CN111970770B - 一种可加压的红外辐射控温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可加压的红外辐射控温装置，引入受热传导模块，解决现有技术中抛物面平行光产生原理导致在加热平板样品时温度均匀度方面普遍较差的问题，样品不同位置在20℃～600℃测试条件下的温度均匀度达到±3℃，实现了在单面温度均匀度方面要求高的功能器件的加热和测试；并且，在通过“热辐射+热传导”方式实现平台温度精确控制的同时，加压平台可实现对测试样品的夹持，一方面实现被加热样品与加热面之间的良好热接触，实现不同压力下(0～100N)样品的测试。

Description

一种可加压的红外辐射控温装置

技术领域

本发明涉及材料及器件制备与测试技术领域，特别是一种可加压的红外辐射控温装置。

背景技术

在控温装置中，热源均以传导、对流和辐射三种形式的热能传递给待加热物体。其中，热传导和热对流均需通过直接接触热源或依靠介质来传递热量，而热辐射则是依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线来传递热量。电流在通过以特殊材料制成的加热管的加热丝时，加热管(石英玻璃)会辐射出一定波长的红外线，当红外线被物体吸收时，物体内部的分子产生碰撞运动，产生大量的热能，利用这一特性来加热的技术为红外辐射加热技术。

红外辐射能透入被加热物料表面一定深度，而对加热空间内的空气、媒介物基本上不加热，相比传统加热方式大大减少了热能传递过程中的损失，从而提高了加热速度和热能利用率，具有热效率高、加热速度快、电能消耗少、加热质量高、作业环境好等优点，特别在低温(50～650℃)区段，这些特点尤为显著。

基于上述特征，红外辐射加热技术可以用于构建快速加热(或退火)平台，热电器件性能测试装置热端测试平台，以及热流测试设备等方面。由于所面向样品的尺寸及控温要求不同，红外加热器的功率、加热均匀度和响应速度也有所不同。现有的商用红外辐射加热器，在加热平板样品时温度均匀度方面普遍较差，这主要来源于抛物面聚光器反射平行光时的原理限制和较低加工精度。这些限制对于单面温度均匀度要求高的功能器件的加热和测试产生一定挑战，不利于后续技术的应用拓展。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种可加压的红外辐射控温装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可加压的红外辐射控温装置，包括红外辐射模块、受热传导模块、加压平台；所述受热传导模块用于对所述红外辐射模块工作产生的热量进行接收，并均匀传导后对测试样品进行温度控制；所述测试样品位于受热传导模块和加压平台之间，并通过调节加压平台对测试样品进行夹紧；

所述红外辐射模块包括加热单元、冷却单元；所述冷却单元采用循环水冷方式对受热传导模块进行降温；所述加热单元采用抛物面反射平行红外线的方式对受热传导模块进行升温。

一种可加压的红外辐射控温装置，引入受热传导模块，解决现有技术中抛物面平行光产生原理导致在加热平板样品时温度均匀度方面普遍较差的问题，样品不同位置在20℃～600℃测试条件下的温度均匀度达到±3℃，实现了在单面温度均匀度方面要求高的功能器件的加热和测试；并且，在通过“热辐射+热传导”方式实现平台温度精确控制的同时，加压平台可实现对测试样品的夹持，一方面实现被加热样品与加热面之间的良好热接触，实现不同压力下(0～100N)样品的测试。

优选的，所述加热单元包括红外辐射灯管和抛物面聚光器，所述红外辐射灯管发射的红外线经过所述抛物面聚光器的镀金抛物面反射后形成平行光。

优选的，所述冷却单元包括循环水冷器与换热水槽，所述换热水槽与所述抛物面聚光器连接，所述换热水槽对镀金抛物面吸收的热量进行转移，并利用所述循环水冷器实现循环制冷。

优选的，还所述红外辐射模块包括散热保护壳，所述换热水槽与所述加热单元设置于所述散热保护壳内腔。

优选的，还包括温控器；

所述温控器包括温度检测装置与控制装置；

所述温度检测装置采集所述加热单元的温度信息，所述控制装置输出控制命令至所述加热单元。

优选的，还包括温度传感器、数据采集处理模块；

所述温度传感器采集所述测试样品表面的温度信息，并传输到所述数据采集处理模块。

优选的，所述数据采集处理模块包括数据采集系统和连接线；

所述数据采集系统通过所述连接线与所述温度传感器连通，用于对所测试样品表面温度进行测试，并显示。

优选的，所述受热传导模块表面打孔，接入所述温度传感器，所述温度传感器采用热电阻或K型热电偶。

优选的，所述红外辐射模块与所述受热传导模块通过沉头螺丝固定。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种可加压的红外辐射控温装置，引入受热传导模块，解决现有技术中抛物面平行光产生原理导致在加热平板样品时温度均匀度方面普遍较差的问题，样品不同位置在20℃～600℃测试条件下的温度均匀度达到±3℃，实现了在单面温度均匀度方面要求高的功能器件的加热和测试；并且，在通过“热辐射+热传导”方式实现平台温度精确控制的同时，加压平台可实现对测试样品的夹持，一方面实现被加热样品与加热面之间的良好热接触，实现不同压力下(0～100N)样品的测试。

附图说明

图1为实施例1所述的一种可加压的红外辐射控温装置的结构示意图。

图2为实施例1所述的红外辐射模块的结构透视图。

图3为实施例1所述的加热单元的结构示意图。

图4为实施例4的一种加压平台结构示意图。

图5为验证实施例1所述的原型样机温度均匀性的实测结果。

图6为实施例2所述的一种可加压的红外辐射控温装置的结构示意图。

图7为实施例2所述的红外辐射模块的结构透视图。

图8为实施例3所述的红外辐射模块的结构透视图。

图中标记：1-数据采集系统，2-循环水冷器，3-红外辐射模块，4-温度传感器，5-测试样品，6-加压平台，7-受热传导模块，8-加热单元，9-散热保护壳，10-出水管道，11-抛物面聚光器，12-红外辐射灯管，13-进水管道，14-通风口，15-换热水槽，16-抛物线焦点，17-镀金抛物面，18-上掩板，19-滑动幅固定板，20-固定支撑板，21-滑动副固定滑轨，22-滑动副，23-固定滑杆，24-螺旋滑杆，25-第二接触面，26-第一接触面，27-电机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种可加压的红外辐射控温装置，包括红外辐射模块3、受热传导模块7和数据采集系统1，数据采集系统1采用Keithley 2700数据采集系统。所述红外辐射模块3位于受热传导模块7上方。

如图2所示，所述红外辐射模块3用于对测试样品5提供不同加热温度和升降温速率。所述红外辐射模块3包括温度传感器4、加热单元8、冷却单元和散热保护壳9，所述红外辐射模块3具有出水管道10和进水管道13，所述加热单元8由温度控制器、抛物面聚光器11和红外辐射灯管12构成，所述温控器根据自带的温度检测装置采集到加热单元温度信息，并控制加热单元8；所述加热单元为密封长方体结构，采用304不锈钢材质制造而成；所述抛物面聚光器11表面镀金，用于提高曲面反射率；所述散热保护壳9表面镂空有通风口14，用于对所述加热单元8进行保护和空冷散热；所述温度传感器4负责测量加热温度；所述冷却单元包括循环水冷器2和换热水槽15，用于对加热单元8进行冷却。

如图3所示，实际工作中，根据设定温度，所述温度控制器调节功率使设置于抛物线焦点16的红外辐射灯管12正常工作，产生的红外线经抛物面聚光器11上的镀金抛物面17反射，形成平行光对外输出热辐射能量；循环水冷器2中液体通过进水管道13进入换热水槽15，并和出水管道10联动负责转移抛物面聚光器11吸收的红外线热量，保证加热单元8的正常工作。图中箭头表示水流流向。

所述受热传导模块7与所述红外辐射模块3通过沉头螺丝相连接，所述受热传导模块7采用方形铜板，用于为所述红外辐射模块产生的平行红外线进行接收和热传导。所述受热传导模块接受热量后，通过均匀传导至测试样品5实现加热功能。所述加压平台6与所述受热传导模块7一起，完成对测试样品5的加压功能。

所述受热传导模块表面打孔，插入所述温度传感器4，所述数据采集系统1通过连接温度传感器4测量和显示测试样品5表面温度。

如图4所示，为根据图1-图3所描述搭建的原型样机，提供可加压力的加热平台。工作过程中，通过压力控制器调节伺服电机上下移动，底部的平板对样品进行加压，在此基础上利用电流控制器控制辐射炉加热板温度，实现样品加热。原型样机一方面实现被加热样品与加热面之间的良好热接触，另一方面保证传热均匀。

如图5所示为温度均匀性的实测结果，在原型样机的有效加热面积内设置不同的温度测试点，不同位置(CH2、CH4、CH5和CH6)在加热温度(100℃～600℃)范围内误差均小于±3℃，表明本发明平台对温度控制的准确性。

实施例2

如图6-图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例所述的可加压的红外辐射控温装置，红外辐射模块3位于受热传导模块7上方，用来构建自下而上快速加热的控温平台。

实施例3

如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例所述的可加压的红外辐射控温装置，受热传导模块7采用圆形铜板。

实施例4

如图4所示，本实施例提供一种加压平台，包括上掩板18，滑动幅固定板19，固定支撑板20，滑动副固定滑轨21，滑动副22，固定滑杆23，螺旋滑杆24，第二接触面25，第一接触面26，电机27。利用电机27驱动，滑动副22通过螺旋滑杆24沿固定滑杆23上下移动；第一接触面26和第二接触面25，其中一个作为热端接触面，另一个作为冷端接触面，与滑动副22连接的第一接触面可26上下移动，实现对测试样品5的加压操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可加压的红外辐射控温装置，其特征在于，包括红外辐射模块（3）、受热传导模块（7）、加压平台（6）；所述受热传导模块（7）用于对所述红外辐射模块工作产生的热量进行接收；测试样品（5）位于受热传导模块（7）和加压平台（6）之间，并通过调节加压平台（6）对测试样品（5）进行夹紧；所述红外辐射模块（3）包括加热单元（8）、冷却单元；所述冷却单元采用循环水冷方式对受热传导模块进行降温；所述加热单元（8）采用抛物面反射平行红外线的方式对受热传导模块（7）进行升温；

所述加压平台包括上掩板（18），滑动幅固定板（19），固定支撑板（20），滑动副固定滑轨（21），滑动副（22），固定滑杆（23），螺旋滑杆（24），第二接触面（25），第一接触面（26）和电机（27）；

利用电机（27）驱动，滑动副（22）通过螺旋滑杆（24）沿固定滑杆（23）上下移动；第一接触面（26）和第二接触面（25），其中一个作为热端接触面，另一个作为冷端接触面，与滑动副（22）连接的第一接触面（26）上下移动，实现对测试样品（5）的加压操作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热单元（8）包括红外辐射灯管（12）和抛物面聚光器（11），所述红外辐射灯管（12）发射的红外线经过所述抛物面聚光器（11）的镀金抛物面（17）反射后形成平行光。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述冷却单元包括循环水冷器（2）与换热水槽（15），所述换热水槽（15）与所述抛物面聚光器（11）连接，所述换热水槽（15）用于对镀金抛物面（17）吸收的热量进行转移，并利用所述循环水冷器（2）实现循环制冷。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述红外辐射模块（3）还包括散热保护壳（9），所述换热水槽（15）与所述加热单元（8）设置于所述散热保护壳（9）内腔。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括温控器；所述温控器包括温度检测装置与控制装置；所述温度检测装置用于采集所述加热单元的温度信息，所述控制装置用于输出控制命令至所述加热单元。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括温度传感器（4）、数据采集处理模块；

所述温度传感器（4）用于采集所述测试样品表面的温度信息，并传输到所述数据采集处理模块。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据采集处理模块包括数据采集系统（1）和连接线；所述数据采集系统（1）通过所述连接线与所述温度传感器（4）连通，用于对所测试样品（5）表面温度进行测试，并显示。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述受热传导模块（7）表面打孔，接入所述温度传感器（4），所述温度传感器（4）采用热电阻或K型热电偶。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外辐射模块（3）与所述受热传导模块（7）通过沉头螺丝固定。

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