁量B_合要求和下述公式计算得到：

其中，P为加热功率，μ₀为真空磁导率，d为加热丝直径，D为圆柱型容器的直径，L为圆柱形容器缠绕加热丝部分的长度，r为圆柱容器内空间点与加热丝的径向距离。