优化红外加热器和干燥器的温度控制

将紧凑型耐高温测温仪集成到红外加热器中,用于干燥涂料、油漆、复合材料和塑料

使用红外线加热器防止涂料和油漆过热和干燥不足

红外线干燥机或加热器是一种用于干燥水性涂料、涂层和油墨的加热系统。它也经常用于加热塑料、塑料薄膜和复合材料,以备下一步制造。

它由强大的红外线发射器和反射器组成,可将红外辐射聚焦在基材上,从而加速工业干燥过程。红外线辐射器具有多种优势,既不需要接触,也不需要中间传输介质。它们允许可控的热量应用,响应时间快,确保仅在需要的地方和需要的时间内精确地输送热量。与热风炉相比,红外线加热通常可以降低能耗、提高生产速度、减少生产空间并提高加热效果。

材料通过吸收部分红外辐射、在表面反射部分红外辐射和允许部分红外辐射穿过来与红外辐射相互作用。成功工艺加热的关键在于选择具有合适光谱的发射器,确保材料吸收尽可能多的辐射并将其转化为热量。红外发射器的波长、形状和功率输出与产品特性的这种精心匹配对于成功的工艺加热至关重要。

加热元件的温度决定了红外发射器的辐射波长,从而影响加热过程。短波辐射可以深入渗透到某些固体材料中,确保均匀加热,而中波辐射主要被外表面吸收,主要加热外表面。中波辐射特别容易被许多塑料、玻璃,尤其是水吸收,并直接转化为热量。

控制加热器发出的红外辐射至关重要。如果红外加热器位置太近并发出过多的热量,干燥材料可能会过热,导致起泡或烧伤。另一方面,如果红外加热器发出的热量不足,材料可能无法完全干燥,导致下垂和表面光洁度不足。因此,保持控制红外辐射的适当平衡对于成功的工艺加热至关重要。

在工业、面向批量的制造过程中,在干燥材料上使用传统的接触式温度传感器是不切实际的。此外,由于光谱吸收不同且热质量更高,笨重的接触式传感器头吸收的温度与薄膜涂层、油漆或油墨不同。因此,需要一种非接触式温度传感方法。

Optimizing Temperature Control in Infrared Heaters and Dryers
Mitigating Crosstalk between Infrared Heater and Pyrometers by Wavelength Separation

通过波长分离减轻红外加热器和测温仪之间的串扰

了解加热表面的状况对于控制加热过程至关重要。红外测量是最快、最直接的方法,在此过程中起着关键作用。测温仪将测量的温度直接提供给加热器控制单元,有助于实时优化能量。这确保始终施加适量的能量,从而获得最佳和最有效的结果。红外传感器策略性地放置在红外加热器的中心,与热辐射方向对齐。

在红外加热器附近进行红外测量的一个挑战是避免在加热器工作的相同光谱范围内进行测量。红外加热器和干燥机通常在近红外 (NIR) 和中红外 (MIR) 的波长范围内工作。NIR 加热器通常在 0.75 µm 至 1.5 µm 的范围内工作,提供强烈而集中的热量,非常适合快速加热应用。MIR 加热器在 1.5 µm 至 5.0 µm 的范围内工作,提供适合两个表面的平衡加热和略深的穿透进入材料。

为了避免串扰,测温仪通常在 8 µm – 14 µm 长波长 (LT) 范围内运行,适用于大多数干燥和加热应用。这是有益的,因为大多数涂层和油漆材料具有宽光谱范围和高发射率。如果用 NIR 红外加热器对金属表面进行热处理,并且材料的发射率不足以达到 LT 范围,则可以将灵敏度为 2.3 µm 的 3M 高温计与红外加热器配对。虽然红外加热器很少在 8 µm – 14 µm 的长波长范围内发射辐射,但同样的最佳实践也适用:使用灵敏度与红外加热器不同的红外传感器来避免串扰。这里建议使用短波长红外传感器。

红外加热器的精确控制需要紧凑、耐高温的红外传感器

由于可用空间有限,将测温仪集成到红外加热器中是一项独特的挑战。红外传感器头必须尽可能小,以适应加热器的狭窄空间。此外,由于传感器头安装在红外发射器附近,因此必须能够承受高环境温度。紧凑性和耐高温性的双重要求对于有效集成至关重要。此外,高温计收集的温度数据必须无缝输入到加热器的控制器中,以确保精确控制和优化加热过程。对于批量生产的解决方案,这种信号集成必须既简单又经济高效,以满足大规模制造的需求。

Optris CSmicro 凭借其超小的传感器头解决了这些挑战,其具有 M12 螺纹尺寸,可简化与红外加热器的集成。这款紧凑型传感器头设计为可承受高达 180°C 的温度(包括电缆),而不会影响温度精度或需要冷却。红外干燥机的快速加热使传感器的抗温度冲击能力变得尤为重要,确保可靠和准确的温度数据和控制。

Optris CSmicro 的温度数据通过模拟 4-20 mA 信号传输,可直接与加热器的控制系统集成。但是,如果首选或需要数字接口,Optris CT 系列可提供多功能替代方案。 CT 系列保留了相同的小型传感器头,但连接到提供灵活信号输出选项的电子盒。用户可以从模拟和各种数字接口中进行选择,使系统能够适应不同的控制要求和偏好。

这种小尺寸、耐高温和多功能数据输出的组合使 Optris CSmicro 和 CT 系列成为集成到红外加热器中的理想选择。它们提供可靠、准确的温度测量和控制,确保在工业加热应用中实现最佳性能。

Precise Control of Infrared Heaters requires Compact, High-temperature-tolerant Infrared Sensors