CN215492119U - 一种铂铑热电偶高温炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铂铑热电偶高温炉，包括带有炉膛的炉体，所述炉膛内设有热电偶加热测温装置、灯光辅助热源装置以及降温装置，所述灯光辅助热源装置包括多个能够产生热量的卤素灯灯泡，所述铂铑热电偶加热测温装置包括多个铂铑合金热电偶，所述降温装置包括位于多个卤素灯灯泡中部的储气箱，所述储气箱上设有与炉体连通的进气口，所述储气箱内设有延伸至铂铑合金热电偶下方的通气管，所述通气管顶部的开口朝向铂铑合金热电偶，所述通气管底部周侧开设有多个通气孔，所述通气孔位于所述储气箱内，使用时，储气箱内的气体通过通气孔输送至通气管内，通过通气管将气体喷射至铂铑合金热电偶实现降温。

Description

一种铂铑热电偶高温炉

技术领域

本实用新型涉及热电偶高温炉装置的技术领域，具体涉及一种铂铑热电偶高温炉。

背景技术

热丝法技术是指将同一根双铂铑热电偶丝既作为加热元件，又作为测温元件。将被测物直接置于热电偶的热接点上，用计算机系统控制热电偶按预定温速升温、降温，并同时采集热电偶的热电势，数据通过计算和线性化处理后传送给计算机，计算机以图文方式直接显示出热电偶的温度值。通过图像采集系统原位观察高温条件下测试样品状态变化。

使用铂铑热电偶加热的装置被称作微型热电偶高温炉。现有的铂铑热电偶高温炉存在的问题主要是：由于无辅助热源，环境与热电偶温差大，不能保证实验区域温度的均匀性，并且铂铑热电偶所需功率较有辅助热源加热的铂铑热电偶高温炉大，最高加热温度只能达到1500℃左右，如果进一步提升温度容易造成铂铑丝热电偶熔断。

为了解决以上技术问题，中国专利文件（申请号为2018103115842）公开了以灯光作辅助热源的可控气氛的铂铑热电偶高温炉，包括带有炉膛的炉体，炉膛为封闭式，在炉膛内设置有灯光辅助热源装置、热电偶加热测温装置，在炉体上设有进气口、出气口分别与炉膛连通，用以向炉膛内通入气体或排出气体；在炉体上设置观察窗口，用以观察炉体内炉膛；灯光辅助热源系统包括产生热量的灯泡，铂铑热电偶加热测温装置包括铂铑合金热电偶。

上述方案虽然通过灯光作为辅助热源，使得辅助热能快速响应，但是，当上述铂铑丝热电偶达到最高温时，环境温度整体升高，需要进行降温时，则无法实现快速降温，即无法快速调节炉内环境温度。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种既能够快速升温又能快速降温的铂铑热电偶高温炉。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种铂铑热电偶高温炉，包括带有炉膛的炉体，所述炉膛为封闭式，所述炉体上设有与炉膛连通的出气口，所述炉膛内设有热电偶加热测温装置、灯光辅助热源装置以及降温装置，所述灯光辅助热源装置包括多个能够产生热量的卤素灯灯泡，所述铂铑热电偶加热测温装置包括多个铂铑合金热电偶，所述降温装置包括位于多个卤素灯灯泡中部的储气箱，所述储气箱上设有与炉体连通的进气口，所述储气箱内设有延伸至铂铑合金热电偶下方的通气管，所述通气管顶部的开口朝向铂铑合金热电偶，所述通气管底部周侧开设有多个通气孔，所述通气孔位于所述储气箱内。

本装置中的铂铑合金热电偶主加热采用中频斩波技术，卤素灯灯泡采用乌灯丝加热。铂铑合金热电偶加热时输出电压是固定的，在单位时间内包含一个加热周期和一个测温周期，加热和测温是通过控制单位时间内加热和测温的占比来控制升温速率和加热温度，因此通过加热占控比（以千分率形式给出）来控制热丝法装置的加热和测温，卤素灯灯泡通过控制加热功率输出比例来进行加热控制，基于满功率以千分率的形式输出，进而辅助铂铑合金热电偶加热。

在完成加热和测温后，在通过进气口向储气箱内冲入气体，气体通过通气孔输送至通气管内，气体再通过通气管的开口朝向铂铑合金热电偶喷射，这样能够针对式的对铂铑合金热电偶进行降温，达到快速降温的目的。

进一步，还包括温度控制装置，所述灯光辅助热源装置、热电偶加热测温装置分别与温度控制装置连接，用以同时控制铂铑合金热电偶温度与卤素灯灯泡的功率，使得卤素灯灯泡灯泡的功率随铂铑热电偶温度进行相应改变。

上述方案通过同时控制热电偶加热测温装置的铂铑合金热电偶温度与灯光辅助热源装置的卤素灯灯泡的功率，可以控制、调整灯光辅助热源装置的卤素灯灯泡功率随热电偶加热测温装置的铂铑合金热电偶温度进行相应改变，获得较快的升温速度和升温均匀性。

进一步，所述卤素灯灯泡外侧包裹有一聚焦灯罩，通过聚焦灯罩将卤素灯灯泡的灯光聚焦在铂铑合金热电偶周围。

这样设计，能够大幅度提高铂铑合金热电偶周围温度的均匀性，快速达到均匀、稳定状态。

进一步，所述聚焦灯罩外侧包裹有一环形槽，所述环形槽上设有输气管道，所述输气管道与储气箱连通。

这样设计，储气箱内的气体通过输气管道输送至环形槽内，由于环形槽包裹聚焦灯罩，因此，聚焦灯罩上所产生的热量会快速被环形槽内的气体带走，达到快速降温的效果。

进一步，所述炉体底部设有电机，所述电机的转轴与通气管连接，所述通气管上部周侧均设有多个与通气管连通的支管。

这样设计，通过电机的转轴带动通气管转动，使得通气管的开口向上喷射的气体形成螺旋状，同时，气体也会通过通气管的支管喷射到炉膛内，而支管也随着通气管转动，进而搅动炉膛内的气体，加快炉膛整体降温。

进一步，所述热电偶加热测温装置还包括热电偶接线柱，热电偶接线柱由导电金属制作，铂铑合金热电偶设置在热电偶接线柱上。这样设计，通过热电偶接线柱起到对铂铑合金热电偶支撑的作用。

进一步，所述灯光辅助热源装置位于炉膛下部或侧部，热电偶加热测温装置位于炉膛中部或上部，卤素灯灯泡发出的光线从下往上或从侧面射出，照射到铂铑合金热电偶周围。

这样设计，卤素灯灯泡发出的光线经聚光杯汇聚照射到铂铑合金热电偶周围，可透过热电偶上熔化样品，使得观察图像更加立体清晰。

进一步，所述炉体上设有观察窗口，所述观察窗口为耐高温的玻璃材质，且观察窗口与炉体使用耐高温密封圈相连。从观察窗口向内观察铂铑合金热电偶以及铂铑合金热电偶上样品加热后的熔化结晶情况，随时准确掌握加热进程。

进一步，所述聚焦灯罩采用金属材质，并且内表面有镀膜层。有效防止杯面氧化和损坏，提高使用寿命。

相比现有技术，本实用新型具有如下优点：

1、采用光辅助加热，使得辅助热能快速响应，更加迅速的控制热电偶周围的环境温度，使得铂铑热电偶周围温度场快速达到均匀稳定状态，克服了以电阻丝为补偿热源响应速度慢的缺点，同等条件下升温效率可提高5~25%。

2、本实用新型热丝法，辅助热将光能快速聚集到热电偶周围，提供部分热能，热电偶在同等加热条件下，热丝法实验温度得到提高，促使热电偶高温炉可以达到1700~1750℃的最高使用温度。

3、以光作为辅助加热，增强了环境亮度，并且由于辅助热源光线由下方射出照射热电偶上实验样品，使得观察图像更加立体清晰。

4、本实用新型具有结构简单合理的优点，反光聚光杯和卤素灯使用寿命长。铂铑热电偶为热丝法装置的主要加热元件和测温元件，通过控制单位时长加热占控比来升温和测温，加热占控比的大小直接影响热电偶的使用寿命。增加光辅助加热可以有效降低热电偶的加热占控比15~25%，减小热电偶工作负荷，提高热电偶使用寿命，且通过本实用新型可以进行多种气氛下的高温实验。

附图说明

图1为本实用新型铂铑热电偶高温炉的结构示意图；

图2为本实用新型铂铑热电偶高温炉的俯视图；

图3为本实用新型进行试验过程中获得的图像；分别是1600℃熔融状态示意图以及1250℃产生结晶状态图；。

图中：炉膛1、灯光辅助热源装置2、热电偶加热测温装置3、环形槽4、储气箱5、输气管道6、通气管7、电机8、转轴9、进气口10、出气口11、铂铑合金热电偶12、热电偶接线柱13、聚焦灯罩14、卤素灯灯泡15、支管16、喷气口17、观察窗口18。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型作其中说明。

本实施例：参见图1-图3，一种铂铑热电偶高温炉，包括带有炉膛1的炉体，炉膛1为封闭式，炉体上设有与炉膛1连通的出气口11，炉膛1内设有热电偶加热测温装置3、灯光辅助热源装置2以及降温装置，灯光辅助热源装置2包括多个能够产生热量的卤素灯灯泡15，铂铑热电偶加热测温装置3包括多个铂铑合金热电偶12，降温装置包括位于多个卤素灯灯泡15中部的储气箱5，储气箱5上设有与炉体连通的进气口10，该出气口11与进气口10可以采用相同口径的快接通气接头，方便快速连接。

储气箱5内设有延伸至铂铑合金热电偶12下方的通气管7，通气管7顶部的开口朝向铂铑合金热电偶12，通气管7底部周侧开设有多个通气孔，通气孔位于储气箱5内，使用时，储气箱5内的气体通过通气孔输送至通气管7内，通过通气管7将气体喷射至铂铑合金热电偶12实现降温。

本装置中的铂铑合金热电偶12主加热采用中频斩波技术，卤素灯灯泡15采用乌灯丝加热。铂铑合金热电偶12加热时输出电压是固定的，在单位时间内包含一个加热周期和一个测温周期，加热和测温是通过控制单位时间内加热和测温的占比来控制升温速率和加热温度，因此通过加热占控比（以千分率形式给出）来控制热丝法装置的加热和测温，卤素灯灯泡15通过控制加热功率输出比例来进行加热控制，基于满功率以千分率的形式输出，进而辅助铂铑合金热电偶12加热。

在完成加热和测温后，在通过进气口10向储气箱5内冲入气体，从进气口10通入氩气30s，使炉内呈氩气气体，并保持连续通气状态。气体通过通气孔输送至通气管7内，气体再通过通气管7的开口朝向铂铑合金热电偶12喷射，这样能够针对式的对铂铑合金热电偶12进行降温，达到快速降温的目的。

作为优选，还包括温度控制装置，灯光辅助热源装置2、热电偶加热测温装置3分别与温度控制装置连接，用以同时控制铂铑合金热电偶12温度与卤素灯灯泡15的功率，使得卤素灯灯泡15灯泡的功率随铂铑热电偶温度进行相应改变。

上述方案通过同时控制热电偶加热测温装置3的铂铑合金热电偶12温度与灯光辅助热源装置2的卤素灯灯泡15的功率，可以控制、调整灯光辅助热源装置2的卤素灯灯泡15功率随热电偶加热测温装置3的铂铑合金热电偶12温度进行相应改变，获得较快的升温速度和升温均匀性。

在使用时，使得热电偶高温炉达到1600℃，并保温30s，然后以250℃/s的最大速度降至1250℃的实验温度。该温度控制装置，可以采用现有技术实现，不做进一步描述。

作为优选，卤素灯灯泡15外侧包裹有一聚焦灯罩14，通过聚焦灯罩14将卤素灯灯泡15的灯光聚焦在铂铑合金热电偶12周围。

这样设计，卤素灯灯泡15作为热源，通电发出的热量作为热量补偿源，并通过聚焦灯罩14将灯光聚焦在铂铑合金热电偶12周围，能够大幅度提高铂铑合金热电偶12周围温度的均匀性，快速达到均匀、稳定状态。

作为优选，聚焦灯罩14外侧包裹有一环形槽4，环形槽4上设有输气管道6，输气管道6与储气箱5连通。

这样设计，储气箱5内的气体通过输气管道6输送至环形槽4内，由于环形槽4包裹聚焦灯罩14，因此，聚焦灯罩14上所产生的热量会快速被环形槽4内的气体带走，达到快速降温的效果。

作为优选，炉体底部设有电机8，电机8的转轴9与通气管7连接，通气管7上部周侧均设有多个与通气管7连通的支管16。

这样设计，通过电机8的转轴9带动通气管7转动，使得通气管7的开口向上喷射的气体形成螺旋状，同时，气体也会通过通气管7的支管16喷射到炉膛1内，而支管16也随着通气管7转动，进而搅动炉膛1内的气体，加快炉膛1整体降温。

作为优选，热电偶加热测温装置3还包括热电偶接线柱13，热电偶接线柱13由导电金属制作，铂铑合金热电偶12设置在热电偶接线柱13上。这样设计，通过热电偶接线柱13起到对铂铑合金热电偶12支撑的作用。在本实施中，选用由直径0.5mm铂铑和铂铑合金丝焊接的热电偶，并固定在热电偶接线柱13上。

作为优选，灯光辅助热源装置2位于炉膛1下部或侧部，热电偶加热测温装置3位于炉膛1中部或上部，卤素灯灯泡15发出的光线从下往上或从侧面射出，照射到铂铑合金热电偶12周围。

这样设计，卤素灯灯泡15发出的光线经聚光杯汇聚照射到铂铑合金热电偶12周围，可透过热电偶上熔化样品，使得观察图像更加立体清晰。

作为优选，炉体上设有观察窗口18，观察窗口18为耐高温的玻璃材质，且观察窗口18与炉体使用耐高温密封圈相连。从观察窗口18向内观察铂铑合金热电偶12以及铂铑合金热电偶12上样品加热后的熔化结晶情况，随时准确掌握加热进程。

作为优选，聚焦灯罩14采用金属材质，并且内表面有镀膜层。有效防止杯面氧化和损坏，提高使用寿命。

本热丝法是以铂铑热电偶加热为主，反光聚光杯辅助加热为辅，两套装置分别与温度控制装置相连，用以同时控制热电偶加热测温装置3的热电偶温度与光辅助加热装置的灯泡7的功率。可以控制、调整光辅助加热装置2的灯泡7功率随热电偶加热测温装置3的铂铑热电偶温度进行相应改变，获得较快的升降温速度，提高使用温度。

本装置铂铑热电偶主加热采用中频斩波技术，光辅助加热采用乌灯丝聚光辐射技术。铂铑丝加热时输出电压是固定的，在单位时间内包含一个加热周期和一个测温周期，加热和测温是通过控制单位时间内加热和测温的占比来控制升温速率和加热温度，因此通过加热占控比（以千分率形式给出）来控制热丝法装置的加热和测温。光辅助加热通过控制加热功率输出比例来进行加热控制，基于满功率以千分率的形式输出。

实施例1

通过设定相同的铂铑热电偶加热占控比，比较无辅助加热和光辅助加热条件下，热丝法装置的升温速率。

测试数据见表1所示。

表1 升温速率测试对比

铂铑热电偶加热占控比/‰	100	200	300
				无辅助加热平均升温速率/℃•s<sup>-1</sup>	81.5	154	199
光辅助加热平均升温速率/℃•s<sup>-1</sup>	100.5	168	209
				升温速率增量/%	23.31	9.10	5.03

在热电偶100‰的加热占控比条件下，光辅助加热比无辅助加热升温速率提高了23.31%；在热电偶200‰的加热占控比条件下，光辅助加热比无辅助加热升温速率提高了9.10%；在热电偶300‰的加热占控比条件下，光辅助加热比无辅助加热升温速率提高了5.03%。对比可见，增加光辅助加热装置后，热丝法升温速度提高了5~25%，热电偶加热占控比越小，辅助热的效率越高。

实施例2

通过设定相同的铂铑热电偶加热占控比，比较无辅助加热和光辅助加热条件下，热丝法装置的升温温度。

测试数据见表2所示。

表2 升温温度测试对比

铂铑热电偶加热占控比/‰	0	100	200	300	最高使用温度
						无辅助加热最高升温温度/℃	0	751	1202	1446	1600~1650
光辅助加热最高升温温度/℃	400~600	927	1315	1550	1700~1750
						升温温度增量/℃	\	176	113	104	100

在热电偶100‰的加热占控比条件下，光辅助加热比无辅助加热加热温度提高了176℃；在热电偶200‰的加热占控比条件下，光辅助加热比无辅助加热加热温度提高了113℃；在热电偶300‰的加热占控比条件下，光辅助加热比无辅助加热加热温度提高了104℃.对比可见，增加光辅助加热装置后，热丝法升温温度提高了100~200℃，热电偶加热占控比越小，辅助热提高的温度越高。仅采用光辅助加热热丝法可以升温到400~600℃，试样的黑度越高，吸收效率越好，升温温度越高。无辅助加热时热丝法的最高使用温度为1600~1650℃，增加光辅助加热系统后最高使用温度提高100℃，达到1700~1750℃。

实施例3

通过设定相同的保温温度，比较无辅助加热和有辅助加热条件下，热电偶的加热占控比。

测试数据见表3所示。

表3 热电偶加热占控比数据对比

保温温度/℃	1200	1500
			无辅助加热热电偶平均加热占控比/‰	210	340
光辅助加热热电偶平均加热占控比/‰	160	290
			热电偶加热占控比减量/‰	50	50
热电偶加热占控比减少率/%	23.81	14.71

对比可见，1200℃保温条件下，无辅助加热时热电偶加热占控比为210‰，有辅助热热电偶加热占控比为160‰，增加辅助热后热电偶加热占控比减小50‰，减少率为23.81%。1500℃保温条件下，无辅助加热时热电偶加热占控比为340‰，有辅助热热电偶加热占控比为290‰，增加辅助热后热电偶加热占控比减小50‰，减少率为14.71。由此可见，光辅助加热可以促使热电偶加热占控比减少15~25%，从而减小热电偶工作负荷，提高热电偶使用寿命。

实施例4

通过设定铂铑热电偶加热占控比为200‰，比较不同光辅助加热功率对加热温度的影响，辅助热功率基于满功率以千分率形式输出。

测试数据见表4所示。

表4 不同光辅助加热热丝法加热温度对比

光辅助加热功率输出比/‰	200	400	600	800
					升温温度/℃	1220	1238	1256	1277

对比不同辅助加热功率下的升温温度可见，升温温度与辅助功率基本呈线性关系，因此可以通过设定不同的辅助热功率来实现不同的加热要求。

使热电偶高温炉达到1600℃，并保温30s，然后以250℃/s的降温速度降至1250℃的实验温度保温。由图像采集系统通过观察窗口采集1600℃、1250℃下试样变化图像，分别为1600℃试样完全熔清图像、1250℃结晶长出图像，其中晶体生长图像中箭头分别指示出实验中的气泡和晶体（观察到为树枝晶）。

热电偶高温炉两个加热通道分别升温到1500℃保温30s，然后一通道降至700℃保温，通道降至1400℃保温。由图像采集系统通过观察窗口采集两个通道分别在700℃、1400℃下试样变化图像，开始保温时试样为全玻璃相，随着时间增加，中部开始结晶，并且不断向两端生长，实验结束后只有少量玻璃相和液相存在。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种铂铑热电偶高温炉，包括带有炉膛（1）的炉体，所述炉膛（1）为封闭式，所述炉体上设有与炉膛（1）连通的出气口（11），其特征在于，所述炉膛（1）内设有热电偶加热测温装置（3）、灯光辅助热源装置（2）以及降温装置，所述灯光辅助热源装置（2）包括多个能够产生热量的卤素灯灯泡（15），所述铂铑热电偶加热测温装置（3）包括多个铂铑合金热电偶（12），所述降温装置包括位于多个卤素灯灯泡（15）中部的储气箱（5），所述储气箱（5）上设有与炉体连通的进气口（10），所述储气箱（5）内设有延伸至铂铑合金热电偶（12）下方的通气管（7），所述通气管（7）顶部的开口朝向铂铑合金热电偶（12），所述通气管（7）底部周侧开设有多个通气孔，所述通气孔位于所述储气箱（5）内。

2.根据权利要求1所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，还包括温度控制装置，所述灯光辅助热源装置（2）、热电偶加热测温装置（3）分别与温度控制装置连接，用以同时控制铂铑合金热电偶（12）温度与卤素灯灯泡（15）的功率，使得卤素灯灯泡（15）灯泡的功率随铂铑热电偶温度进行相应改变。

3.根据权利要求1-2任一项所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，所述卤素灯灯泡（15）外侧包裹有一聚焦灯罩（14），通过聚焦灯罩（14）将卤素灯灯泡（15）的灯光聚焦在铂铑合金热电偶（12）周围。

4.根据权利要求3所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，所述聚焦灯罩（14）外侧包裹有一环形槽（4），所述环形槽（4）上设有输气管道（6），所述输气管道（6）与储气箱（5）连通。

5.根据权利要求1所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，所述炉体底部设有电机（8），所述电机（8）的转轴（9）与通气管（7）连接，所述通气管（7）上部周侧均设有多个与通气管（7）连通的支管（16）。

6.根据权利要求1-2任一项所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，所述热电偶加热测温装置（3）还包括热电偶接线柱（13），热电偶接线柱（13）由导电金属制作，铂铑合金热电偶（12）设置在热电偶接线柱（13）上。

7.根据权利要求1所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，所述灯光辅助热源装置（2）位于炉膛（1）下部或侧部，热电偶加热测温装置（3）位于炉膛（1）中部或上部，卤素灯灯泡（15）发出的光线从下往上或从侧面射出，照射到铂铑合金热电偶（12）周围。

8.根据权利要求1所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，所述炉体上设有观察窗口（18），所述观察窗口（18）为耐高温的玻璃材质，且观察窗口（18）与炉体使用耐高温密封圈相连。

9.根据权利要求3所述的铂铑热电偶高温炉，其特征在于，所述聚焦灯罩（14）采用金属材质，并且内表面有镀膜层。

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