關(guān)于紅外線的應(yīng)用分析和介紹

使用紅外線爐的關(guān)鍵是精準(zhǔn)地測量工藝溫度。爐操作工需要精準(zhǔn)的溫度讀數(shù)來實現(xiàn)生線產(chǎn)速度的最大化、優(yōu)化效率、提高產(chǎn)量和減少運行成本。

高強度紅外短波輸送加熱系統(tǒng)用于烘干聚四氟乙烯板上的溶劑

紅外爐的使用遍及大量的各種工業(yè)生產(chǎn)過程，例如涂層固化、塑料成型前加熱和玻璃加工。在這些應(yīng)用中，可以根據(jù)狀態(tài)變化，即時對作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成部分的紅外(IR)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

在紅外加熱系統(tǒng)中，紅外加熱器或熱輻射器被設(shè)置為高于被加工零件將要達(dá)到的溫度的某個溫度。這些加熱器通過電磁輻射，將能量傳輸給零件。產(chǎn)品內(nèi)部的分子因紅外輻射而受激并產(chǎn)生振動。其結(jié)果是，能級升高，導(dǎo)致溫度上升、狀態(tài)變化（液態(tài)變成氣態(tài)）、出現(xiàn)聚合作用或硬化。

在典型的生產(chǎn)性應(yīng)用中，最終零件溫度由零件停留在紅外爐內(nèi)的時間來確定。輻射能的傳輸而加熱器的溫度與零件溫度的差異變大而增強。這一過程的發(fā)生不需要兩個物體保持接觸或者兩個物體之間有任何介質(zhì)。

紅外爐的使用時機

對流加熱爐的控制只利用空氣和空氣速度。此外，在對流加熱爐中，整個產(chǎn)品停留時間的一部分需要用來將產(chǎn)品提高至工藝溫度。毫無疑問，處于對流爐中的產(chǎn)品的溫度始終不會超過其環(huán)境溫度，因此，產(chǎn)品不會因停留在高溫空氣中而出現(xiàn)過熱危險。

與此形成鮮明對比的是，紅外發(fā)射管可以利用不同的能量密度和波長，來達(dá)到合適的加熱速度和溫度。與對流加熱爐相比，紅外線具備更高的能量傳輸速度，從而可以更快地提升產(chǎn)品的溫度。例如， 長波紅外線發(fā)射 4.0 至 6.0 μm 的能量，能量密度介于 5 至 15 W/in2。中波紅外線發(fā)射 2.4 至 4.0 μm 的能量，能量密度介于 15 至 60 W/in2。

圖1紅外測溫儀提高了制造過程的一致性，從而可以減小產(chǎn)品波動、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能

短波紅外線發(fā)射1.0至1.2 μm的能量，能量密度介于100至200 W/in2。當(dāng)可以達(dá)到高能量密度時，可以更快速地完成產(chǎn)品加熱，但是，也可能導(dǎo)致產(chǎn)品過溫。

涂層固化是最適合采用紅外線的大量應(yīng)用中的一種應(yīng)用。例如，采用紅外線對卷繞線圈上的涂層進(jìn)行加熱時，無需對金屬的整個厚度方面完成完全加熱即可實現(xiàn)涂層固化。采用紅外加熱器，可以實現(xiàn)離散區(qū)域控制。紅外加熱器理想適用于實現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度曲線，例如，對連續(xù)紙卷或連續(xù)織物進(jìn)行濕度控制。紅外技術(shù)的另一個優(yōu)點是啟動時間短，可以快速達(dá)到工藝狀態(tài)。該加熱爐可在數(shù)分鐘甚至于數(shù)秒內(nèi)使產(chǎn)品達(dá)到所需要的工藝溫度。

過程控制要求

在工業(yè)工廠中，溫度作為工藝、產(chǎn)品或設(shè)備部件的一個狀態(tài)指標(biāo)具備非常重要的作用。 圖 2紅外測溫儀內(nèi)部的光學(xué)鏡片，收集由物體發(fā)射的紅外線能量，并將這些能量聚焦到檢測器上。檢測器接下來將該能量轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過放大后，顯示為溫度讀數(shù)。

精準(zhǔn)的溫度監(jiān)控可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)能。因為生產(chǎn)過程在最佳狀態(tài)下不會出現(xiàn)中斷，因此，它還可以實現(xiàn)停機時間的最小化。

例如，對紙、塑料膜和金屬箔上的涂層進(jìn)行烘干時，溫度是一個關(guān)鍵的變量。紅外烘干器被用來將涂層和基材的溫度提升至所需要的干燥/固化溫度。精準(zhǔn)的工藝控制要求來自織物或膜卷溫度傳感器的閉環(huán)反饋信號，以向操作員提供詳細(xì)的溫度曲線。

更重要的是，最終用戶需要有可以承受惡劣生產(chǎn)環(huán)境的溫度測量解決方案。這意味著，有時候需要將測溫儀放入絕緣套中，或者，為設(shè)備提供空氣冷卻或水冷卻裝置。為了實現(xiàn)溫度傳感器與惡劣的工藝條件之間的熱隔離，甚至有可能需要使用氣室。

溫度測量選項

紅外加熱爐、烘干器和其它過程加熱系統(tǒng)的制造商為它們的設(shè)備設(shè)計精確、可靠的溫度控制功能。在生產(chǎn)過程中，爐操作工必須獲得實際產(chǎn)品溫度的精確讀數(shù)；否則，加工質(zhì)量將會降低，廢品率將會增大，從而減小工廠的利潤率。

溫度測量解決方案通常要么包含接觸式傳感器，要么包含非接觸式傳感器。

圖2

例如熱電偶等的接觸型儀器在這些應(yīng)用中缺乏實用性。因為，在這些應(yīng)用中，溫度傳感器在完全冷卻以前可能接觸到產(chǎn)品，從而導(dǎo)致涂層或產(chǎn)品表面受損。熱電偶還可能無法跟蹤熱力循環(huán)期間出現(xiàn)的快速溫度變化。

對于無法使用熱電偶或其它探針型傳感器的環(huán)境，可以使用非接觸式紅外測溫儀來測量溫度（圖1）。

圖3紅外傳感器系統(tǒng)配合非接觸式紅外溫度測量與數(shù)據(jù)采集軟件對設(shè)定點溫度進(jìn)行控制

紅外裝置的使用，使得工藝加熱爐中的精準(zhǔn)溫度控制成為可能，從而可以用來烘烤、腌制、預(yù)熱、熱成型、烹調(diào)、溶化、收縮、薄化和烘干各種產(chǎn)品。

要獲得紅外測溫儀的這種優(yōu)點，必須理解其工作原理。所有的物體都發(fā)射紅外輻射能。物體的溫度越高，其分子越活躍，發(fā)射的紅外輻射能越多。紅外測溫儀內(nèi)部的光學(xué)鏡片，收集由物體發(fā)射的紅外線能量，并將這些能量聚焦到檢測器上。檢測器接下來將該能量轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過放大后，顯示為溫度讀數(shù)（圖2）。

紅外測溫儀可以用來快速、高效地監(jiān)控動態(tài)過程的溫度。不同于其它測量技術(shù)的是，紅外測溫儀可以直接測量過程溫度，允許用戶快速調(diào)整工藝參數(shù)，從而優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。紅外測溫儀還可以幫助提高生產(chǎn)效率，通過實現(xiàn)更小度量單位和獲得更多溫度數(shù)據(jù)來提高產(chǎn)出。既可測量大型區(qū)域，也可測量某個小型點狀區(qū)的測量。

最先進(jìn)的非接觸式紅外傳感器進(jìn)一步擴展了溫度測量技術(shù)，可以提供多個擴展溫度量程、激光瞄準(zhǔn)裝置和高分辨率透鏡。可以同時輸出模擬量和數(shù)字量信號，使得溫度數(shù)據(jù)可以集成到閉環(huán)控制系統(tǒng)中，這些同時輸出的信息可以用于遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控和分析。

紅外傳感器系統(tǒng)配合紅外溫度測量與數(shù)據(jù)采集軟件，可對設(shè)定點溫度進(jìn)行控制。由于該軟件可以產(chǎn)生精確的生產(chǎn)記錄，可以讀取和記錄每個過程目的的溫度。一旦達(dá)到設(shè)定點溫度，可以自動關(guān)閉熱源，以維持正確的溫度（圖3）。

紅外加熱爐與紅外溫度測量技術(shù)的配合使用，為工藝加熱應(yīng)用提供了一個功能強大的組合。