关于红外线的应用分析和介绍

使用红外线炉的关键是精准地测量工艺温度。炉操作工需要精准的温度读数来实现生线产速度的最大化、优化效率、提高产量和减少运行成本。

高强度红外短波输送加热系统用于烘干聚四氟乙烯板上的溶剂

红外炉的使用遍及大量的各种工业生产过程，例如涂层固化、塑料成型前加热和玻璃加工。在这些应用中，可以根据状态变化，即时对作为闭环控制系统的组成部分的红外(IR)系统进行调整。

在红外加热系统中，红外加热器或热辐射器被设置为高于被加工零件将要达到的温度的某个温度。这些加热器通过电磁辐射，将能量传输给零件。产品内部的分子因红外辐射而受激并产生振动。其结果是，能级升高，导致温度上升、状态变化（液态变成气态）、出现聚合作用或硬化。

在典型的生产性应用中，最终零件温度由零件停留在红外炉内的时间来确定。辐射能的传输而加热器的温度与零件温度的差异变大而增强。这一过程的发生不需要两个物体保持接触或者两个物体之间有任何介质。

红外炉的使用时机

对流加热炉的控制只利用空气和空气速度。此外，在对流加热炉中，整个产品停留时间的一部分需要用来将产品提高至工艺温度。毫无疑问，处于对流炉中的产品的温度始终不会超过其环境温度，因此，产品不会因停留在高温空气中而出现过热危险。

与此形成鲜明对比的是，红外发射管可以利用不同的能量密度和波长，来达到合适的加热速度和温度。与对流加热炉相比，红外线具备更高的能量传输速度，从而可以更快地提升产品的温度。例如， 长波红外线发射 4.0 至 6.0 µm 的能量，能量密度介于 5 至 15 W/in2。中波红外线发射 2.4 至 4.0 µm 的能量，能量密度介于 15 至 60 W/in2。

图1红外测温仪提高了制造过程的一致性，从而可以减小产品波动、提高产品质量和产能

短波红外线发射1.0至1.2 µm的能量，能量密度介于100至200 W/in2。当可以达到高能量密度时，可以更快速地完成产品加热，但是，也可能导致产品过温。

涂层固化是最适合采用红外线的大量应用中的一种应用。例如，采用红外线对卷绕线圈上的涂层进行加热时，无需对金属的整个厚度方面完成完全加热即可实现涂层固化。采用红外加热器，可以实现离散区域控制。红外加热器理想适用于实现准确的温度曲线，例如，对连续纸卷或连续织物进行湿度控制。红外技术的另一个优点是启动时间短，可以快速达到工艺状态。该加热炉可在数分钟甚至于数秒内使产品达到所需要的工艺温度。

过程控制要求

在工业工厂中，温度作为工艺、产品或设备部件的一个状态指标具备非常重要的作用。 图 2红外测温仪内部的光学镜片，收集由物体发射的红外线能量，并将这些能量聚焦到检测器上。检测器接下来将该能量转变成电信号，经过放大后，显示为温度读数。

精准的温度监控可以提高产品质量，提高产能。因为生产过程在最佳状态下不会出现中断，因此，它还可以实现停机时间的最小化。

例如，对纸、塑料膜和金属箔上的涂层进行烘干时，温度是一个关键的变量。红外烘干器被用来将涂层和基材的温度提升至所需要的干燥/固化温度。精准的工艺控制要求来自织物或膜卷温度传感器的闭环反馈信号，以向操作员提供详细的温度曲线。

更重要的是，最终用户需要有可以承受恶劣生产环境的温度测量解决方案。这意味着，有时候需要将测温仪放入绝缘套中，或者，为设备提供空气冷却或水冷却装置。为了实现温度传感器与恶劣的工艺条件之间的热隔离，甚至有可能需要使用气室。

温度测量选项

红外加热炉、烘干器和其它过程加热系统的制造商为它们的设备设计精确、可靠的温度控制功能。在生产过程中，炉操作工必须获得实际产品温度的精确读数；否则，加工质量将会降低，废品率将会增大，从而减小工厂的利润率。

温度测量解决方案通常要么包含接触式传感器，要么包含非接触式传感器。

图2

例如热电偶等的接触型仪器在这些应用中缺乏实用性。因为，在这些应用中，温度传感器在完全冷却以前可能接触到产品，从而导致涂层或产品表面受损。热电偶还可能无法跟踪热力循环期间出现的快速温度变化。

对于无法使用热电偶或其它探针型传感器的环境，可以使用非接触式红外测温仪来测量温度（图1）。

图3红外传感器系统配合非接触式红外温度测量与数据采集软件对设定点温度进行控制

红外装置的使用，使得工艺加热炉中的精准温度控制成为可能，从而可以用来烘烤、腌制、预热、热成型、烹调、溶化、收缩、薄化和烘干各种产品。

要获得红外测温仪的这种优点，必须理解其工作原理。所有的物体都发射红外辐射能。物体的温度越高，其分子越活跃，发射的红外辐射能越多。红外测温仪内部的光学镜片，收集由物体发射的红外线能量，并将这些能量聚焦到检测器上。检测器接下来将该能量转变成电信号，经过放大后，显示为温度读数（图2）。

红外测温仪可以用来快速、高效地监控动态过程的温度。不同于其它测量技术的是，红外测温仪可以直接测量过程温度，允许用户快速调整工艺参数，从而优化产品质量。红外测温仪还可以帮助提高生产效率，通过实现更小度量单位和获得更多温度数据来提高产出。既可测量大型区域，也可测量某个小型点状区的测量。

最先进的非接触式红外传感器进一步扩展了温度测量技术，可以提供多个扩展温度量程、激光瞄准装置和高分辨率透镜。可以同时输出模拟量和数字量信号，使得温度数据可以集成到闭环控制系统中，这些同时输出的信息可以用于远程温度监控和分析。

红外传感器系统配合红外温度测量与数据采集软件，可对设定点温度进行控制。由于该软件可以产生精确的生产记录，可以读取和记录每个过程目的的温度。一旦达到设定点温度，可以自动关闭热源，以维持正确的温度（图3）。

红外加热炉与红外温度测量技术的配合使用，为工艺加热应用提供了一个功能强大的组合。