红外线加热原理知识

红外线(加热器)是一种电磁波, 电磁波有多种形式,如伽玛射线、紫外光或无线电波。

它们的性质相似,但能量不同。

可见光的波长范围为0.38 - 0.78微米,而红外线的波长范围在780纳米(0.78微米) 到1000微米(1000微米= 1mm)之间 

热能由于温差产生的能量。它只向一个方向移动,即从较高温度的区域流向低温区域。

能量会从一个位置流向另 一个位置,直到两个物质有相同的温度。因此,温度是测量系统中能量总量的方法。

任何表面温度大于绝对零度 (-273.15°C)的物体都将辐射红外能量。因此,我们身边 周围的物体都在辐射红外能量。

如果两个物体处于相同 的温度,那么它们就会释放和接收相同数量的能量,因 此温度不会发生改变。

当一个物体比另一个物体热时, 红外能量将从较的热物体传递到较冷的物体。


关于热量测定的定义:

热量是能量的一种形式,可以用 焦耳、卡路里或Btus英国热量单位(British thermal units)来测量。

机械能:它等于将1牛顿的力通过1米(1牛顿米或nm)的距 离所消耗的能量(或功)。

电能:1安培的电流通过1欧姆的电阻1秒钟消耗的能量。

温度可以用几种形式表示。
摄氏度(°C)是我们最常见的表示方法; 开尔文(K)是一个更科学的单位(绝对温标) 或华氏(°f),主要在美国使用。

热功率以瓦特(W)计量: 1瓦= 1焦耳/秒。热通量(Φq)是单位时间内同过单位面积 的能量。

它的符号是和单位是W / m2。在工业中W / cm2是很常见的一种计量单位。 热传递的3种形式:

1.热传导: 

热传导是介质内无宏观运动时的传热现象,其在固体、液体和气体中均可发生,但严格而言,只有固体中才是纯粹的热传导。

它是粒子间相互作用的结果。热传导数(k)是一种测量物质热量的方法。

能量转移的速率(q”):取决于决于表面的温差(Δt)和表面积(a),以及材料导热系数(k)和它的厚度(Δx)。

能量只 能从较高的温度流向较低的温度,因此,公式前面有一 个负号。 

2、对流

对流是通过流体(液体或气体)的运动来传递热量。它包 括分子的随机运动(扩散)和宏观的运动(平流)。

传热速 率(q)取决于温差(Δt),面积(a)和传热系数计算(h),以及 流体的物理性质。

对流有两种形式:自然对流和强制对流。

液体表面被加热,密度变小而上升,较冷的部分则下降, 循环流动,互相掺和,使温度趋于均匀。

因此,运动的分子将能量从较热的表面带走。 由于外力推动(如搅拌)而产生的对流称强制对流。

3.红外辐射(加热器)一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射,温度愈 高,短波成分愈多,辐射出的总能量就愈大。

由于电磁波的传播无需任何介质,所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。波长越短能量越强。

红外辐射位于可见光红光 外端,波长范围在0.78μm和1毫米之间。

辐射传热只发生在发射源的辐射能冲击另一个物体并被吸收的时候。 

辐射的吸收 红外线加热是非接触的,不需要介质进行传热。红外辐 射在接触到物体表面时,会发生反射(ρ)、吸收(α)和透 过(τ)的现象。 

(红外线)辐射(加热器)

红外源可以向各个方向辐射,但有些设计可以改变辐射 的方向,产品的几何形状决定了多少红外能量会到达物 质表面。 

辐射传热有三种主要规律。 

A. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律 从公式我们可以算出,在特定的温度下,红外线所辐射的 总能量。

也就是说,在特定的温度下,黑体辐射源在单位 面积所辐射红外线的全部能量。 

但世界上不存在吸收比为1的物体,即在任何条件下,对 任何波长的外来辐射能完全吸收而无任何反射或者穿 透的物体。

根据实际受辐射面积(a)以及材料的辐射系数 (ε),蒂芬玻尔兹曼定律就变成: 

斯蒂芬-波尔兹曼辐射率定律

根据基尔霍夫热力平衡定义可知一个物体的吸收率和辐 射是相等的,这就意味着我们可以根据辐射率来判断这 个物体的吸收率。

利用这一定律,我们现在可以计算t1和t2的 两个辐射表面之间的净热量传递

这两者之间发生了能量的交换,区别在于 它们释放的能量不同。 

B.普朗克定律

德国物理学家马克斯·普朗克在1900年提出这一黑体 辐射的数学关系。

也就是说,在特定的温度下,任何 物体都能发出一定波长的红外辐射。 

辐射源在不同温度下的光谱强度分布(ε= 0.9) 

辐射的波长的函数是连续的,且其功率随温度升高而升高。 

对于一个非常高温的物体来说,黑体白 辐射的波长极其的短,就像太阳辐射一样。

因此普朗克定律引普朗克给我们引出了第三定律,即辐射传热定律。
C. 维恩位移定律

韦恩位移定律遵循普朗克定律。在黑体辐射谱中,产生最 大辐射量的波长和黑体的温度乘积为一常数, 


辐射

一个绝对黑体的表面是一个不反射任何电磁波,单纯释放电磁波的表面。绝对黑体的能量和波长的图被称为黑体光谱。

一个灯泡的白热灯丝就是一个很好的黑体的例子。因为从灯丝毫发出来的电磁波几乎全部被周围的物体吸收了,被反射的很少。
从图中我们可以看到。灯泡一小时辐射的能量只有一小 部分在可见光的光谱内。随着温度的升高,波长越来越 短,辐射能也越来越大。

从图中我们还可以看出,在室温 下的岩石(20°C)发出的辐射全都不在可见光的光谱之 中。当物体被加热,他们开始发出可见光。

在600°C时,就 像一个电热炉一样,发出暗红色的光。

术语摘要

红外辐射:一部分介于可见光与微波光谱之间的电 磁辐射。

外辐射的种类
种类                                               
光谱范围

短波(近红外)(nir)                          0.75 – 1.4μm

中波(中红外)(Mir)                           1.4  - 3 μm
长波(远红外线)(FIR)       3  -   10um

辐射系数:一个物体与绝对黑体在同一温度下所辐射的能量的比值。

换句话说,就是一个物体的黑度的多少。
发射源:发射红外辐射的物体。

在这本书中大多指的红外线加热器或元件。
红外线加热:用红外线加热物体。不像其它两种加热方式,如传导和对流,这种加热方式不需要介质进行传热。
热量输出/热通量:单位面积上的能量分布。单位是
W/cm
导线:是用来传导电流、输送电能的元件。
电阻线圈线:内嵌的金属丝,用于在抵抗电流的同时产生 热量。

最大功率密度:单位面积上的功率的最大值。 表面平均温度::在发射体表面不同位置测量的温度的平均值。

辐射功率密度:单位面积上的辐射的功率。

热电偶:一种温度测量设备,它由两种不同成份的材质导体组 成闭合回路,当两端存在温度梯度时,

回路中就会有电流通 过,此时两端之间就存在电动势——热电动势。 

红外线测量仪:一种非接触式温度测量设备,它能够发射 一定频率的激光光束。

全平板空心加热器ffeH和全弧形加热器fte的表面温度 和功率密度的变化。( 额定功率250W - 800W-230V) 

FQE的表面温度和功率密度的变化(全石英加热器,额定 功率150W - 1000W 230V) 

 

 

 

 

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