一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统，包括电磁感应加热系统控制器、分控制箱、电磁感应线圈、高脚架、蠕变试验机、导电陶瓷体、外部水管、吹气管道、喷嘴、水冷装置、敞口水箱、风扇、真空环境箱和空气压缩机。本发明专利技术极大地方便了试验准备和操作，能够保证试验试样均匀受热，大大提升了设备的温度极限，可消除试样周围的空气对流，减少热量损失，提高加热效率和保温效率，由控制器程序根据实际温度和温度变化速率的要求智能控制，可连续实时调控，与电磁感应加热同时作用，使得陶瓷的温度变化能满足不同的温度变化要求，通过外接真空箱可以创造真空环境下的控速降温，能够满足大多数热处理实验的要求。

A fast heating system based on electromagnetic induction using conductive ceramics

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统
本专利技术涉及一种加热的系统，具体是一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统，属于加热设备应用

技术介绍
航空航天发动机热端部件的分析研究过程中，为了模拟其复杂的工作环境，需要在高温下进行力学性能试验，有些情况下氧化反应会给试验造成较大影响，故对无氧环境有较高要求，部分与热处理有关的试验不仅需要快速升温，对试件的降温速率也要进行控制；目前主要采用在蠕变试验机上加装一个高温炉，将试件置于高温炉中进行蠕变试验。传统的高温炉由于炉丝为电热合金丝如钨丝、钼丝等，加热的最高温度不超过1400℃，加热速率平均最快不超过5℃/s，已渐渐难以满足更高的试验温度要求。此外，随着高温合金材料性能的不断提高，为了测试其性能而进行的蠕变试验时间逐渐增加，长时间高温加热会使得炉丝寿命下降，需要经常更换以免在试验中途出现炉丝断裂的情况，这样增加了试验的操作复杂性。目前工程上使用的普通电磁感应设备加热温度最快可达100℃/s，多数将需要加热的物件放在线圈中间加热，物件多为铁或石墨等导电材质，限制了被加热物质的种类，此外，由于被加热件的形状不规则，容易导致加热不均的情况；因为铁加热到700℃以上会进入白热化导致失磁，故而铁最高可加热到700℃，石墨最高可加热到1500摄氏度，加热温度上限较低，难以满足更高的试验要求。因此，针对上述问题提出一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的，一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统，包括电磁感应加热系统控制器以及外接在电磁感应加热系统控制器一侧的分控制箱，所述分控制箱一侧外接有一个由空心铜管绕成的电磁感应线圈，所述分控制箱放置在位于其底端的高脚架表面，且高脚架一侧设置需要加持高温环境的蠕变试验机，所述电磁感应线圈固定在蠕变试验机顶部，且电磁感应线圈中空部位设置空心圆柱体结构的导电陶瓷体，所述电磁感应线圈一端通过分控制箱连接至外部水管一端，且外部水管与之对应的另一端连接至位于水冷器内部的敞口水箱，所述水冷器顶端设置两个风扇，且风扇的输出端相异设置，所述电磁感应线圈外部安装由耐热陶瓷制成的真空环境箱，且电磁感应线圈底端固定有吹气管道的一端，所述吹气管道与之对应的另一端连接至空气压缩机。优选的，所述电磁感应线圈呈弹簧状，且电磁感应线圈的几何尺寸依次为直径200mm、高80mm以及螺距3mm，所述电磁感应线圈构成元件铜管的直径为10mm。优选的，所述导电陶瓷体的几何尺寸依次外径180mm、内径160mm以及高度120mm，且导电陶瓷体的高度大于电磁感应线圈的高度。优选的，所述吹气管道靠近电磁感应线圈底端一侧末端安装由耐热陶瓷材料制成的喷嘴。优选的，所述电磁感应加热系统控制器分别电性连接至分控制箱和空气压缩机。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用电磁感应加热技术，加热速度快，最快能达到200℃/s，能达到的极限温度高，最高能达到2500℃；加热过程可进行编程由多程序段控制，能实现复杂的加热方式且过程智能可控，加热部分结构简单占空间小，设备操作简单，极大地方便了试验准备和操作。2、在电磁感应线圈中放入导电陶瓷作为加热介质，陶瓷在电磁感应的作用下急剧升温成为热源，由于采用了空心圆柱形结构，使得在线圈中的一整段陶瓷柱体各个部位之间的温度一致。高温的陶瓷柱体往空心部分持续辐射热量，使得柱体中间形成了一个一定长度的均温带，能够保证试验试样均匀受热。3、本专利技术采用了导电陶瓷氧化钍作为加热介质，其熔点接近3000℃，使用温度可达2600℃，大大提升了设备的温度极限。4、本专利技术在铜线圈外部添加了一个由陶瓷材料制成的真空箱，箱内可以抽成真空或者充入惰性气体制造气氛加热环境，可提供稳定无氧的加热环境，防止试样在加热过程中发生氧化反应，也可消除试样周围的空气对流，减少热量损失，提高加热效率和保温效率。5、在降温阶段，陶瓷在空气中自然冷却的速率是不可控的，难以满足热处理试验的降温速率要求，本专利技术在线圈及陶瓷下方放置了吹气管道，管道连接空气压缩机与控制器连接，气压是连续均匀的，由控制器程序根据实际温度和温度变化速率的要求智能控制，可连续实时调控，与电磁感应加热同时作用，使得陶瓷的温度变化能满足不同的温度变化要求。6、通过外接真空箱可以创造真空环境下的控速降温，能够满足大多数热处理实验的要求。附图说明图1为本专利技术线圈及分控制箱示意图；图2为本专利技术降温用吹气管道示意图；图3为本专利技术空气压缩机示意图；图4为本专利技术水冷器示意图；图5为本专利技术控制器-分控制箱-水冷器连接示意图；图6为本专利技术真空环境箱示意图；图7为本专利技术整体装配图；图8为本专利技术喷嘴结构示意图图。图中：1、电磁感应加热系统控制器，2、分控制箱，3、电磁感应线圈，4、高脚架，5、蠕变试验机，6、导电陶瓷体，7、外部水管，8、吹气管道，801、喷嘴，9、水冷器，10、敞口水箱，11、风扇，12、真空环境箱，13、空气压缩机。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-8所示，一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统，包括电磁感应加热系统控制器1以及外接在电磁感应加热系统控制器1一侧的分控制箱2，所述分控制箱2一侧外接有一个由空心铜管绕成的电磁感应线圈3，所述分控制箱2放置在位于其底端的高脚架4表面，且高脚架4一侧设置需要加持高温环境的蠕变试验机5，所述电磁感应线圈3固定在蠕变试验机5顶部，且电磁感应线圈3中空部位设置空心圆柱体结构的导电陶瓷体6，所述电磁感应线圈3一端通过分控制箱2连接至外部水管7一端，且外部水管7与之对应的另一端连接至位于水冷器9内部的敞口水箱10，所述水冷器9顶端设置两个风扇11，且风扇11的输出端相异设置，所述电磁感应线圈3外部安装由耐热陶瓷制成的真空环境箱12，且电磁感应线圈3底端固定有吹气管道8的一端，所述吹气管道8与之对应的另一端连接至空气压缩机13。作为本专利技术的一种技术优化方案，所述电磁感应线圈3呈弹簧状，且电磁感应线圈3的几何尺寸依次为直径200mm、高80mm以及螺距3mm，所述电磁感应线圈3构成元件铜管的直径为10mm，实现加热。作为本专利技术的一种技术优化方案，所述导电陶瓷体6的几何尺寸依次外径180mm、内径160mm以及高度120mm，且导电陶瓷体6的高度大于电磁感应线圈3的高度，能够保证试验试样均匀受热。作为本专利技术的一种技术优化方案，所述吹气管道8靠近电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统，包括电磁感应加热系统控制器(1)以及外接在电磁感应加热系统控制器(1)一侧的分控制箱(2)，其特征在于：所述分控制箱(2)一侧外接有一个由空心铜管绕成的电磁感应线圈(3)，所述分控制箱(2)放置在位于其底端的高脚架(4)表面，且高脚架(4)一侧设置需要加持高温环境的蠕变试验机(5)，所述电磁感应线圈(3)固定在蠕变试验机(5)顶部，且电磁感应线圈(3)中空部位设置空心圆柱体结构的导电陶瓷体(6)，所述电磁感应线圈(3)一端通过分控制箱(2)连接至外部水管(7)一端，且外部水管(7)与之对应的另一端连接至位于水冷器(9)内部的敞口水箱(10)，所述水冷器(9)顶端设置两个风扇(11)，且风扇(11)的输出端相异设置，所述电磁感应线圈(3)外部安装由耐热陶瓷制成的真空环境箱(12)，且电磁感应线圈(3)底端固定有吹气管道(8)的一端，所述吹气管道(8)与之对应的另一端连接至空气压缩机(13)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁感应原理利用导电陶瓷进行快速加热的系统，包括电磁感应加热系统控制器(1)以及外接在电磁感应加热系统控制器(1)一侧的分控制箱(2)，其特征在于：所述分控制箱(2)一侧外接有一个由空心铜管绕成的电磁感应线圈(3)，所述分控制箱(2)放置在位于其底端的高脚架(4)表面，且高脚架(4)一侧设置需要加持高温环境的蠕变试验机(5)，所述电磁感应线圈(3)固定在蠕变试验机(5)顶部，且电磁感应线圈(3)中空部位设置空心圆柱体结构的导电陶瓷体(6)，所述电磁感应线圈(3)一端通过分控制箱(2)连接至外部水管(7)一端，且外部水管(7)与之对应的另一端连接至位于水冷器(9)内部的敞口水箱(10)，所述水冷器(9)顶端设置两个风扇(11)，且风扇(11)的输出端相异设置，所述电磁感应线圈(3)外部安装由耐热陶瓷制成的真空环境箱(12)，且电磁感应线圈(3)底端固定有吹气管道(8)的一端，所述吹气管道(8)与之对应的另一端连接至空气压缩机(13)。


2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志勋，岳珠峰，张旭辉，赵彦超，王佳佳，杨艳秋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61