马弗炉（又称箱式电阻炉）的工作原理核心是**利用电流通过电热元件产生热量，再通过热传递（辐射、对流、传导）将热量均匀传递至炉膛内部，使炉膛达到设定温度并维持恒温，从而为样品提供可控的高温加热环境**，以满足灼烧、灰化、熔融、热处理等实验或工业需求。其具体工作流程可拆解为以下4个关键环节：
### 1. 核心加热：电热元件的能量转换
马弗炉的“加热源”是**电热元件**，其核心作用是将电能转化为热能，这是整个设备的能量来源。
- 常见电热元件类型：根据高使用温度不同，电热元件分为多种，如**镍铬合金丝**（适用于中低温，通常≤1200℃）、**硅碳棒**（适用于高温，1200-1600℃）、**硅钼棒**（适用于超高温，1600-1800℃）等。
- 工作过程：当电流通过电热元件时，元件因自身电阻产生“焦耳热”（遵循焦耳-楞次定律：Q=I²Rt，Q为热量，I为电流，R为电阻，t为通电时间），元件温度迅速升高，成为炉膛内的“热源”。
### 2. 热量传递：三种方式协同加热炉膛
电热元件产生的热量通过三种方式传递到炉膛内部空间及样品，确保炉膛温度均匀：
- **辐射传热**：高温电热元件直接向炉膛内壁和样品发射红外线，这是马弗炉内主要的传热方式（尤其在高温阶段，占比超70%）。
- **对流传热**：炉膛内空气被电热元件加热后密度变小、向上流动，冷空气从下方补充，形成空气对流，辅助均匀温度（中低温阶段更明显）。
- **传导传热**：热量通过炉膛内壁（如耐火材料）直接传导至接触的样品，或通过样品支架间接传递给样品，属于辅助传热。
### 3. 温度控制：闭环反馈实现控温
马弗炉（尤其是智能型）通过**“温度传感器-控制器-执行器”的闭环控制系统**，实现“设定温度→实时监测→偏差调整”的自动化控制，避免温度过高或过低：
1. **温度监测**：炉膛内安装**热电偶**（如K型、S型热电偶，适配不同温度范围）或**热电阻**（如PT100），实时检测炉膛实际温度，并将温度信号转化为电信号传递给控制器。
2. **信号对比与指令输出**：控制器（如PLC、单片机）将“实际温度信号”与“用户设定的目标温度”进行对比：
- 若实际温度＜目标温度：控制器输出指令，增大电热元件的电流，提升加热功率；
- 若实际温度≥目标温度：控制器减少电流或切断电源，降低加热功率，避免超温。
3. **恒温维持**：当温度达到目标值后，控制器通过“间断通电”的方式微调功率，使炉膛温度稳定在设定范围内（控温精度通常可达±1℃~±5℃，视设备等级而定）。
### 4. 安全与保温：炉膛结构减少热量损耗
为避免热量外泄、保护外部环境并降低能耗，马弗炉的炉膛采用**多层保温与隔热结构**：
- 内层：通常为高纯度氧化铝、莫来石等耐火材料，耐高温且导热系数低，能承受长期高温而不变形；
- 中层/外层：填充硅酸铝纤维、保温棉等隔热材料，进一步阻隔热量向外传递；
- 外壳：采用冷轧钢板或不锈钢材质，表面温度低（通常≤60℃），防止操作人员烫伤。
部分马弗炉还会设计“炉门密封结构”（如耐高温密封圈），减少炉门缝隙的热量流失，同时避免冷空气进入影响恒温稳定性。
综上，马弗炉的工作原理本质是“**电能→热能的转换→热量的高效传递→温度的闭环控制**”，通过这程为样品提供稳定、可控的高温环境，广泛应用于化学分析（如样品灰化）、材料科学（如金属热处理）、陶瓷烧结等领域。