标题：加热圈
加热圈的结构与应用
  
加热圈又名电热圈、发热圈。是用电热合金丝作发热材料，用云母软板（有时用陶瓷芯）作绝缘材料，外包以薄金属板（铝板、不锈钢板等）。典型应用例如电热水瓶。将金属管状电热元件铸于铝盘、铝板中或焊接或镶嵌于铝盘、铝板之上即构成各种形状的电加热盘、电加热。典型应用举例如电饭锅、电熨斗、电咖啡壶等。
加热圈简介
将电能转变成热能以加热物体。是电能利用的一种形式。与一般燃料加热相比,电加热可获得较高温度(如电弧加热,温度可达3000℃以上)，易于实现温度的自动控制和远距离控制， 车载电加热杯
可按需要使被加热物体保持一定的温度分布。电加热能在被加热物体内部直接生热，因而热效率高，升温速度快，并可根据加热的工艺要求，实现整体均匀加热或局部加热（包括表面加热），容易实现真空加热和控制气氛加热。在电加热过程中，产生的废气、残余物和烟尘少，可保持被加热物体的洁净，不污染环境。因此，电加热广泛用于生产、科研和试验等领域中。特别是在单晶和晶体管的制造、机械零件和表面淬火、铁合金的熔炼和人造石墨的制造等方面，都采用电加热方式。
工作方式分类
根据电能转换方式的不同，电加热通常分为电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热等。电阻加热圈利用电流的焦耳效应将电能转变成热能以加热物体。通常分为直接电阻加热和间接电阻加热。前者的电源电压直接加到被加热物体上，当有电流流过时，被加热物体本身 电加热熨平机
便发热。可直接电阻加热的物体必须是导体，但要有较高的电阻率。由于热量产生于被加热物体本身，属于内部加热，热效率很高。间接电阻加热需由专门的合金材料或非金属材料制成发热元件，由发热元件产生热能，通过辐射、对流和传导等方式传到被加热物体上。由于被加热物体和发热元件分成两部分，因此被加热物体的种类一般不受限制，操作简便。 
间接电阻加热的发热元件所用材料，一般要求电阻率大、电阻温度系数小，在高温下变形小且不易脆化。常用的有铁铝合金、镍铬合金等金属材料和碳化硅、二硅化钼等非金属材料。金属发热元件的最高工作温度，根据材料种类可达1000～1500℃；非金属发热元件的最高工作温度可达1500～1700℃。后者安装方便，可热炉更换，但它工作时需要调压装置，寿命比合金发热元件短，一般用于高温炉、温度超过金属材料发热元件允许最高工作温度的地方和某些特殊场合。感应加热圈利用导体处于交变电磁场中产生感应电流（涡流）所形成的热效应使导体本身发热。根据不同的加热工艺要求，感应加热采用的交流电源的频率有工频(50～60赫)、中频(60～10000赫)和高频（高于10000赫）。工频电源就是通常工业上用的交流电源，世界上绝大多数国家的工频为50赫。感应加热用的工频电源加到感应装置上的电压必须是可调的。根据加热设备功率大小和供电网容量大小,可以用高压电源(6～10千伏)通过变压器供电;也可直接将加热设备接在380伏的低压电网上。 
中频电源曾在较长时间内采用中频发电机组。它由中频发电机和驱动异步电动机组成。这种机组的输出功率一般在50～1000千瓦范围内。随着电力电子技术的发展，现在使用的是晶闸管变频器中频电源。这种中频电源利用晶闸管先把工频交流电变换成直流电，再把直流电转变成所需频率的交流电。由于这种变频设备体积小，重量轻，无噪声，运行可靠等，已逐渐取代了中频发电机组。 
高频电源通常先用变压器把三相 380伏的电压升高到约2万伏左右的高电压,然后用闸流管或高压硅整流元件把工频交流电整流为直流电，再用电子振荡管把直流电转变为高频率、高电压的交流电。高频电源设备的输出功率有从几十千瓦到几百千瓦。 
感应加热的物体必须是导体。当高频交流电流通过导体时,导体产生趋肤效应，即导体表面电流密度大,导体中心电流密度小。 
感应加热可对金属物体进行整体均匀加热和表层加热；可熔炼金属，可用于金属钎焊，可对金属进行（淬火，回火，正火）等各种热处理，以及锻造用透热；在高频段，改变加热线圈(又称感应器)的形状，还可进行任意局部加热。电弧加热圈利用电弧产生的高温加热物体。电弧是两电极间的气体放电现象。电弧的电压不高但电流很大，其强大的电流靠电极上蒸发的大量离子所维持，因而电弧易受周围磁场的影响。当电极间形成电弧时，电弧柱的温度可达3000～6000K，适于金属的高温熔炼。 
电弧加热有直接和间接电弧加热两种。直接电弧加热的电弧电流直接通过被加热物体，被加热物体必须是电弧的一个电极或是媒质。间接电弧加热的电弧电流不通过被加热物体，主要靠电弧辐射的热量加热。电弧加热的特点是：电弧温度高，能量集中，炼钢电弧炉溶池的表面功率可达560～1200千瓦/平方米。但电弧的噪声大，其伏安特性为负阻特性（下降特性）。为了在电弧加热时保持电弧的稳定、在电弧电流瞬时过零时电路电压的瞬时值大于起弧电压值，同时为了限制短路电流，在电源回路中，必须串接一定数值的电阻器。电子束加热圈利用在电场作用下高速运动的电子轰击物体表面，使之被加热。进行电子束加热的主要部件是电子束发生器，又称电子枪。电子枪主要由阴极、聚束极、阳极、电磁透镜和偏转线圈等部分组成。阳极接地，阴极接负高位，聚焦束通常和阴极同电位，阴极和阳极之间形成加速电场。由阴极发射的电子，在加速电场作用下加速到很高速度,通过电磁透镜聚焦,再经偏转线圈控制，使电子束按一定的方向射向被加热物体。 
电子束加热的优点是:①控制电子束的电流值Ie,可以方便而迅速地改变加热功率；②利用电磁透镜可以自由地变更被加热部分或可以自由地调整电子束轰击部分的面积；③可增加功率密度，以使被轰击点的物质在瞬间蒸发掉。红外线加热圈利用红外线辐射物体，物体吸收红外线后，将辐射能转变为热能而被加热。 
红外线是一种电磁波。在太阳光谱中，处在可见光的红端以外，是一种看不见的辐射能。在电磁波谱中，红外线的波长范围在0.75～1000微米之间，频率范围在3×10～4×10赫之间。在工业应用中，常将红外光谱划分为几个波段：0.75～3.0微米为近红外线区；3.0～6.0微米为中红外线区；6.0～15.0微米为远红外线区；15.0～1000微米为极远红外线区。不同物体对红外线吸收的能力不同，即使同一物体，对不同波长的红外线吸收的能力也不一样。因此应用红外线加热，须根据被加热物体的种类，选择合适的红外线辐射源，使其辐射能量集中在被加热物体的吸收波长范围内，以得到良好的加热效果。 
电红外线加热实际上是电阻加热的一种特殊形式，即以钨、铁镍或镍铬合金等材料作为辐射体，制成辐射源。通电后，由于其电阻发热而产生热辐射。常用的电红外线加热辐射源有灯型(反射式)、管型(石英管式)和板型（平面式）三种。灯型是一种红外线灯泡，以钨丝为辐射体,钨丝密封在充有惰性气体的玻璃壳内,如同普通照明灯泡。辐射体通电后发热（温度比一般照明灯泡低）,从而发射出大量波长为1.2微米左右的红外线。若在玻璃壳内壁镀反射层，可将红外线集中向一个方向辐射，所以灯型红外线辐射源也称为反射式红外线辐射器。管型红外线辐射源的管子是用石英玻璃做成，中间是一根钨丝，故亦称石英管式红外线辐射器。灯型和管型发射的红外线的波长在0.7～3微米范围内，工作温度较低，一般用于轻、纺工业的加热、烘烤、干燥和医疗中的红外线理疗等。板型红外线辐射源的辐射表面是一个平面，由扁平的电阻板组成，电阻板的正面涂有反射系数大的材料,反面则涂有反射系数小的材料,所以热能大部分由正面辐射出去。板型的工作温度可达到1000℃以上，可用于钢铁材料和大直径管道及容器的焊缝的退火。 
由于红外线具有较强的穿透能力，易于被物体吸收，并一旦为物体吸收，立即转变为热能；红外线加热前后能量损失小，温度容易控制，加热质量高，因此，红外线加热应用发展很快。介质加热圈利用高频电场对绝缘材料进行加热。主要加热对象是电介质。电介质置于交变电场中，会被反复极化（电介质在电场作用下，其表面或内部出现等量而极性相反的电荷的现象），从而将电场中的电能转变成热能。 
介质加热使用的电场频率很高。在中、短波和超短波波段内，频率为几百千赫到300兆赫,称为高频介质加热,若高于300兆赫,达到微波波段,则称为微波介质加热。通常高频介质加热是在两极板间的电场中进行的；而微波介质加热则是在波导、谐振腔或者在微波天线的辐射场照射下进行的。 
电介质在高频电场中加热时，其单位体积内吸取的电功率为 P=0.566fEεrtgδ×10（瓦/厘米） 
如果用热量表示，则为： 
H=1.33fEεrtgδ×10（卡/秒·厘米） 
式中f为高频电场的频率,εr为电介质的相对介电常数，δ为电介质损耗角,E为电场强度。由公式可知，电介质从高频电场中吸取的电功率与电场强度E的平方、电场的频率f以及电介质的损耗角δ成正比。E和f由外加电场决定，而εr则取决于电介质本身的性质。所以介质加热的对象主要是介质损耗较大的物质。 
介质加热由于热量产生在电介质（被加热物体）内部，因此与其他外部加热相比，加热速度快，热效率高，而且加热均匀。 
介质加热在工业上可以加热热凝胶，烘干谷物、纸张、木材，以及其他纤维质材料；还可以对模制前塑料进行预热，以及橡胶硫化和木材、塑料等的粘合。选择适当的电场频率和装置，可以在加热胶合板时只加热粘合胶，而不影响胶合板本身。对于均质材料，可以进行整体加热。
工作原理
高频的高频大电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈（通常是用紫铜管制作）。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物体，在被加热物体的内部与加热电流相反的方向，便会产生相对应的很大涡电流。由于被加热物体内存在着电阻，所以会产生很多的焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。达到对所有金属材料加热的目的。
电加热圈的用途
一、热处理：各种金属的局部或整体淬火、退火、回火、透热； 
二、热 成 型 ：整件锻打、局部锻打、热镦、热轧； 
三、焊 接：各种金属制品钎焊、各种刀具刀片、锯片锯齿的焊接、钢管、铜管焊接、同种异种金属焊接； 
四、金属熔炼：金、银、铜、铁、铝等金属的(真空)熔炼、铸造成型及蒸发镀膜； 
五、高频加热机其它应用：半导体单晶生长、热配合、瓶口热封、牙膏皮热封、粉末涂装、金属植入塑料
电热圈的分类
不锈钢陶瓷电热圈耐高温陶瓷电热圈采用的不是一般云母挠线方式制作，而是采用陶瓷条穿丝方式，因此该产品的功率比普通的要高0.5~1.5倍。发热体为进口圆丝陶挠成弹簧状穿入陶瓷条圈成,外罩采用日本产不锈钢,中间采用高温隔热保温棉（硅酸铝纤维板）防止温度外泄。陶瓷条是高频陶瓷具有传热快、坚硬不易碎、高温不变形不易老化等特点。[1]　陶瓷加热圈简要性能：其主要适用于挤压、浇铸和下冲式机械操作温度可达到 450度，最大表面负载 6.5W/cm. 特点是寿命长耐高温，能量消耗降低30%，绝缘性高，是目前挤出机、 注塑机、吹膜机最适用的电加热产品。[2]　陶瓷加热圈具有安装灵便,传热快,绝缘良好.制作不受型号和规格大小的限制等优点。工作温度高、升温快、热效率高、无污染、加热均匀精确。具体优点如下： 　1、具有绕性，如加热容器或管道时，可弯曲成弧形或圆形包复在表面加热，如加热大型工件，局部可采包复形式，大面积工件可采用平铺复盖形式。此外能适合各种几何形状工件的加热。 　2、工作温度高、升温快、热效率高、无污染、加热均匀精确，可以实现自动控制。　 　3、机械强度高，热态绝缘性能好，与被加热物体接触面大，使用寿命长。　 　4、安装、维修方便，使用费用也低，即使内部发热材料损坏，而外部的陶瓷器件仍可回用。[3]不锈钢云母电热圈云母加热圈是以高质量的镍铬合金发热丝为发热体，采用天然云母为绝缘层组绕而成，外层采用高品质不锈钢为传导发热层，云母加热圈可根据客户需求经机械加工而成的圈、板、及各种异形产品。 　云母加热圈表面正常符合在2.5-3瓦每平方厘米，客户应根据所需的功率范围，采用自动控温系统，来保持正常功率，保护加热圈的使用寿命。[4]　不锈钢云母电加热圈性能优点：该产品由于采用不锈钢和云母为原料，在制作上不受规格大小的限制既可以做射嘴用的小规格加热，又可以作塑胶机炮筒上的加热。具有结构合理，外形美观，性能稳定，加热均匀、散热快，使用寿命长，绝缘性能良好，耐高压等特点。 　不锈钢云母加热圈使用范围：广泛用于注塑机、挤出机等塑胶成型机械上。[5]铸铝电热圈铸铝加热圈可分为压铸铸造和浇铸铸造，在规格、尺寸较多的场合，一般采用浇铸工艺。浇铸生产时采用高纯度铝块，经高温熔炉将其由固态变为液态，让后将其注入已经有安装好加热管的模具中，经冷却成型后，再进行精加工制作而成。 　铸铝加热圈正常厚度有20mm和25mm，其中25mm壁厚的电热圈其内壁采用凹凸的风槽结构设计，目的是为了在使用时防止内部加热管温度过高，例如温度高的时候可以在内壁采用风冷却或水冷却，使得其迅速达到使用标准温度。同时加热圈基本上采用的是将圆形对半分开，制成两片半圆形的，然后通过用固定螺栓将其固定安装。 　温度测温空主要是用于需要采集温度信号的场合，通常在铸铝加热圈的弧形表面按照其设计尺寸开孔，用于安装热电偶。[6]铸铜电热圈铸板式电热圈是用一般金属管状电热元件弯成1～5 圈圆环形状后， 再用硅铝合金或硅铜合金铸成完整的一块电热板。与管状元件式电热板相比， 它与锅底的有效传热面更大。这种结构机械强度大、 寿命长、热效率高电热板又称电灶板、 烹调电板、 密封电炉板、除湿板等。 它是一种通电后板面发热而不带电且无明火的、 外形呈圆形或方形的、 安全可靠的电加热平板。 　薄壳式电热圈是在金属薄板冲压成形的壳体内埋置有螺旋形电热丝，螺旋型电热丝与金属外壳之间填充有导热和绝缘的填充料。这种金属薄壳式结构简单、 价格便宜， 但板面易变形， 长时间使用后热效率有下降现象， 因此一般制成800W以下的小功率电热板。 　铸板式电热圈/板结构与薄壳式电热板一样， 只是板面为金属铸造件， 因此强度大、 板面不易变形， 目前国内大多数采用这种结构。管状元件式电热板是由金属管状电热元件弯成平面螺旋渐开线而形成的电热板， 这种金属管状电热元件是半圆形截面， 板面是平的， 这样的截面使电热板与烹调锅底之间有较大的传热面， 用以提高热效率。 　对电热圈的要求是： 　（1） 寿命长。要求在正常使用和妥善保管情况下， 能安全使用十年以上； 累计通电使用时间 （寿命试验： 断电 1h， 通电 2h） 应在 ( 2000h )以上。 　（2） 热效率高、 耗电省、 成本低。国际上逐渐趋向于增加电热板电功率，以减少热贮体质量， 从而达到增加功率而不增加用电量的目的。功率高、 热贮体小， 则热惯性小， 因此热得快、 烹调或加热速度快， 热效率也高， 使用者耗用的电能反而降低。对生产厂来说， 热贮体减小意味着成本下降。 　（3） 温度可调。电热板板面温度应能适应各种不同使用温度的要求。例如， 沸滚、 烧煮类烹调要求温度为 100℃而煎炸类烹调则要求为140～180℃。过低达不到将食品煎炸至焦黄色的要求， 过高则食油易炭化， 因此，板面温度最好在 120～350℃范围内调节。 　（4） 便于清洁， 防磨蚀性能要好。[7]