[发明专利]固体样品实验加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验加热装置，尤其涉及一种固体材料研究中需要进行控制温度及加热速率的固体样品实验加热装置。

 

背景技术

在固体材料的研究中，往往涉及到研究固体材料在受热过程中发生的物理、化学反应，如在材料的生产和性能研究中，需要在某些温度下对材料进行加热、冷却或保温处理；在固体材料发生热分解与气化，需要研究材料在升温过程中发生的反应。

固体材料反应过程中，不仅受到温度的影响，往往还受到加热速率的影响，在目前固体材料在升温过程的研究中，往往都是采用炉膛程序升温进行加热。即将样品放入炉膛，然后采用电加热方式，控制炉膛以某一升温过程进行升温。如差示扫描量热仪和热重分析仪等，研究固体物质在加热过程中发生变化，这些仪器都是采用加热炉程序升温来加热固体材料。

这种加热方式和装置，能够达到一般的加热需要，如加热速率不高的升温过程。对于升温速率高的加热情况，采用炉膛程序升温，往往难以达到要求，加热炉达到快速变温，其所需要的加热功率大，并且由于炉膛热惯性，会导致升温终点不能精确控制。另外，由于炉膛升温，在连续进行实验过程中，每个样品实验结束后都需要将炉膛冷却后到一定程度，方能进行下一个样品实验，炉膛冷却过程导致实验周期过程变长，不利于快速实验。

 

发明内容

为了解决固体燃料在实验过程中受加热炉热惯性的限制，本发明提供了一种实现快速、便捷升温或降温，同时可实现连续进样的固体样品实验加热装置。

    本发明提供的固体样品实验加热装置，包括控制器、进样槽、导热管、加热器、冷却器、热电偶Ⅰ、驱动进样槽前进或后退的进样槽驱动机构、向进样槽内加入样品的微量给粉机、托架和坩埚；

    所述进样槽驱动机构包括步进电机、传动丝杆和螺母；所述步进电机由控制器控制，所述传动丝杆由步进电机驱动，螺母旋套在传动丝杆上；所述传动丝杆与进样槽平行设置，进样槽的一端与螺母固定连接，进样槽的另一端伸向导热管的内孔；

所述加热器由多个环形、且套在导热管上的电加热组件组成；所述冷却器由多个环形的冷却组件组成，冷却组件套在导热管上、且靠近传动丝杆；所述电加热组件和冷却组件均由控制器控制；所述热电偶Ⅰ设置在导热管的内部，热电偶Ⅰ采集的温度数据输入控制器；

所述微量给粉机设置在进样槽的上方、并位于传动丝杆与导热管之间，微量给粉机的出口与进样槽在竖直方向上对应；

所述托架设置在进样槽的前端；所述坩埚为两个，设置在托架上，且位于进样槽的同一横截面两侧；两个坩埚的底部均设有热电偶Ⅱ，热电偶Ⅱ采集的温度数据输入控制器。

进一步，还包括密封罩，所述密封罩与导热管的内孔相通，所述传动丝杆、螺母、进样槽设置在密封罩内；微量给粉机的出口伸入密封罩内；

再进一步，还包括靠近进样槽运行轨迹的后退限位行程开关和前进限位行程开关；所述后退限位行程开关和前进限位行程开关设置在进样槽行程的两端；所述后退限位行程开关和前进限位行程开关均与控制器连接。

与现有技术相比，本发明的固体样品实验加热装置具有以下优点：

1、采用进样槽携带沿槽长度方向均匀分布的样品进入导热管（即炉膛内），能够研究连续进样下的固体升温过程，并且其升温速率可控（进样槽的运动速度和导热管温度分布同时控制）。

2、研究定量样品时，在进样槽前端上加载坩埚托架，将热电偶信号连接到控制器，即可控制运动而实现控制坩埚的温度环境。本发明能满足连续进样和定量进样两种研究方式。

3、采用电加热组件和冷却组件套在导热管上，每个组件独立控温，并通过导热管均匀化温度，可实现导热管内温度良好的线性分布。

4、冷却组件和电加热组件同时运用，能够实现大范围的温度控制。如采用空气和液氮作为冷却气，可实现-50℃～1200℃的线性温度分布。

5、不采用程序升温，而采用样品直接进入温度区域的方式，使得样品的可研究升温速率和降温速率范围得到拓展，能够得到很大并且可控的升温速率和降温速率。

6、本发明可以节约实验时间：在一次实验结束后，不需要像程序升温一样等待炉膛冷却到常温，马上能进行下一个实验。当一次实验结束后，退出进样槽，添加下一样品，即可启动第二个实验。比程序升温炉膛，节省了炉膛降温的时间，使实验效率能够得到很大提升。