Способ индукционного нагрева плоского изделия из электропроводного материала Советский патент 1992 года по МПК H05B6/00 

Изобретение относится к электротермии и может быть исполь ювано пои индукционном нафеве

Цель изобретения - повышение КПД и улучшение равномерности нагрева по толщине изделия.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - экспериментальные зависимости нормированных к интенсивности первой волны энергетических потоков.

Устройство содержит источник 1 высокочастотной энергии, аттенюатор 2, фэзов- рзщатель 3, ферритовый вентиль 4, направленный ответвитель 5 и обрабатываемое изделие 6.

Способ осуществляется следующим образом.

При воздействии на пластинку толщиной d и электропроводностью о с противоположных ее сторон двух когерентных электромагнитных полей частоты w, a амплитудами А и В. начальными фазами pv отраженные от пластинки потоки электромагнитной энергии Имеют вид

Vс

0с

;к

Ь - 4 У |f ( I /RDABs m (- Г Ј);

L flo

16 4/РФА2 R В2 2 А В smfr - ч f). Ро

(D

Здесь euflo - электрическая и магнитная постоянные;

R и D - коэффициенты отражения и прохождения по интенсивности каждой из волн; б - фазовый сдвиг, определяемый оптической разностью хода волн в пластинке

-(1.л1йыг Л7)( ЛЦ1г зЛ ) Ц & ti

tby1(M}t,(zd/d5fi j.t } Ji «f)tM7.i/i/ds)

(2)

где n, x и/i - показатель преломления, коэффициент экстинкции и относительная магнитная проницаемость матери ла г1ла- стинки соответственно; ds /2//лЦодш- глубина скин-споя.

Согласно (1), отраженные от пластинки электромагнитные потоки энергии а и 1в, кроме потоков, связанных с каждой волной, пропорциональных А и В ,содержчтинтерференционный поток, определяемый произведением амплитуд АВ обеих солн. При этом интерференционный поток зависит от разности начальных фаз волн Q р - pv эффективной толщины пластинки d/dS, определяющей фазовый сдвиг д.

В случае d/dS 1 соотношение (2) опре- дэ.гитск выражением

тд д т-,--- W

to. СО , с.)

ЕО.С-; (

где Е-относительная диэлектрическая про- ни .пемость материала пластинки. Величину 2 RD по эн 1огии с обычным коэффициентом прохождении D можн.-назвать коэффициентом интерференционное прохождения.тзк ка она характеризует «исслютное значение .нтерс}1бГ-н|ди-;:1 Ниго потоки в пластинке и обеспечивает ;рерг предел -ие энергии, между Г Отолзми la и I в.

Согласно (1) из закона сохранение энергии можно определить поглощаемый в пластинке поток электромагнитной энергии

Q - (1 - R - DXA5 -г В2) -2,r n5vABsln(5cos(p-V-1) .-(4) Здесь первое слагаемое - сумма поглощаемых в пластинке потоков энергии каждого из источников, а второе - интерференционный поглощаемый поток, который гложет как усилить, так и уменьшить полное поглощение электромагнитной энергии в пластинке. При этом КПД повышается максимально при разности фаз источников когерентного поля при sin (arc tg/G (г0 а () 0 при Q я или при sin (.-тс tg/G (Co со (jt - с) 0 при

Для экспериментального обоснования способа использовалась установка, представляющая собой СВЧ интерферометр выполненный на коаксиальныхлиниях(фиг. 1).

Измерения энергетических потоков la и (в производились с помощью направленных ответвителей, включенных с обеих сторон пленочного образца, Ферритовые вентили в

каналах интерферометра устраняют воздействие нэ генератор отраженных от образца электромагнитных волн. Изменение фазы второй волны осуществлялось фазовраща- телем. Измерения производились на пленке

металлического конденсата (цинк, d 5000 А), полученной вакуумным резистивным напылением на подложку слюды толщиной 0,1 мм. Коэффициенты отражения R и прохождения D определялись при закрытом

втором канале интерферометра, и на частоте 3003 МГц составляли R 0,41 и D - 0,27. При подале второй волны интенсивности электромагнитных потоков справа и слева от образца изменялись и существенно зависили от амплитуды и фазы этой волны.

Нэ фиг, 2 представлены экспериментальные зависимости (точки) нормированных к интенсивности первой волны энергетических потоков Ра и Рв от начальной фазы второй волны р для двух значений ее относительной интенсивности г; Ре/Ра 0.53 (штриховые линии) и п 1,69 (сплошные гинии). Видно, что кривые Pa(V- ) и Г-(у ) и:- лзтяются строго противофазными

ii ИМРЮТ сдвиг нз у 30°, Но фиг. 2 нанес - нь1 f-jf АЙ расчетные зависимости Ра( i/1) (кривые 1/ и в( V: j (.кр ипые 2), сычисленные по .огмуг-м (П для R 0,41, D 0,27 и д 15° или f 0.53 (штрпхопые линии) и 1} 1.69 (.плотные гинии). Здесь же пригедены рас читагмыс по (4) зависимости г.- rj:0ij,aenoro а пленке потока элект- роь .. :гни.тнсй энергии 0( /) (кривые 3)

Таким образом, использование в предлег аемом способе явления туннельной элек- ; омагнитнсй интсоференции позволяет повысить jЈ фективность использования энергии электромагнитного поля при индукционном нагреве. В частности, в рассмотрепном выше случае величина поглощаемой энергии повысилась на 50%. Анализ соотношения (4) показывает, что, поглощение в пла- ст инке с учетом интерференции можно повысить до ,00% (в два раза) в сравнений

с обычным поглощением (первое слагаемое D ;4)). При этом максимум тепловыделения в образце достигается при разности фаз источников когерентного электромагнитного поля, равной л для sin д 0 (фиг, 2) либо

при 6 для sin д 0.

Формула изобретения Способ индукционного нагрева плоского изделия из электропроводного материала толщиной d, при котором с обеих сторон

изделия с помощью источников высокочастотной энергии возбуждают электромагнитные поля с частотой о, которую выбирают из условия d-1 Д, где л - глубина проникновения поля в материал изделия, о- тличающийся тем. что, с целью повышения КПД и улучшения равномерности нагрева по толщине изделия, поля возбуждают когерентными источниками энергии, используя эффект туннельной электромагнитной интерференции, и уста

навливают разность фаз в источников энергии из условий

при sin (arc (г0 Ч« f)l 0 в О

при sin (arc (f, w(« - f) О в я t где ео - электрическая постоянная.

б. удельная электрическая проводимость материала изделия;

Ј - относительная диэлектрическая проницаемость материала изделия;

,-- относительная магнитная проницаемость материала изделия.

Изобретение относится к электротермии Цель изобретения - повышение КПД и улучшение равномерности нагрева по толщине образца. Два когерентных источника энергии электромагнитного поля, воздействующих на плоский проводящий образец толи;иной меньше глубины скин-слоя с его ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ сторон с разностью фаз О или л, значения которой определяется максимумом тепловыделения в образце При этом указанные значения разности фаз устанавливают, исходя из материальных параметров обрабатываемого материала в области температур нагрева. 2 ил.

Ра.РЗ О

90°

Фи&1

180° Фиг. 2

270° , 360°