BR112020003355B1

BR112020003355B1 - Dispositivo e sistema gerador de aerossol compreendendo um pirômetro

Info

Publication number: BR112020003355B1
Application number: BR112020003355-3A
Authority: BR
Inventors: Michel BESSANT; Jacques Robert; Riccardo Riva Reggiori; Alexandru Rusu; Peter Seitz
Original assignee: Philip Morris Products S.A
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2023-03-28
Also published as: JP2020536243A; WO2019068664A1; BR112020003355A2; US11644365B2; KR20200066654A; RU2765349C2; RU2020115093A3; EP3692349B1; EP3692349A1; CN111373229B; CN111373229A; RU2020115093A; US20200269267A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo gerador de aerossol que está configurado para gerar um aerossol inalável por aquecimento de um substrato de formação de aerossol. O dispositivo compreende um alojamento do dispositivo para receber o substrato de formação de aerossol e um pirômetro para determinar a temperatura de uma superfície alvo aquecida dentro do alojamento do dispositivo. A invenção refere-se ainda a um sistema gerador de aerossol compreendendo esse dispositivo gerador de aerossol e um artigo gerador de aerossol para uso com o dispositivo, incluindo um substrato de formação de aerossol

Description

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo gerador de aerossol para gerar um aerossol inalável por aquecimento de um substrato de formação de aerossol. A invenção refere-se ainda a um sistema gerador de aerossol compreendendo um dispositivo desse tipo.

[002] Os dispositivos geradores de aerossol para gerar um aerossol inalável por aquecimento de um substrato formador de aerossol são geralmente conhecidos da técnica anterior. Dentro destes dispositivos, o substrato de formação de aerossol é aquecido quimicamente, por exemplo, por energia térmica gerada por uma reação química exotérmica, ou eletricamente, por exemplo, por um aquecedor resistivo ou indutivo. O controle preciso da temperatura do processo de aquecimento é crucial, porque o substrato de formação de aerossol deve ser aquecido apenas, ao invés de queimado, a fim de garantir que apenas os compostos voláteis de formação de aerossol desejados sejam liberados. O controle preciso da temperatura, por sua vez, depende de um monitoramento preciso da temperatura. Para dispositivos resistivos, a temperatura de aquecimento pode ser determinada em uma faixa suficiente a partir de uma relação conhecida entre temperatura e resistividade do elemento de aquecimento. No entanto, para dispositivos indutivos, apenas um limite de temperatura pode ser determinado, por exemplo, quando as propriedades magnéticas de um material de aquecimento suscetível mudam de ferromagnético para paramagnético na temperatura de Curie do material de aquecimento. Da mesma forma, termopares ou outros sensores de temperatura são usados para o monitoramento da temperatura. Tipicamente, esses sensores requeriam contato térmico com o objeto a ser medido, por exemplo, com um elemento de aquecimento disposto dentro do substrato de formação de aerossol. No entanto, as medições de contato térmico são propensas a falhas, por exemplo, quando o sensor de temperatura quebra, ou quando o sensor de temperatura não faz contato térmico adequado com o elemento de aquecimento ao ser inserido junto com o substrato no dispositivo gerador de aerossol.

[003] Portanto, seria desejável ter um dispositivo gerador de aerossol e um sistema gerador de aerossol, permitindo um monitoramento confiável, rápido e reprodutível da temperatura do processo de aquecimento usado para a formação de aerossol.

[004] De acordo com a invenção, é fornecido um dispositivo gerador de aerossol que está configurado para gerar um aerossol por aquecimento de um substrato que forma aerossol. O dispositivo compreende um alojamento do dispositivo para receber o substrato de formação de aerossol a ser aquecido. De acordo com a invenção, o dispositivo compreende ainda um pirômetro para determinar a temperatura de uma superfície alvo aquecida dentro do alojamento do dispositivo.

[005] O uso de um pirômetro para monitoramento da temperatura em um dispositivo gerador de aerossol mostra-se vantajoso em relação a muitos aspectos. Primeiro, os pirômetros permitem medições remotas de temperatura sem contato. Assim, os pirômetros fornecem resultados altamente confiáveis e reprodutíveis, pois evitam-se as disfunções devido a contatos térmicos inadequados ou quebrados. Segundo, devido à capacidade de medições remotas, o pirômetro não interfere na superfície alvo aquecida. Assim, não há efeito indesejável da temperatura na superfície alvo devido à condução de calor da superfície alvo para o pirômetro. Isso também torna a medição altamente confiável. Ao mesmo tempo, a transferência de calor indesejada para outros componentes do dispositivo gerador de aerossol, por exemplo, para um circuito elétrico, é reduzida. Terceiro, a capacidade de medição de temperatura sem contato facilita a substituição da superfície alvo aquecida. Por exemplo, a superfície alvo pode ser uma área de superfície de um elemento de aquecimento que faz parte de um artigo gerador de aerossol que inclui o substrato de formação de aerossol a ser aquecido pelo elemento de aquecimento. Quarto, os pirômetros permitem medições rápidas de temperatura na faixa de milissegundos e, portanto, um monitoramento contínuo da temperatura da superfície alvo. Quinto, os pirômetros são capazes de medir altas temperaturas, pelo menos aquelas que são típicas para a formação de aerossol de tabaco contendo substratos formadores de aerossol. Sexto, o pirômetro não tem efeito mecânico na superfície alvo, devido à natureza sem contato da medição de temperatura. Deste modo, também podem ser medidas superfícies alvo macias ou frágeis, por exemplo, folhas ou telas de susceptores, sem o risco de danos mecânicos. Sétimo, devido à natureza óptica da medição, é possível fazer medições pontuais locais da temperatura na superfície alvo com uma resolução lateral até a faixa do micrômetro. Da mesma forma, uma distribuição de temperatura bidimensional pode ser medida com o auxílio de um pirômetro de imagem.

[006] Preferencialmente, o pirômetro está configurado para monitorar temperaturas entre 150 graus Celsius e 400 graus Celsius, em particular entre 200 graus Celsius e 350 graus Celsius. Essas temperaturas são temperaturas típicas de operação de dispositivos geradores de aerossol.

[007] Em pirômetros, a lei de Planck ou a lei de aproximação de Wien são usadas para inferir a temperatura da superfície alvo a partir da radiação térmica espectral medida da superfície alvo, levando em consideração a emissividade da superfície alvo aquecida, ou seja, a eficácia da superfície alvo na emissão de energia como radiação térmica. Para determinar a temperatura da radiação medida, a emissividade da superfície alvo aquecida deve ser conhecida ou determinada. Em princípio, a emissividade pode ser medida usando um aparelho que, por exemplo, compreende um cubo de Leslie em conjunto com um detector de radiação térmica, como uma termopilha ou um bolômetro. O aparelho compara a radiação térmica da superfície alvo a ser testada com a radiação térmica de uma amostra negra quase ideal.

[008] Caso o pirômetro seja usado para monitorar apenas uma pequena faixa de temperaturas típicas de operação, por exemplo, uma faixa com uma largura de cerca de dez Kelvin, a emissividade da superfície alvo pode ser considerada constante dentro dessa faixa. Por conseguinte, a emissividade da superfície alvo pode ser determinada uma vez para esta faixa de temperatura em uma medição separada e, consequentemente, usada para calibração do pirômetro.

[009] Para medir a radiação térmica emitida pela superfície alvo aquecida, o pirômetro pode compreender um detector para converter a radiação térmica recebida em um sinal de saída elétrica. Vantajosamente, o detector compreende uma faixa de sensibilidade espectral correspondente ao espectro de radiação térmica da superfície alvo a uma temperatura específica ou faixa de temperatura de interesse.

[0010] Preferencialmente, o detector pode ser um fotodetector (às vezes também chamado de detector quântico). Fotodetectores ou detectores quânticos interagem diretamente com os fótons impactantes da radiação térmica, resultando em pares de elétrons e, portanto, em um sinal de saída elétrico. Preferencialmente, o fotodetector pode ser ou pode compreender um ou mais fotodiodos. Por exemplo, um ou mais fotodiodos podem compreender um material fotossensível selecionado entre pelo menos um dentre: Si (silício), Ge (germânio), InGaAs (arseneto de gálio e índio), InAs (arseneto de índio), InSb (antimoneto de índio), InAsSb (antimoneto de arsenóide de índio) ou sulfeto de PbS (chumbo (II)). As faixas de sensibilidade espectral desses materiais provam ser vantajosas em relação ao espectro de radiação térmica que normalmente é emitido a temperaturas entre 200 graus Celsius e 350 graus Celsius por um elemento de aquecimento usado em um dispositivo gerador de aerossol. As faixas de sensibilidade espectral dos materiais acima são as seguintes: Si é sensível para comprimentos de onda entre 0,2 micrômetro e 1,1 micrômetro, Ge é sensível para comprimentos de onda entre 0,4 micrômetro e 1,7 micrômetro, InGaAs é sensível para comprimentos de onda entre 0,9 micrômetro e 1,7 micrômetro, InAs é sensível para comprimentos de onda entre 0,9 micrômetro e 3,5 micrômetro, InSb é sensível a comprimentos de onda entre 1,2 micrômetro e 7 micrômetros, o InAsSb é sensível para comprimentos de onda entre 1,0 e 5,5 mícrons e o PbS é sensível para comprimentos de onda entre 0,3 micrômetro e 3 micrômetros. A borda superior respectiva dessas faixas, ou seja, a extremidade de onda longa da faixa de sensibilidade espectral é basicamente determinada pela energia de intervalo da banda do respectivo material semicondutor.

[0011] Os fotodiodos InGaAs são preferidos por terem um tempo de resposta mais rápido, maior eficiência quântica e menor corrente escura para a mesma área do sensor em comparação com outros materiais, como Ge.

[0012] Em vez de fotodiodos, o fotodetector pode compreender pelo menos um fotorresistor, por exemplo, compreendendo PbS (sulfeto de chumbo (II)).

[0013] Alternativamente, o detector pode ser um detector térmico, por exemplo, um bolômetro, um sensor infravermelho piroelétrico ou uma termopilha composta por uma pluralidade de termopares. Os detectores térmicos sofrem uma mudança de temperatura, dependendo da ração térmica impactante que, por sua vez, cria uma tensão de saída elétrica.

[0014] O pirômetro pode compreender um sistema óptico para coletar radiação térmica emitida a partir da superfície alvo aquecida e para direcionar a radiação térmica em direção ao detector. Em particular, o sistema óptico pode compreender pelo menos uma lente ou um sistema de lentes, para transferir radiação térmica da superfície alvo para o detector do pirômetro. O sistema óptico possui preferencialmente uma resolução lateral (na superfície alvo) de 1 milímetro ou abaixo, em particular de 100 micrômetros ou abaixo, preferencialmente de 10 micrômetros ou abaixo, mais preferencialmente de 5 micrômetros e abaixo, por exemplo, de cerca de 3 micrômetros ou cerca de 2 micrômetros.

[0015] O sistema óptico pode preferencialmente ter um campo de visão completo (diâmetro do objeto na superfície alvo) com um diâmetro de pelo menos 0,1 milímetro, em particular de pelo menos 1 milímetro, de preferência de pelo menos 3 milímetros, mais preferencialmente de pelo menos 5 milímetros. Ou seja, o sistema óptico é configurado de preferência para coletar radiação térmica emitida a partir de uma área da superfície alvo aquecida, a área tendo um diâmetro de pelo menos 0,1 milímetro, em particular de pelo menos 1 milímetro, preferencialmente de pelo menos 3 milímetros, a maioria de preferência de pelo menos 5 milímetros.

[0016] O pirômetro também pode compreender meios para restringir a banda espectral da radiação térmica detectada pelo detector. Por conseguinte, o pirômetro pode compreender pelo menos um filtro. Em particular, pelo menos um filtro pode ser um filtro óptico passa-faixa ou passa-longas ou passa-curtas: O pirômetro também pode compreender uma combinação desses filtros. Pelo menos um filtro pode ser um filtro de interferência, um filtro de absorção ou um filtro óptico difrativo. Em particular, o filtro pode ser um filtro intrínseco do detector. Mais detalhes sobre configurações específicas de filtro são discutidos abaixo.

[0017] O pirômetro pode ainda compreender um circuito elétrico para converter o sinal de saída do detector em um sinal indicativo da temperatura da superfície alvo. Da mesma forma, o circuito elétrico pode ser parte de um controlador do dispositivo geral de geração de aerossol usado para controlar o processo de aquecimento do dispositivo. Em particular, o pirômetro, isto é, a temperatura determinada pelo pirômetro, pode ser usado para o controle de realimentação do processo de aquecimento do dispositivo.

[0018] O circuito elétrico pode compreender pelo menos um dentre um amplificador de transimpedância para conversão de corrente em voltagem, um amplificador de sinal inversor, um conversor de diferencial de extremidade única, um conversor analógico-digital e um microcontrolador.

[0019] Em princípio, o pirômetro de acordo com a invenção pode ser um pirômetro de comprimento de onda único, um pirômetro de comprimento de onda duplo ou um pirômetro de comprimento de onda múltiplo.

[0020] No caso de um pirômetro de comprimento de onda único, o pirômetro é configurado para detectar a radiação térmica emitida pela superfície alvo aquecida em uma única faixa de comprimento de onda. Um pirômetro de comprimento de onda único se mostra vantajoso devido ao seu design simples e de baixo custo. Por exemplo, um pirômetro de comprimento de onda único pode incluir um único fotodetector com um único fotodiodo e um sistema óptico de um único elemento, por exemplo, uma única lente de coleta disposta na frente do fotodiodo. Além disso, o pirômetro de comprimento de onda único pode incluir um filtro, em particular um filtro passa-faixa na frente do detector, a fim de restringir a faixa espectral de radiação sentida pelo detector. Vantajosamente, a filtragem reduz efeitos indesejados devido à variação espectral da emissividade, que deve ser necessariamente conhecida ou determinada ao usar um pirômetro de comprimento de onda único. Como descrito acima, pirômetros de comprimento de onda única são particularmente adequados para monitorar superfícies-alvo de emissividade conhecida sobre uma pequena gama de temperaturas de operação.

[0021] Alternativamente, o pirômetro pode ser um pirômetro de comprimento de onda dupla. Pirômetros de comprimento de onda dupla detectam radiação térmica emitida por uma superfície alvo em duas bandas de comprimento de onda. A proporção das duas radiâncias espectrais varia monotonicamente (na verdade, quase proporcionalmente) à temperatura e, portanto, pode ser convertida em um valor de temperatura preciso. Assim, ao usar um pirômetro de comprimento de onda dupla, a medida de temperatura depende apenas da proporção das duas radiâncias medidas, mas não de seus valores absolutos. Mais precisamente, a temperatura da superfície alvo é uma função de ambos, a razão das duas radiâncias medidas nas duas bandas de comprimento de onda e a razão das respectivas emissividades nas duas bandas de comprimento de onda. Por essa razão, pirômetros de comprimento de onda dupla também são chamados de pirômetros de proporção. Além disso, qualquer parâmetro, como a razão entre o tamanho da superfície alvo e o campo de visão (FOV) do detector, o que afeta o valor absoluto da radiâncias nos dois comprimentos de onda ou duas faixas de comprimento de onda por igual percentual, não tem efeito sobre a medição de temperatura. Portanto, o uso de um pirômetro de comprimento de onda dupla torna a medição de temperatura independente do tamanho da superfície alvo. Da mesma forma, a alteração das características de transmitância no caminho de medição entre a superfície alvo e o detector são eliminadas da mesma forma, devido à temperatura medida depender apenas da razão das duas radiâncias medidas. Isso se mostra particularmente vantajoso no que diz respeito ao monitoramento de temperatura dentro de um dispositivo gerador de aerossol, onde o aerossol gerado ou a poeira na linha de visão do pirômetro pode reduzir o valor absoluto da radiância térmica detectada pelo detector. Além disso, quando as emissividades nas duas bandas de comprimento de onda são substancialmente iguais, a proporção das respectivas emissividades nas duas bandas de comprimento de onda é de unidade. Consequentemente, a emissividade é fatorada na função de temperatura usada para calcular a temperatura da superfície alvo. Por conseguinte, o pirômetro de comprimento de onda duplo mostra a temperatura real da superfície alvo, independentemente do valor real da emissividade da superfície alvo.

[0022] Em geral, o pirômetro de comprimento de onda duplo pode ser configurado para medir a radiação térmica pelo menos em duas bandas de comprimento de onda que são separadas e distintas uma da outra. Ou seja, a primeira banda de comprimento de onda e a segunda banda de comprimento de onda podem ser separadas e distintas uma da outra. Essa configuração corresponde a um pirômetro de comprimento de onda duplo em seu significado clássico. Alternativamente, o pirômetro de comprimento de onda duplo pode ser configurado para medir a radiação térmica pelo menos em duas bandas de comprimento de onda que se sobrepõem parcialmente uma à outra ou em que uma das duas bandas de comprimento de onda é um subconjunto da outra banda de comprimento de onda. Essa configuração corresponde a um pirômetro de comprimento de onda duplo, que às vezes também é chamado de pirômetro de duas cores. Ou seja, a primeira banda de comprimento de onda e a segunda banda de comprimento de onda podem se sobrepor parcialmente, uma a outra ou a primeira banda de comprimento de onda pode ser um subconjunto da segunda banda de comprimento de onda.

[0023] Para que as emissividades nas duas bandas de comprimento de onda sejam substancialmente iguais ou, no mínimo, para minimizar os desvios da emissividade dependentes do comprimento de onda, as duas bandas de comprimento de onda são preferencialmente escolhidas para ficarem próximas umas das outras e, de preferência, também em faixas estreitas (suposição de comportamento do corpo cinza). Mesmo quando a emissividade do objeto alvo variar na mesma extensão nas duas faixas de comprimento de onda, o resultado da medição não será alterado. Desvios da temperatura real como resultado de diferenças constantes ou relações lineares entre as duas emissividades podem ser corrigidos através da definição de uma taxa de emissividade no pirômetro (a chamada inclinação eletrônica).

[0024] Aumentar a separação entre as duas faixas de comprimento de onda pode ser usado para reduzir a incerteza da medição de temperatura. No entanto, com o aumento da separação, a suposição sobre o comportamento do corpo cinza da superfície de destino pode se tornar menos válida. Portanto, a escolha das duas faixas de comprimento de onda deve ser uma concessão entre o comportamento do corpo cinza e a incerteza da medição da temperatura.

[0025] Em conclusão, pirômetros de comprimento de onda duplo são inerentemente precisos, pois permitem compensar variações de emissividade, campos de visão parcialmente preenchidos e obstruções ópticas entre a superfície do alvo e o detector do pirômetro.

[0026] As duas bandas de comprimento de onda podem ter a mesma largura de banda ou diferentes larguras de banda. Ou seja, em vez de medir em duas bandas estreitas de comprimento de onda, o pirômetro de comprimento de onda duplo pode ser configurado para medir a radiação térmica em uma primeira banda de comprimento de onda e na segunda banda de comprimento de onda, em que a segunda banda de comprimento de onda é mais larga que a primeira banda de comprimento de onda. Ao fazer isso, a diferença entre as respectivas radiâncias térmicas medidas nessas faixas de comprimento de onda aumenta, o que melhora vantajosamente o nível do sinal a ser medido. Caso contrário, quando as duas bandas de comprimento de onda estiverem próximas, as respectivas radiâncias térmicas medidas nessas bandas de comprimento de onda dificilmente diferem uma da outra. Assim, a proporção dos dois valores de radiância quase idênticos varia apenas ligeiramente em relação à temperatura da superfície alvo. Portanto, o circuito elétrico é de preferência configurado para fornecer um grande fator de amplificação, a fim de detectar essas pequenas mudanças de sinal.

[0027] No caso de medir não em um comprimento de onda singular ou em uma faixa estreita de comprimento de onda, o detector mede uma radiância integrada sobre a banda de comprimento de onda. No entanto, a maioria das fórmulas usadas para derivar uma temperatura da superfície alvo refere-se à radiação térmica espectral em um comprimento de onda específico ou dentro de uma banda estreita de comprimento de onda. Para derivar ainda uma temperatura, a radiância integrada pode ser obtida pelo cálculo da radiância no chamado comprimento de onda efetivo que representa a radiância média de uma determinada radiância, ponderado pela resposta espectral do detector e possíveis filtros na frente do detector. No que diz respeito à determinação do comprimento de onda efetivo, é feita referência adicional, por exemplo, ao artigo "Effective wavelength for multicolor/pyrometry", de J. L. Gardner, Applied Optics, Vol. 19, Edição 18, pp. 3088-3091 (1980).

[0028] Como uma alternativa para determinar um comprimento de onda eficaz, o pirômetro pode ser calibrado sobre a banda de comprimento de onda ou mesmo sobre todo o espectro de comprimento de onda. Com isso, possíveis variações na transmissividade do sistema óptico ou na transmissividade de uma janela de entrada do pirômetro são vantajosamente consideradas automaticamente. A calibração pode ser feita, por exemplo, usando um emissor de corpo negro em diferentes temperaturas conhecidas do corpo negro. Uma vez calibrado o pirômetro, não é mais necessário saber a emissividade da superfície alvo aquecida.

[0029] Para detectar radiância em uma respectiva primeira e segunda banda de comprimento de onda, o pirômetro pode compreender um detector que inclui pelo menos um primeiro e um segundo sensor. O primeiro e o segundo sensores são dispostos e configurados de modo a detectar independentemente uma porção respectiva da radiância térmica emitida pela superfície alvo. Por exemplo, o fotodetector pode compreender pelo menos um primeiro e um segundo fotodiodo que são independentes um do outro. Da mesma forma, o fotodetector pode compreender um único fotodiodo possuindo pelo menos uma primeira e uma segunda área de sensor (atuando como primeiro e segundo sensor) para medir independentemente uma porção respectiva da radiância térmica emitida. O primeiro e o segundo sensor podem ser dispostos adjacentes um ao outro lado a lado, em particular em um único plano de detecção. Alternativamente, o primeiro e o segundo sensor podem ser dispostos um na frente do outro em uma configuração sanduíche. Nesta última configuração, o respectivo sensor frontal pode representar vantajosamente um filtro para o respectivo sensor traseiro.

[0030] Para selecionar duas bandas de comprimento de onda respectivas, o pirômetro de comprimento de onda duplo pode compreender um primeiro filtro passa-faixa ou passa-longas ou passa- curtas. Além disso, ou em alternativa o pirômetro de comprimento de onda duplo pode compreender um segundo filtro passa-faixa ou passa- longas ou passa-curtas.

[0031] No que diz respeito ao uso de filtros passa-faixa, a largura de banda corresponde preferencialmente à primeira ou à segunda faixa de comprimento de onda/comprimento de onda, respectivamente. Uma largura de banda do primeiro filtro passa-faixa pode ser menor ou maior que uma largura de banda do segundo filtro passa-faixa. Preferencialmente, pelo menos um dentre o primeiro e o segundo filtro passa-faixa é de banda estreita. Ou seja, pelo menos um dentre o primeiro e o segundo filtro passa-faixa pode compreender uma largura de banda de no máximo 200 nanômetros, em particular no máximo de 150 nanômetros, de preferência no máximo 100 nanômetros.

[0032] No que diz respeito ao uso de filtros de longo alcance ou de curto alcance, o comprimento de onda de corte de um filtro de longo alcance pode ser escolhido de forma a ficar abaixo da extremidade de onda longa da faixa de sensibilidade espectral do detector, em particular do respectivo primeiro ou segundo sensor. Da mesma forma, o comprimento de onda de corte de um filtro passa-curtas pode ser escolhido de modo a ficar acima da extremidade de onda curta da faixa de sensibilidade espectral do detector, em particular do respectivo primeiro ou segundo sensor. O comprimento de onda de corte do filtro passa-longas e a extremidade de onda longa da faixa de sensibilidade espectral do detector podem ser selecionados de modo a definir uma banda de comprimento de onda específica para restringir o espectro da radiação térmica detectada pelo comprimento de onda do detector. Da mesma forma, o comprimento de onda de corte do filtro passa-curtas e a extremidade de onda curta da faixa de sensibilidade espectral do detector podem ser selecionados de modo a definir uma banda de comprimento de onda específica. Em outras palavras, o detector em combinação com um filtro passa-longas ou um filtro passa-curtas pode atuar como filtro passa-faixa. O comprimento de onda de corte de um filtro passa-longas pode ser no máximo 200 nanômetros, em particular no máximo 150 nanômetros, de preferência no máximo 100 nanômetros abaixo da extremidade de onda longa da faixa de sensibilidade espectral do detector. Da mesma forma, o comprimento de onda de corte de um filtro passa-curtas pode ser no máximo 200 nanômetros, em particular no máximo 150 nanômetros, de preferência no máximo 100 nanômetros acima da extremidade de onda curta da faixa de sensibilidade espectral do detector. Quando o detector compreende um fotodiodo, a extremidade de onda longa da faixa de sensibilidade espectral é basicamente determinada pela energia do intervalo da banda do material semicondutor fotossensível do fotodiodo. Por conseguinte, o material do fotodiodo pode ser escolhido em relação a uma extremidade de onda longa de sua faixa de sensibilidade espectral, de modo a definir um limite superior de uma banda de comprimento de onda a ser monitorada. Por exemplo, quando um limite superior da faixa de comprimento de onda a ser monitorado é de cerca de 1,7 micrômetro, o detector preferencialmente é ou compreende um fotodiodo InGaAs com uma faixa de sensibilidade espectral entre 0,9 micrômetro e 1,7 micrômetro.

[0033] No caso de um detector ter pelo menos um primeiro e um segundo sensor, um primeiro filtro passa-faixa ou um primeiro filtro passa-longas ou um primeiro filtro passa-curtas pode ser disposto na frente do primeiro sensor. Além disso, ou em alternativa um segundo filtro passa-faixa ou um segundo filtro passa-longas ou um segundo filtro passa-curtas pode ser disposto na frente do segundo sensor.

[0034] De acordo com um exemplo, o pirômetro pode compreender um primeiro e um segundo filtro passa-faixa dispostos na frente de um primeiro e segundo sensor de um detector, respectivamente. Para realizar um pirômetro de comprimento de onda duplo, uma banda de comprimento de onda do primeiro filtro passa-faixa é diferente de uma banda de comprimento de onda do segundo filtro passa-faixa, correspondendo a uma primeira e segunda banda desejadas. Preferencialmente, pelo menos um dentre o primeiro e o segundo filtro passa-faixa é de banda estreita.

[0035] Em alternativa a um pirômetro de comprimento de onda único ou duplo, o pirômetro pode ser um pirômetro de comprimento de onda múltiplo. Um pirômetro de comprimento de onda múltiplo mostra- se vantajoso para monitorar a temperatura de uma superfície-alvo com uma emissividade que varia com o comprimento de onda, em particular não linearmente. Tais superfícies alvo são chamadas de corpos não cinza. O pirômetro de comprimento de onda múltiplo é configurado para caracterizar energia térmica e emissividade ao longo dos comprimentos de onda medidos para determinar com precisão tanto a temperatura real quanto a emissividade de um material corporal não cinza. Para isso, o pirômetro de comprimento de onda múltiplo compreende um detector com mais de dois sensores, ou seja, pelo menos três sensores. Em geral, quando a dependência do comprimento de onda da emissividade pode ser aproximada por uma função com N parâmetros desconhecidos, o pirômetro de comprimento de onda múltiplo compreende preferencialmente pelo menos N detectores.

[0036] O pirômetro pode compreender um detector incluindo pelo menos um primeiro, um segundo e um terceiro sensor, e preferencialmente também pelo menos um quarto sensor. O primeiro e o segundo sensor podem ser usados para medição de temperatura de comprimento de onda duplo, isto é, usado como um pirômetro de comprimento de onda duplo, como descrito acima. Por outro lado, o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser usados para implementar funcionalidades adicionais, em particular em combinação com os respectivos filtros na frente do terceiro e do quarto sensor opcional. Por exemplo, o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser usados para determinar a emissividade do corpo não cinza. Em particular, o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser usados para realizar um pirômetro de comprimento de onda múltiplo, por exemplo, um pirômetro de comprimento de onda triplo ou um pirômetro de comprimento de onda quádruplo. Da mesma forma, o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser usados para determinar uma temperatura de ponto quente na superfície alvo que é diferente de uma temperatura média da superfície alvo determinada pelos primeiro e segundo sensores. Além disso, o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser usados para determinar uma quantidade de vapor ou aerossol produzido pelo dispositivo gerador de aerossol.

[0037] O terceiro e o quarto sensor opcional podem ser de um tipo diferente de sensor que o primeiro e o segundo sensor. Por exemplo, o primeiro e o segundo sensores podem ser fotodetectores, como fotodiodos, enquanto o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser sensores térmicos, por exemplo, termopilhas. Da mesma forma, o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser do mesmo tipo, mas com sensibilidade diferente. Por exemplo, o primeiro e o segundo sensor podem ser fotodiodos InGaAs, e o terceiro e o quarto sensor opcional podem ser fotodiodos Si.

[0038] A última configuração pode ser vantajosamente usada para detectar pontos quentes. Nessa configuração, o primeiro e o segundo sensores - em combinação com os respectivos filtros - servem como pirômetro de comprimento de onda duplo para medir uma temperatura média da superfície alvo. O terceiro e o quarto sensor opcional - sem filtro - são configurados para medir pontos quentes na superfície do alvo. No que diz respeito ao dispositivo gerador de aerossol de acordo com a invenção, os pontos quentes da superfície alvo são regiões semelhantes a pontos na superfície alvo cuja temperatura está acima da temperatura máxima de aquecimento desejada, por exemplo, acima de 350 graus Celsius.

[0039] Naturalmente, o terceiro e o quarto sensor também podem ser idênticos ao primeiro e ao segundo sensor. Nesta configuração, o detector pode ser um pirômetro de comprimento de onda quádruplo para determinar a temperatura real e a emissividade de uma superfície alvo do corpo não cinza, por exemplo, uma superfície alvo de alumínio.

[0040] Alternativamente, o terceiro e o quarto sensor podem ser combinados com um terceiro e quarto filtro passa-faixa, ou seja, um terceiro filtro passa-faixa é disposto na frente do terceiro sensor e um quarto filtro passa-faixa é colocado na frente do quarto sensor. A banda de comprimento de onda do terceiro filtro passa-faixa é diferente de uma banda de comprimento de onda do quarto filtro passa-faixa. Preferencialmente, as bandas de comprimento de onda de ambos o terceiro e o quarto filtro passa-faixa são de banda estreita, por exemplo, tendo uma largura de banda de no máximo 200 nanômetros, em particular de no máximo 150 nanômetros, de preferência de no máximo 100 nanômetros. A banda de comprimento de onda do terceiro filtro passa-faixa pode ser escolhida de modo a corresponder ou cobrir um pico de absorção de um meio gasoso na linha de visão do detector. Nesta configuração, o terceiro e o quarto sensor podem ser usados como espectrômetro.

[0041] Por exemplo, a água tem um pico de absorção pronunciado em torno de 1,45 micrômetro. Para detectar quanto da radiação infravermelha emitida pela superfície alvo é absorvida pelo vapor de água/vapor contido no aerossol na linha de visão do pirômetro, o detector pode compreender os fotodiodos InGaAs como um terceiro e quarto sensor e, adicionalmente, um terceiro filtro passa-faixa na frente do terceiro sensor com uma faixa de comprimento de onda em torno de 1,45 micrômetro e um quarto filtro passa-faixa na frente do quarto sensor com uma banda de comprimento de onda em torno de 1,45 micrômetro. Consequentemente, isso permite estimar o volume de aerossol gerado pelo dispositivo gerador de aerossol a uma temperatura específica. A temperatura da superfície alvo é determinada pelo primeiro e segundo sensor, servindo como pirômetro de comprimento de onda duplo.

[0042] Para pirômetros de comprimento de onda duplo e também para múltiplos comprimentos de onda, o sistema óptico do pirômetro pode compreender pelo menos um divisor de feixe para divisão, em particular para dividir igualmente a radiação térmica emitida pela superfície alvo nos sensores do pirômetro. Vantajosamente, o divisor de feixe é um divisor de feixe dicroico. Um divisor de feixe dicroico fornece duas bandas de filtro (uma em reflexão e outra em transmissão) sem absorção ou perda de luz iminente. Alternativamente ou, além disso, o sistema óptico pode compreender pelo menos uma lente ou um sistema de lentes para direcionar e distribuir a radiação térmica nos detectores do pirômetro.

[0043] Ao usar um pirômetro de comprimento de onda duplo e multi- comprimento de onda, é crucial em muitas aplicações que o número de fótons em cada comprimento de onda que atinja os respectivos sensores do detector do pirômetro seja aproximadamente o mesmo. Ainda, em um dispositivo gerador de aerossol de acordo com a invenção, o aerossol pode causar o acúmulo de partículas e gotículas em uma superfície do sistema óptico que é exposta ao aerossol volatizado a partir do substrato que forma o aerossol após aquecimento. Como consequência, o número de fótons atingindo os respectivos sensores mudaria e a precisão da medição poderia ser reduzida. Para superar esse problema, o sistema óptico pode vantajosamente compreender pelo menos uma lente de dispersão, ou seja, pelo menos uma lente com pelo menos uma superfície de lente de dispersão. Preferencialmente, pelo menos uma superfície de lente de dispersão fica do outro lado da superfície alvo. A superfície de dispersão é uma superfície de lente não lisa com irregularidades aleatórias de uma superfície lisa de lente. Devido à superfície de dispersão, a lente de dispersão dispersa a radiação térmica emitida pela superfície alvo em todas as direções. Consequentemente, os respectivos sensores do detector receberão substancialmente um número igual de fótons em todos os comprimentos de onda, mesmo que uma parte de uma superfície do sistema óptico esteja bloqueada por depósitos de partículas ou gotículas.

[0044] Além da lente de dispersão, o sistema óptico pode compreender uma lente convergente para direcionar a radiação térmica em direção ao detector. Para isso, a lente convergente é disposta entre a lente de dispersão e o detector.

[0045] Para a mesma finalidade, o sistema óptico também pode compreender pelo menos uma lente Fresnel. Em particular, o sistema óptico pode compreender um sistema de lentes Fresnel incluindo pelo menos duas lentes Fresnel tendo suas superfícies escalonadas voltadas uma para a outra. As lentes Fresnel são vantajosas devido ao seu design fino e leve. Preferencialmente, pelo menos uma lente Fresnel é uma lente Fresnel esférica.

[0046] Ao usar uma lente de dispersão ou uma lente Fresnel, o sistema óptico é preferencialmente um sistema óptico sem imagem, ou seja, um sistema óptico que é otimizado para transferência de radiação óptica de uma superfície alvo para o detector em vez de formação de imagem. Por exemplo, ao usar uma lente Fresnel para um sistema sem imagem, a lente deve ser projetada para misturar a radiação vinda do alvo - em vez de reproduzir uma imagem dela - para mitigar os efeitos adversos da sujeira acumulada na lente superfície.

[0047] Para otimizar a transferência radiativa óptica, o material óptico dos elementos transparentes (por exemplo, lentes, divisores de feixe) do sistema óptico é particularmente transparente quanto ao comprimento de onda no espectro infravermelho próximo ao médio. Materiais adequados são CaF2 (fluoreto de cálcio), PC (policarbonato), ABS (acrilonitril butadieno estireno), PMMA (polimetilmetacrilato) ou um COC (copolímero de olefina cíclica). Esses materiais compreendem uma transmissividade de pelo menos 80% no espectro infravermelho até um comprimento de onda de 1,6 micrômetro. Em particular, os plásticos de moldagem por injeção, como o COC, são os preferidos para permitir a produção em massa.

[0048] O sistema óptico pode compreender um revestimento hidrofóbico pelo menos em uma superfície exposta a um aerossol volatizado a partir do substrato de formação de aerossol após aquecimento. O revestimento hidrofóbico dificulta vantajosamente ou até evita o depósito de poeira e aerossóis na superfície revestida. Além disso, o revestimento hidrofóbico facilita uma limpeza fácil da superfície revestida.

[0049] O pirômetro pode compreender um invólucro para envolver os elementos do pirômetro, em particular para envolver um detector e um sistema óptico, e possivelmente também um circuito elétrico do pirômetro. O invólucro é de preferência opaco ou não transparente, à prova de luz ou impermeável à luz. Assim, o invólucro fornece uma blindagem óptica da luz ambiente, o que aumenta vantajosamente a sensibilidade e, portanto, a precisão do pirômetro. Além disso, o invólucro protege vantajosamente os elementos do pirômetro dos depósitos de aerossol. O invólucro pode compreender uma abertura de entrada que permite que a radiação térmica entre no pirômetro. A entrada pode ser coberta por uma janela de entrada transparente que é preferencialmente feita de um material transparente de infravermelho, como discutido acima. Alternativamente, um elemento do sistema óptico, em particular uma lente, pode cobrir ou selar a abertura de entrada do invólucro.

[0050] Com as tecnologias atuais, é possível construir esse pirômetro com um volume de 2 x 4 x 4 milímetros cúbicos, por exemplo, usando moldagem por injeção de plástico para a fabricação da óptica e tecnologia flip-chip para o detector e o circuito elétrico.

[0051] Além disso, ou em alternativa ao invólucro, o dispositivo gerador de aerossol pode compreender uma blindagem óptica adicional para proteger o pirômetro da luz ambiente.

[0052] Como no presente documento usado, o termo 'dispositivo gerador de aerossol' é usado para descrever um dispositivo que interage com um substrato de formação de aerossol para gerar um aerossol por aquecimento, em particular por aquecimento elétrico do substrato. Preferencialmente, o dispositivo gerador de aerossol é configurado para gerar um aerossol que é diretamente inalável nos pulmões do usuário através da boca do usuário. Preferencialmente, o dispositivo gerador de aerossol é um dispositivo portátil, em particular um dispositivo semelhante à forma dos cigarros convencionais.

[0053] Como usado neste documento, o termo 'substrato formador de aerossol' refere-se a um substrato capaz de liberar compostos voláteis que podem formar um aerossol. Tais compostos voláteis podem ser liberados pelo aquecimento do substrato formador de aerossol. O substrato formador de aerossol pode, convenientemente, ser parte de um artigo gerador de aerossol ou de um artigo para fumar. O substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol sólido ou líquido. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender componentes sólidos e líquidos. O substrato de formação de aerossol pode compreender um material contendo tabaco contendo compostos voláteis de aroma de tabaco que são liberados do substrato após aquecimento. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender um material sem tabaco. O substrato formador de aerossol pode conter ainda um formador de aerossol que facilita a formação de um aerossol denso e estável. Exemplos de formadores de aerossol adequados são a glicerina e o propilenoglicol.

[0054] Como no presente documento usado, o termo 'artigo gerador de aerossol' refere-se a um artigo para interação com um dispositivo gerador de aerossol. O artigo compreende um substrato de formação de aerossol. Por exemplo, um artigo gerador de aerossol pode ser um cartucho contendo um substrato sólido ou líquido que forma um aerossol. Além disso, o artigo pode compreender um elemento de aquecimento que é aquecível pelo dispositivo gerador de aerossol de aerossol. Por exemplo, o elemento de aquecimento pode ser um elemento susceptível de aquecimento por uma fonte de indução do dispositivo quando o artigo é inserido em um compartimento do dispositivo. Em particular, o artigo gerador de aerossol pode ser um consumível, por exemplo, para uso único. Um artigo compreendendo um tabaco sólido contendo substrato de formação de aerossol pode ser referido como um bastão de tabaco.

[0055] De acordo com a invenção, o pirômetro é configurado para determinar a temperatura de uma superfície alvo aquecida dentro do compartimento do dispositivo. Ou seja, a superfície alvo aquecida está dentro do compartimento do dispositivo (pelo menos) em uso do dispositivo.

[0056] Preferencialmente, na uso do dispositivo, a superfície alvo aquecida está na linha de visão do pirômetro. Alternativamente, o pirômetro pode compreender um sistema óptico à base de fibra compreendendo uma fibra óptica para coletar e direcionar a radiação térmica emitida a partir da superfície alvo para um detector do pirômetro. Da mesma forma, o dispositivo pode compreender pelo menos um espelho para direcionar a radiação térmica emitida da superfície alvo para um detector do pirômetro.

[0057] A superfície alvo aquecida pode ser parte do dispositivo gerador de aerossol, ou seja, o dispositivo gerador de aerossol pode compreender a superfície alvo aquecida. No entanto, a superfície alvo aquecida não precisa necessariamente fazer parte do dispositivo gerador de aerossol, mas pode ser disposta dentro do compartimento do dispositivo apenas em uso do dispositivo.

[0058] Preferencialmente, a superfície alvo aquecida é uma área superficial de um elemento de aquecimento usado para aquecer o substrato de formação de aerossol. Alternativamente, a superfície alvo aquecida pode estar em contato térmico com esse elemento de aquecimento.

[0059] O elemento de aquecimento pode ser parte do dispositivo gerador de aerossol, em particular parte de um aquecedor do dispositivo gerador de aerossol. Nesta configuração, o elemento de aquecimento é de preferência disposto de maneira fixa dentro do compartimento do dispositivo do dispositivo gerador de aerossol. Naturalmente, o elemento de aquecimento também pode ser arranjado ou disposto de forma destacável dentro do compartimento do dispositivo. Ou seja, o elemento de aquecimento pode ser configurado para ser pelo menos parcial ou mesmo totalmente deslocável para fora do compartimento do dispositivo.

[0060] Alternativamente, o elemento aquecedor pode ser parte de um artigo gerador de aerossol, incluindo o substrato de formação de aerossol a ser aquecido. Nesta configuração, o elemento de aquecimento não faz parte do dispositivo gerador de aerossol, mas pode ser arranjado de maneira destacável dentro do compartimento do dispositivo. Ou seja, o elemento de aquecimento é inserível e removível do dispositivo gerador de aerossol junto com o substrato de formação de aerossol. Nesta última configuração, o uso de um pirômetro mostra- se particularmente vantajoso devido à natureza sem contato da medição de temperatura, evitando a necessidade de contato térmico com o elemento de aquecimento.

[0061] O elemento de aquecimento está configurado para aquecer devido à energia térmica gerada eletricamente e/ou quimicamente. Assim, o dispositivo gerador de aerossol de acordo com a invenção pode ser um dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente e/ou quimicamente. Por conseguinte, o aquecimento do elemento de aquecimento é causado por aquecimento resistivo, aquecimento por indução e/ou por uma reação química exotérmica.

[0062] No caso do aquecimento resistivo, o elemento de aquecimento compreende um material eletricamente condutor que aquece ao passar uma corrente elétrica através dele. O elemento de aquecimento resistivo é de preferência parte do dispositivo gerador de aerossol, em particular parte de um aquecedor resistivo do dispositivo gerador de aerossol. O aquecedor resistivo pode compreender - além do elemento de aquecimento - uma fonte de energia elétrica e um controlador configurado para controlar o fornecimento de energia da fonte de alimentação ao elemento de aquecimento.

[0063] No caso de aquecimento indutivo, o elemento de aquecimento é preferencialmente um elemento susceptor. Como no presente documento usado, o termo "elemento susceptor" refere-se a um elemento que compreende um material que é capaz de ser indutivamente aquecido dentro de um campo eletromagnético alternado. Este pode ser o resultado de pelo menos uma dentre perdas de histerese e/ou de correntes de Foucault induzidas no susceptor, dependendo das propriedades elétricas e magnéticas do material do susceptor. As perdas de histerese ocorrem em susceptores ferromagnéticos ou ferrimagnéticos devido a domínios magnéticos dentro do material sendo comutado sob a influência de um campo eletromagnético alternante. As correntes de Foucault podem ser induzidas se o susceptor for eletricamente condutor. No caso de um susceptor ferromagnético ou ferromagnético eletricamente condutor ou de um susceptor ferrimagnético eletricamente condutor, o calor pode ser gerador devido as correntes de Foucault e perdas de histerese. Por conseguinte, o elemento susceptor pode compreender um material eletricamente condutor e/ou ferromagnético ou ferrimagnético. O elemento susceptor pode ser parte do dispositivo gerador de aerossol, em particular parte de um aquecedor indutivo do dispositivo gerador de aerossol. O aquecedor indutivo compreende - além do elemento susceptor - uma fonte de indução para gerar um campo eletromagnético alternado dentro do compartimento do dispositivo, de modo a induzir pelo menos uma das correntes parasitas geradoras de calor ou perdas de histerese no elemento susceptor. Alternativamente, o elemento susceptor pode fazer parte do artigo gerador de aerossol como descrito acima. Nesse caso, o elemento susceptor é disposto dentro do artigo, de modo a interagir com um campo eletromagnético alternado gerado por um aquecedor indutivo, em particular uma fonte de indução, do dispositivo gerador de aerossol quando o artigo é recebido com o alojamento do aerossol dispositivo de geração. Em qualquer uma das configurações, a fonte de indução preferencialmente compreende uma bobina de indução, uma fonte de energia elétrica e um controlador que estão operacionalmente conectados entre si, em que o controlador é configurado para gerar uma corrente alternada a ser passada através da bobina de indução.

[0064] O elemento de aquecimento pode ter qualquer forma ou configuração. O elemento de aquecimento pode compreender pelo menos um dentre uma haste, uma lâmina, uma fita, uma tira, uma manga, uma malha ou um pavio, ou pode ter uma configuração de partículas. Por exemplo, o elemento de aquecimento pode compreender uma lâmina de aquecimento ou haste de aquecimento configurada para penetrar em um substrato de formação de aerossol ao inserir o substrato no compartimento do dispositivo. Da mesma forma, o elemento de aquecimento pode formar pelo menos uma porção de uma cavidade receptora dentro do compartimento do dispositivo para receber o substrato de formação de aerossol a ser aquecido. O elemento de aquecimento também pode formar pelo menos uma porção de um artigo gerador de aerossol, por exemplo, um cartucho, que inclui o substrato de formação de aerossol e está configurado para ser recebido dentro do compartimento do dispositivo gerador de aerossol. Alternativamente, em particular ao fazer parte de um artigo gerador de aerossol, o elemento de aquecimento pode compreender uma lâmina de aquecimento, uma tira de aquecimento, uma haste de aquecimento, uma fita de aquecimento ou uma luva de aquecimento sendo dispostas em estreita proximidade com o substrato de formação de aerossol incluído no um artigo gerador de aerossol. O elemento de aquecimento pode ser uma malha de aquecimento ou um pavio de aquecimento, como parte do dispositivo gerador de aerossol ou como parte de um artigo gerador de aerossol. A configuração de malha ou pavio é particularmente adequada para uso com substratos líquidos de formação de aerossol.

[0065] De acordo com a invenção, também é fornecido um sistema gerador de aerossol compreendendo um dispositivo gerador de aerossol de acordo com a invenção e como descrito acima. O sistema compreende ainda um artigo gerador de aerossol para uso com o dispositivo que compreende o substrato de formação de aerossol a ser aquecido. Em particular, o compartimento do dispositivo está configurado para receber pelo menos parcialmente o artigo.

[0066] De acordo com um aspecto particular da invenção, o dispositivo compreende um aquecedor que está configurado para gerar calor em um elemento de aquecimento. O elemento de aquecimento é disposto ou arranjado dentro do substrato de formação de aerossol do artigo e compreende a superfície alvo aquecida cuja temperatura é monitorada pelo pirômetro do dispositivo. Como descrito acima em relação ao dispositivo gerador de aerossol, o elemento de aquecimento e, portanto, a superfície alvo aquecida podem ser parte do dispositivo ou do artigo.

[0067] Outras características e vantagens do sistema de geração de aerossol de acordo com a invenção foram descritas em relação ao dispositivo e artigo de geração de aerossol e não serão repetidas.

[0068] A invenção será descrita a seguir, apenas a título de exemplo, tendo como referência as figuras anexas, em que:

[0069] A Fig. 1 mostra uma ilustração esquemática de um dispositivo gerador de aerossol de acordo com uma primeira modalidade da invenção;

[0070] A Fig. 2 mostra uma ilustração esquemática de um dispositivo gerador de aerossol de acordo com uma segunda modalidade da invenção em combinação com um artigo gerador de aerossol;

[0071] A Fig. 3 mostra uma vista em detalhes do artigo gerador de aerossol usado com o dispositivo gerador de aerossol de acordo com a Fig. 2;

[0072] A Fig. 4 mostra uma ilustração esquemática de um pirômetro de acordo com uma primeira modalidade da invenção; e

[0073] A Fig. 5 mostra uma ilustração esquemática de um pirômetro de acordo com uma segunda modalidade da invenção;

[0074] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma primeira modalidade de um dispositivo gerador de aerossol 1 de acordo com a presente invenção. O dispositivo 1 está configurado para gerar um aerossol inalável por aquecimento indutivo de um substrato sólido de formação de aerossol. Para isso, o substrato pode ser disposto de maneira substituível em uma cavidade receptora 4 formada na extremidade proximal 3 do alojamento alongado 2 do dispositivo 1. O substrato pode ser parte de um artigo gerador de aerossol (não mostrado) que está configurado para ser pelo menos parcialmente recebido na cavidade receptora 4. Na presente modalidade, o dispositivo 1 compreende um aquecedor por indução 30 para aquecer o substrato. O aquecedor por indução 30 compreende uma bobina de indução helicoidal 31 em torno da cavidade receptora 4 para gerar um campo eletromagnético alternado dentro da cavidade receptora 4. O aquecedor 30 compreende ainda um elemento de aquecimento suscetível 32. Na presente modalidade, o elemento de aquecimento 32 é uma lâmina susceptora cônica 32 feita de aço inoxidável, que é disposta dentro da cavidade receptora 4 e configurada para penetrar no substrato de formação de aerossol ao inserir o artigo gerador de aerossol na cavidade receptora 4. Ao passar uma corrente de acionamento alternada através da bobina de indução 31, o campo eletromagnético alternado induz perdas por histerese e/ou correntes de Foucault na lâmina susceptora 32, dependendo de suas propriedades de material elétrico e magnético. Como consequência, o elemento de aquecimento 32 aquece, o que por sua vez aquece o substrato de formação de aerossol ao estar em contato térmico com a lâmina susceptora 32. Para fins de substituição e limpeza, a lâmina susceptora 32 pode ser disposta de forma removível na extremidade distal da cavidade receptora 4. Alternativamente, a lâmina susceptora pode ser parte de um artigo gerador de aerossol a ser inserido na cavidade receptora 4 do dispositivo 1.

[0075] Naturalmente, o dispositivo de acordo com a Fig. 1 também pode ser configurado para aquecimento resistivo. Por exemplo, em vez de uma lâmina susceptora, o dispositivo 1 pode compreender uma lâmina aquecedora resistiva ou aquecida resistivamente.

[0076] O dispositivo 1 compreende ainda um circuito elétrico 20 - alimentado por uma bateria 10 - que é configurada, inter alia, para gerar a corrente de condução alternada. O circuito elétrico 20 compreende um controlador (não mostrado) para controlar o processo de aquecimento.

[0077] Controlar a temperatura de aquecimento requer monitoramento de temperatura do elemento de aquecimento 32. Para isso, o dispositivo 1 de acordo com a Fig. 1 compreende um pirômetro de comprimento de onda duplo 100 para medir a temperatura absoluta de uma superfície alvo 33 no elemento de aquecimento 32. Na presente modalidade, a superfície alvo 33 é uma porção da superfície traseira da lâmina susceptora 32 que está na linha de visão direta do pirômetro 100.

[0078] Como pode ser visto mais adiante na Fig. 1, o pirômetro 100 está operacionalmente conectado ao circuito elétrico 20 do dispositivo. Na presente modalidade, o circuito elétrico 20 também é configurado para avaliar o sinal de saída do pirômetro 100, a fim de determinar a temperatura absoluta de uma superfície alvo 33. O circuito elétrico pode compreender pelo menos um dentre um amplificador de transimpedância para conversão de corrente em voltagem, um amplificador de sinal inversor, um conversor de diferencial de extremidade única, um conversor analógico-digital e um microcontrolador.

[0079] Detalhes adicionais do pirômetro de comprimento de onda duplo 100 são descritos abaixo em relação às modalidades mostradas nas Figs. 4 e 5.

[0080] A Fig. 2 ilustra esquematicamente uma segunda modalidade de um dispositivo gerador de aerossol 1 de acordo com a presente invenção. Como o dispositivo de acordo com a Fig. 1, o dispositivo de acordo com a Fig. 2 está configurado para aquecimento indutivo. Portanto, recursos semelhantes ou idênticos são indicados com números de referência idênticos. Em contraste com a modalidade mostrada na Fig. 1, o elemento de aquecimento susceptor 232 não faz parte do dispositivo 1, mas faz parte de um artigo 200 gerador de aerossol que inclui um substrato líquido de formação de aerossol 210 a ser aquecido. Na presente modalidade, o elemento de aquecimento susceptor 232 é um susceptor de malha 232 feito de aço inoxidável que está disposto em uma extremidade distal do artigo tipo cartucho 200. Quando o artigo 200 é colocado na cavidade receptora 4 formada dentro do compartimento do dispositivo 2, o susceptor de malha 232 pode experimentar um campo eletromagnético alternado gerado por uma fonte de indução do dispositivo (não mostrada), que faz com que o material suscetível da malha aqueça. O susceptor de malha 232 é configurado de modo que o substrato líquido de formação de aerossol forma um menisco nos interstícios do susceptor de malha 232. Quando o susceptor de malha 232 é aquecido, o substrato líquido de formação de aerossol é continuamente vaporizado do susceptor de malha 23 para a cavidade receptora 4. Lá, o aerossol é formado pelo substrato vaporizado e retirado para uma passagem de fluxo de ar que se estende através da cavidade 4 em direção a um bocal 5 na extremidade proximal 3 do dispositivo 1.

[0081] Evidentemente, o dispositivo de acordo com a Fig. 2 pode ser configurado alternativamente para aquecimento resistivo, por exemplo, usando uma malha aquecida por repouso ou malha resistiva que pode ser parte do dispositivo 1 ou do artigo 200.

[0082] Para medir a temperatura absoluta do susceptor de malha 232, o dispositivo 1 de acordo com a Fig. 2 também compreende um pirômetro de comprimento de onda duplo 100. O pirômetro é disposto em uma extremidade distal da cavidade receptora 4, de modo a enfrentar diretamente o susceptor de malha 232 quando o artigo gerador de aerossol 200 é colocado no compartimento do dispositivo 2. Como pode ser visto na Fig. 3, o pirômetro monitora apenas uma porção 233 da superfície frontal do susceptor de malha 232 que está na linha de visão direta do pirômetro 100. A superfície alvo 233 mede cerca de 1 milímetro vezes 1 milímetro.

[0083] Em ambas as modalidades de acordo com as Fig. 1 e 2, o pirômetro é moldado em excesso em uma peça de plástico usada para isolar completamente a cavidade receptora 4 de uma cavidade traseira dentro do compartimento do dispositivo 2, onde os circuitos elétricos 20 e a bateria 10 estão dispostos. Com esse arranjo, o pirômetro 100 pode ser mantido em uma linha de visão fixa oposta à superfície alvo 33, 233 cuja temperatura deve ser medida. No que diz respeito à modalidade de acordo com a Fig. 2, esta solução também permite hospedar o pirômetro caro 100 com o dispositivo durável 1, deixando o susceptor de malha barato 232 com o artigo para melhorar a higiene. Ainda mais importante em relação à Fig. 2, o pirômetro 100 permite a medição da temperatura sem contato, evitando assim a necessidade de contato térmico com o elemento de aquecimento. A necessidade de contato térmico seria tecnicamente impraticável, pois o elemento de aquecimento faz parte do artigo e, portanto, é removível do dispositivo.

[0084] A Fig. 4 ilustra esquematicamente uma primeira modalidade de um pirômetro de comprimento de onda duplo 100 que pode ser usado nos dispositivos de formação de aerossol 1 de acordo com a Fig. 1 e Fig. 2 para determinar uma temperatura da respectiva superfície alvo 33, 233. Na presente modalidade, o pirômetro de comprimento de onda duplo 100 compreende um fotodetector 120 que inclui um primeiro e um segundo fotodiodos InGaAs 121, 122 dispostos lado a lado. Os fotodiodos InGaAs são preferidos por terem um tempo de resposta mais rápido, maior eficiência quântica e menor corrente escura para a mesma área do sensor em comparação com outros materiais, como Ge.

[0085] A pirrometria de comprimento de onda duplo requer a medição da radiação térmica emitida pela superfície alvo em duas bandas de comprimento de onda ou comprimento de onda. Na presente modalidade, isso é realizado usando um filtro passa-longas 131 disposto apenas na frente do primeiro sensor 121. O filtro passa-longas 131 tem um comprimento de onda de corte de 1,6 micrômetro. O InGaAs é sensível a comprimentos de onda entre 0,9 micrômetro e 1,7 micrômetro. Assim, o comprimento de onda de corte do filtro passa- longa 131 e a extremidade de onda longa da faixa de sensibilidade espectral do sensor InGaAs 121 fornecem uma filtragem de passagem de banda eficaz da radiação térmica detectada pelo primeiro sensor 121 até a faixa de 1,6 micrômetro para 1,7 micrômetro. Por outro lado, o segundo sensor 122 não tem filtro na frente e, portanto, monitora a banda espectral completa de acordo com a sensibilidade do InGaAs na faixa de 0,9 micrômetro a 1,7 micrômetro. Portanto, devido ao comprimento de onda de corte do filtro passa-longa 131, é alcançada uma diferença entre os sinais de saída do primeiro e do segundo sensor 121, 122 que é razoavelmente mensurável e, portanto, bem adequado para determinar a temperatura da superfície alvo aquecida 33, 233 como descrito acima.

[0086] Como descrito acima, pelo menos o segundo sensor 122 precisa ser calibrado manualmente em todo o espectro de comprimento de onda. Isso pode ser feito, por exemplo, usando um emissor de corpo negro em diferentes temperaturas conhecidas do corpo negro. O primeiro sensor 121 também pode ser calibrado da mesma maneira. Em princípio, uma vez que a calibração inicial é feita, a emissividade da superfície alvo 33, 233 não precisa mais ser conhecida (no caso da superfície alvo 33, 233 ser um corpo cinza). No caso da superfície alvo ser um corpo não cinza, uma segunda calibração deve ser feita levando em consideração a variação da emissividade. Essa calibração precisa ser feita apenas para um dispositivo de um tipo específico.

[0087] Vantajosamente, o pirômetro de comprimento de onda duplo 100 é inerentemente preciso, pois permite não apenas compensar as variações de emissividade, mas também campos de visão parcialmente preenchidos e obstruções ópticas entre a superfície alvo e o detector do pirômetro.

[0088] Para coletar radiação térmica emitida a partir da superfície alvo aquecida 33, 233 e para direcionar a radiação térmica em direção ao detector 120, o pirômetro de comprimento de onda duplo 100 compreende um sistema óptico 110. Na presente modalidade, o sistema óptico 100 compreende duas lentes, uma lente convergente 114 e uma lente semi-convexa 111. O sistema óptico 100 fornece um campo de visão na superfície alvo 33, 233 com um diâmetro de pelo menos 1 milímetro.

[0089] Na uso do dispositivo gerador de aerossol 1, partículas e gotículas de aerossol 300 podem acumular-se na superfície frontal do sistema óptico 120 que é exposto ao aerossol dentro da cavidade receptora 4. Como consequência, o número de fótons em cada comprimento de onda atingindo o primeiro e o segundo sensor 121, 122 pode mudar, o que por sua vez pode reduzir a precisão da medição. Para superar esse problema, a lente 111 é configurada como lente de dispersão com uma superfície de lente traseira de dispersão 112. A superfície de dispersão 112 é uma superfície de lente não lisa com irregularidades aleatórias a partir de uma superfície lisa de lente. Devido à superfície de dispersão 112, a lente de dispersão 111 dispersa a radiação térmica emitida pela superfície alvo 33, 233 em todas as direções. Consequentemente, o primeiro e o segundo sensores 121, 122 recebem substancialmente um número igual de fótons em todos os comprimentos de onda, mesmo que uma parte de uma superfície do sistema óptico seja bloqueada por depósitos de partículas ou gotículas 300.

[0090] A Fig. 5 ilustra esquematicamente uma modalidade alternativa do sistema óptico 120. Para a mesma finalidade, o sistema óptico 120 compreende um sistema de lentes Fresnel incluindo duas lentes Fresnel 115, 117 tendo suas superfícies escalonadas 116, 118 voltadas uma para a outra. As lentes Fresnel são vantajosas devido ao seu design fino e leve. Ambas as lentes Fresnel 115, 117 são lentes esféricas Fresnel.

[0091] Em ambas as modalidades de acordo com as Fig. 4 e 5, o sistema óptico 120 é um sistema óptico sem imagem otimizado para transferência de radiação da superfície alvo 33, 233 para os sensores 121 e 122.

[0092] Para otimizar ainda mais a transferência radiativa óptica, o material óptico das lentes 111, 114, 115, 117 é transparente quanto ao comprimento de onda no espectro de infravermelho. Em ambas as modalidades, plásticos de moldagem por injeção, como COC, são usados como material de lente, permitindo a produção em massa.

[0093] Como pode ser visto ainda a partir das Figs. 4 e 5, o pirômetro 100 compreende uma carcaça 101 para envolver os sensores 121, 122 e o sistema óptico 120. A carcaça também pode incluir um circuito elétrico 150 do pirômetro 100. A carcaça 101 é não transparente e, portanto, fornece uma blindagem óptica da luz ambiente, o que aumenta vantajosamente a sensibilidade e, portanto, a precisão do pirômetro 100. Além disso, a carcaça 101 protege vantajosamente os elementos do pirômetro 100 contra depósitos de aerossol. Em ambas as modalidades de acordo com as Figs. 4 e 5, a lente frontal 11, 115 sela a abertura de entrada da carcaça 101.

[0094] A fim de bloquear ou mesmo impedir a entrada de poeira e aerossóis nas lentes frontais 111, 115, as superfícies frontais dessas lentes compreendem um revestimento hidrofóbico 113. O revestimento hidrofóbico 113 também facilita uma limpeza fácil da lente frontal 111, 115.

Claims

1. Dispositivo gerador de aerossol (1) configurado para gerar um aerossol por aquecimento de um substrato de formação de aerossol, o dispositivo (1) compreendendo um compartimento do dispositivo (2) para receber o substrato de formação de aerossol e um pirômetro (100) para determinar uma temperatura de uma superfície alvo aquecida (33, 233) dentro do compartimento do dispositivo (2), em que o pirômetro (100) é um pirômetro de comprimento de onda duplo ou um pirômetro de comprimento de onda múltiplo que está configurado para medir radiação térmica pelo menos em uma primeira banda de comprimento de onda e uma segunda banda de comprimento de onda, caracterizado pelo fato de que a segunda banda de comprimento de onda é mais larga que a primeira banda de comprimento de onda, e em que o pirômetro (100) inclui um detector (120) compreendendo pelo menos um primeiro e um segundo sensor (121, 122), em que o primeiro e o segundo sensor (121, 122) são dispostos adjacentes um ao outro lado- a-lado, e em que o pirômetro (100) compreende um sistema óptico (110) para coleta de radiação térmica emitida da superfície alvo aquecida (33, 233), em que o sistema óptico (110) compreende uma lente (111) tendo uma superfície de lente muito distante da superfície alvo (33, 233), que é uma superfície de dispersão (112).

2. Dispositivo (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (1) compreende ainda uma blindagem óptica (101) para proteger o pirômetro (100) da luz ambiente.

3. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um primeiro filtro óptico passa-faixa óptico ou passa-longas ou passa-curtas (131) está disposto na frente do primeiro sensor.

4. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um segundo filtro óptico passa-faixa ou passa-longas ou passa-curtas está disposto na frente do segundo sensor.

5. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o detector (120) compreende pelo menos um terceiro sensor.

6. Dispositivo (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma sensibilidade espectral do terceiro sensor é diferente da sensibilidade espectral do primeiro e do segundo sensor (121, 122).

7. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o detector (120) compreende pelo menos um quarto sensor.

8. Dispositivo (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma sensibilidade espectral do quarto sensor é diferente da sensibilidade espectral do primeiro e do segundo sensores (121, 122).

9. Dispositivo (1), de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que um terceiro filtro óptico passa-faixa é disposto na frente do terceiro sensor e um quarto filtro óptico passa- faixa é disposto na frente do quarto sensor e em que uma banda de comprimento de onda do terceiro filtro passa-faixa é diferente a partir de uma banda de comprimento de onda do quarto filtro passa-faixa.

10. Sistema gerador de aerossol, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo gerador de aerossol (1), como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, e um artigo gerador de aerossol (200) para uso com o dispositivo (1) que compreende um substrato formador de aerossol (210).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (1) compreende um aquecedor (30) para gerar calor em um elemento de aquecimento (32, 232) que é disposto ou arranjado dentro do substrato de formação de aerossol (210) do artigo (200), e em que o elemento de aquecimento (32, 232) compreende a superfície alvo aquecida (33, 233).