CN103338665A - 具有确定液体基质的消耗的装置的浮质产生系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种电操作的浮质产生系统（100），其用于接收浮质形成基质（115）。所述系统包括：用于贮存液态浮质形成基质的液体贮存部分（113）；电加热器（119），所述电加热器包括至少一个加热元件，用于加热液态浮质形成基质；和电路（109），用于根据加热元件的温度和施加到加热元件的电力之间的关系确定由加热器加热的液态浮质形成基质的消耗。还提供了在电操作的浮质产生系统中使用的方法，所述系统包括用于贮存液态浮质形成基质的液体贮存部分和电加热器，所述电加热器包括至少一个用于加热液态浮质形成基质的加热元件，所述方法包括：根据加热元件的温度和施加到加热元件的电力之间的关系确定由加热器加热的液态浮质形成基质的消耗。

Description

具有确定液体基质的消耗的装置的浮质产生系统
技术领域
本发明涉及一种电操作的浮质产生系统。具体地，本发明涉及一种电操作的浮质产生系统，在所述电操作的浮质产生系统中，浮质形成基质是液体并且被容纳在液体贮存部分中。
背景技术
WO2009/132793A1公开了一种电加热的发烟系统，所述电加热的发烟系统具有液体贮存部分。液体贮存部分包括浮质形成基质并且连接到汽化器，所述汽化器包括电加热器，所述电加热器由电池电源提供电力。在使用中，通过用户抽吸烟嘴来激活电加热器，以接通电池电源。容纳在汽化器中的加热的浮质形成基质将被汽化。用户抽吸烟嘴致使抽吸空气沿着或者通过汽化器，从而产生浮质，如本领域中的那些技术人员已知的那样，所述浮质是固体颗粒或者液滴在气体（例如空气）中的悬浮物。所产生的浮质抽吸到烟嘴中并且继而抽吸到用户嘴中。
包括上述发烟系统的先前技术的电操作的浮质产生系统虽然具有多种优势，但是仍然具有改进的余地，尤其是关于操作容纳在液体贮存部分中的浮质形成基质。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于接收浮质形成基质的电操作的浮质产生系统，所述系统包括：液体贮存部分，其用于贮存液态浮质形成基质；电加热器，所述电加热器包括至少一个加热元件，用于加热液态浮质形成基质；和电路，所述电路构造成根据施加到加热元件的电力和加热元件的产生的温度变化之间的关系确定液态浮质形成基质的消耗（depletion）。
电路优选地构造成根据所确定的消耗估算液体贮存部分中的液态形成浮质基质的量。
液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量可以是绝对量或者相对量（例如百分比值），或者可以确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的是多于还是少于阈值量。
由于多种原因，有利的是提供用于确定输送到加热器的液态浮质形成基质的消耗的电路。例如，当液体贮存部分为空的或者近乎为空时，可能将不足量的液态浮质形成基质供应到电加热器。这可能意味着产生的浮质不具有期望的特性（例如，浮质颗粒大小或者化学成分）。这可以提供给用户的体验较差。另外，如果能够确定液体贮存部分何时为空或者近乎为空，则能够通知用户。然后，用户能够准备更换或者再填充液体贮存部分。
加热元件的温度和施加至加热元件的电力之间的关系可以例如是:对应于给定施加功率的加热元件的温度变化率；在对应于给定施加电力的加热周期中，在给定时间的加热元件的绝对温度；对应于给定施加电力，在加热周期的一部分内的温度积分；或为了保持给定温度而施加到加热元件的电力。一般来说，对于给定的施加电力，输送到加热器以进行汽化的浮质形成基质越少，则加热元件的温度越高。对于给定的电力，加热周期期间加热元件的温度变化以及该温度变化在多个加热周期期间的变化，能够用于检测输送到加热器的浮质形成基质的量是否减少。
对于液态浮质形成基质，特定的物理性能（例如基质的蒸汽压或者粘性）选择为适于在浮质产生系统中使用。液体优选地包括包含烟草的材料，所述包含烟草的材料包括挥发性烟草香料化合物，这些挥发性烟草香料化合物在被加热时从液体中释放出来。作为替代方案或者附加方案，液体可以包括非烟草材料。液体可以包括水、乙醇、或者其它溶剂、植物浸出液、尼古丁溶液和天然或者人工香料。优选地，液体还包括浮质形成物。适当的浮质形成物的示例是丙三醇和丙二醇。
提供液体贮存部分的优势在于保护液体贮存部分中的液体不受环境空气的影响。在一些实施例中，环境光线也不能进入液体贮存部分，以避免发生液体的光致降解的风险。此外，能够保持良好的卫生状况。
优选地，液体贮存部分布置成保持用于预定抽吸次数的液体。如果液体储存部分不能再填充并且液体贮存部分中的液体已经用完，则用户必须更换液体贮存部分。在这种更换期间，必须防止液体污染到用户。可替代地，液体贮存部分可以再填充。在这种情况下，可以在液体储存部分的一定再填充次数之后更换浮质产生系统。
电加热器可以包括单个加热元件。可替代地，电加热器可以包括多于一个的加热元件，例如，两个、或者三个、或者四个、或者五个、或者六个或者更多个加热元件。一个或者多个加热元件可以适当地布置成最为有效地加热液态浮质形成基质。
至少一个电加热元件优选地包括电阻材料。适当的电阻材料包括但不局限于：诸如掺杂陶瓷的半导体、导电陶瓷（例如，二硅化钼）、碳、石墨、金属、金属合金和由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。这些复合材料可以包括掺杂或者未掺杂的陶瓷。适当的掺杂陶瓷的示例包括掺杂碳化硅。适当的金属的示例包括钛、锆、钽、和来自铂族的金属。适当的金属合金的示例包括不锈钢、康铜、镍合金、钴合金、铬合金、铝合金、钛合金、锆合金、铪合金、铌合金、钼合金、钽合金、钨合金、锡合金、镓合金、锰合金和铁合金，以及基于镍、铁、钴的超级合金、不锈钢、、铁铝基合金和铁锰铝基合金。
Figure BDA00003604824900032
是Titanium Metals公司的注册商标。在复合材料中，根据能量转移动力学和所需要的外部物理化学特性，电阻材料可以任选地嵌入在隔离（insulating）材料中、用隔离材料包封或者被隔离材料涂覆，或者反之亦然。加热元件可以包括金属的蚀刻箔，其被隔离在两层惰性材料之间。在这种情况下，惰性材料可以包括
Figure BDA00003604824900033
、全聚酰亚胺或者云母箔。
Figure BDA00003604824900034
是E.I.du Pont de Nemours and Company的注册商标。
至少一个电加热元件可以采取任何适当的形式。例如，至少一个电加热元件可以采取加热叶片的形式。替代地，至少一个电加热元件可以采取具有不同的导电部分的壳体或者基板的形式，或者可以采取电阻金属管的形式。液体贮存部分可以包括一次性加热元件。替代地，一个或多个通过液态浮质形成基质的加热针或者棒也是适当的。替代地，至少一个电加热元件可以包括挠性材料片。其它替代方案包括电热丝或者加热细丝（例如，Ni-Cr（镍-铬）、铂、钨或者合金金属丝）或者加热板。任选地，加热元件可以布置在刚性承载材料中或者布置在刚性承载材料上。
至少一个电加热元件可以包括吸热设备或者储热器，所述吸热设备或者储热器包括能够吸收并且贮存热量并且随后在一段时间内释放热量以加热浮质形成基质的材料。吸热设备可以由任何适当的材料（例如适当的金属或者陶瓷材料）形成。优选地，材料具有较高的热容（显热贮存材料），或者是能够吸收热量并且随后经由诸如高温相变的可逆处理释放热量的材料。适当的显热贮存材料包括硅胶、氧化铝、碳、玻璃毡、玻璃纤维、矿物、诸如铝、银或铅的金属或合金和诸如纸的纤维素材料。其它经可逆相变释放热量的适当材料包括石蜡、乙酸钠、萘、蜡、聚氧化乙烯、金属、金属盐、共晶盐的混合物或合金。
吸热设备或者储热器可以布置成使得其与液态浮质形成基质直接接触，并且能够将贮存的热量直接传递到基质。替代地，贮存在吸热设备或者储热器中的热量可以通过诸如金属管的导热体传递到浮质形成基质。
至少一个加热元件可以通过传导加热液态浮质形成基质。加热元件可以至少部分地与基质相接触。替代地，可以通过到导热元件将来自加热元件的热量传导至基质。
替代地，至少一个加热元件可以将热量传递至在使用期间抽吸通过电操作的浮质产生系统的环境空气，所述环境空气继而加热浮质形成基质。环境空气可以在通过浮质形成基质之间被加热。替代地，可以首先抽吸环境空气通过液体基质，然后加热环境空气。
优选地，电操作的浮质产生系统还包括毛细管吸液芯，用于将液态浮质形成基质从液体贮存部分运送至电加热器。
优选地，毛细管吸液芯布置成与液体贮存部分中的液体接触。优选地，毛细管吸液芯延伸到液体贮存部分中。在这种情况下，在使用过程中，液体通过毛细管吸液芯的毛细管作用从液体贮存部分转移至电加热器。在一个实施例中，毛细管吸液芯具有第一端部和第二端部，所述第一端部延伸到液体贮存部分中，用于与其中的液体相接触，并且电加热器布置成加热第二端部中的液体。当激活加热器时，加热器的至少一个加热元件汽化毛细管吸液芯的第二端部处的液体，以形成过饱和蒸汽。过饱和蒸汽与气流混合并且由气流携带。在流动期间，蒸汽冷凝以形成浮质，并且浮质被朝向用户的嘴部运送。液态浮质形成基质具有允许通过毛细管作用运送液体通过毛细管吸液芯的物理特性，包括粘性和表面张力。
毛细管吸液芯可以具有纤维状或者海绵状结构。毛细管吸液芯优选地包括毛细管束。例如，毛细管吸液芯可以包括多个纤维或者线或者其它细孔管。纤维或线可以大体沿着浮质产生系统的纵向方向排列。替代地，毛细管吸液芯可以包括形成为棒状的海绵状或者泡沫状材料。棒状可以沿着浮质产生系统的纵向方向延伸。吸液芯的结构形成多个小孔或者管，通过毛细管作用能够将液体运送通过所述小孔或者管。毛细管吸液芯可以包括任何适当的材料或者材料组合。适当的材料的示例是毛细管材料，例如海绵或者泡沫材料、纤维或者烧结粉末形式的陶瓷基或者石墨基的材料、泡沫金属或者塑料材料、旋转或者挤出纤维制成的纤维材料（例如，醋酸纤维素纤维、聚酯纤维或者粘合的聚烯烃纤维、聚乙烯纤维、涤纶纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维）或陶瓷。毛细管吸液芯可以具有任何适当的毛细作用和孔隙度，以便与不同的液体物理特性一起使用。液体具有允许通过毛细管作用运送液体通过毛细管装置的物理特性，这些物理特性包括但不局限于粘性、表面张力、密度、热导率、沸点和蒸汽压力。
优选地，至少一个加热元件是电热丝或者加热细丝的形式，所述电热丝或者加热细丝环绕并且任选地支撑毛细管吸液芯。吸液芯的毛细管特性与液体的特性相结合，确保在存在充足的浮质形成基质的正常使用期间吸液芯在加热区域中始终是潮湿的。
毛细管吸液芯和加热器以及任选地液体贮存部分可以作为单个部件从浮质产生系统移除。
在第一实施例中，电操作的浮质产生系统还包括温度传感器，所述温度传感器用于测量至少一个加热元件的温度，并且电路布置成监测至少一个加热元件的由温度传感器感测到的温度，并且根据至少一个加热元件的由温度传感器感测到的温度确定由加热器加热的液态浮质形成基质的消耗。
如果液态浮质形成基质的数量已经减少，例如如果液体贮存部分为空或者近乎为空，则会将不足量的液态浮质形成基质供应至加热器。这可以导致加热元件的温度升高。因此，加热元件的由温度传感器感测的温度可以允许电路确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的数量已经减少至预定的阈值，并且还能够提供液体贮存部分中的液态浮质形成基质的绝对数量的指示。
在另一个实施例中，电路布置成测量至少一个加热元件的电阻，以便由测量到的电阻确定加热元件的温度。
如果液态浮质形成基质的数量已经减少，例如如果液体贮存部分为空或者近乎为空，则会将不足量的液态浮质形成基质供应至加热器。这可以导致加热元件的温度升高。如果至少一个加热元件具有适当的电阻温度系数特征，则测量至少一个加热元件的电阻将允许确定加热元件的温度。因此，加热元件的通过电路由测量到的电阻确定的温度可以允许电路确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量。
这个实施例的优势在于不必包括温度传感器，所述温度传感器可以占据浮质产生系统中的宝贵空间并且还可能耗费成本。需要强调的是，电阻在这个实施例中既用作“致动器”（加热元件）也用作“传感器”（温度测量装置）。
在这个实施例中，电路可以布置成通过如下方式测量至少一个加热元件的电阻：测量通过至少一个加热元件的电流和至少一个加热元件两端的电压，以及由测量到的电流和电压确定至少一个加热元件的电阻。在这种情况下，电路可以包括电阻器，所述电阻器具有已知的电阻并且与至少一个加热元件串联，并且电路可以布置成通过如下方式测量通过至少一个加热元件的电流：测量电阻已知的电阻器两端的电压，以及由测量到的电压和已知的电阻确定通过至少一个加热元件的电流。
电路可以布置成通过如下方式确定由加热器加热的液态浮质形成基质的消耗：在液体贮存部分中的液态浮质形成基质被消耗时，在接连的加热周期期间，监测感测到的或者确定的温度的升高。
电路可以布置成通过如下方式确定由加热器加热的液态浮质形成基质的消耗：在液体贮存部分中的液态浮质形成基质被消耗时，在接连的加热周期期间，监测加热周期开始时感测到的或者确定的温度的升高率。
电路可以布置成通过如下方式确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的数量：在液体贮存部分中的液态浮质形成基质被消耗时，在接连的加热周期期间，监测在每个加热周期的一部分期间感测到的或者确定的温度的时间积分值的增加。
在另一个实施例中，电路布置成将加热元件的温度限制至最高温度，并且布置成通过监测为了维持最高温度而施加至加热元件的电量来确定由加热器加热的浮质形成基质的消耗。
在这个实施例中，电路可以布置成以脉冲宽度调制信号将电力供应至加热元件，并且其中，电路布置成通过监测脉冲宽度调制信号的占空因数来监测施加到加热元件的电量。
电路可以布置成基于确定的数量校准用于确定液体贮存部分中的浮质形成基质的量的其它系统。
除了允许估算液体贮存部分中的浮质形成基质的数量之外，在每个加热周期期间监测加热元件的温度变化的相同原理也能够用于保护用户免于受到过热和故障（如果例如液态浮质形成基质的粘性由于极端外部条件而发生变化，使得不能再足量地将所述液态浮质形成基质输送至加热元件）的影响。
在优选实施例中，电路布置成在估算到液体贮存部分中的液态浮质形成基质的数量已经减小至预定的阈值时停用电加热器。
这是有利的，原因在于一旦液态浮质形成基质的数量不足，则用户能够可以不再使用浮质产生系统。这将避免产生不具有期望特性的浮质。这将避免给用户提供较差的体验。
电路可以布置成通过熔断电加热器和电源之间的电熔丝来停用电加热器。电路可以布置成通过断开电加热器和电源之间的开关而停用电加热器。停用电加热器的替代方法对于技术人员来说是显而易见的。
在优选的实施例中，电路布置成在估算到液体贮存部分中的液态浮质形成基质的数量已经减小至预定阈值时告知用户。这是有利的，原因在于这种告知使得用户能够再填充或者更换液体贮存部分。
电操作的浮质产生系统可以包括用户显示装置。在这种情况下，告知可以包括用户显示装置上的指示。可替代地，指示可以包括能够听到的指示或者用于用户的任何其它适当类型的指示。
浮质产生系统还可以包括电源。优选地，浮质产生系统包括外壳。优选地，外壳是细长的。如果浮质产生系统包括毛细管吸液芯，则毛细管吸液芯的纵向轴线和壳体的纵向轴线可以基本平行。外壳可以包括壳体和烟嘴。在这种情况下，所有部件皆可以容纳在壳体或者烟嘴中。在一个实施例中，外壳包括可移除的插入件，所述插入件包括液体贮存部分、毛细管吸液芯和加热器。在该实施例中，浮质产生系统的那些部件可以作为单个部件从外壳移除。例如，这对于再填充或者更换液体贮存部分是有用的。
外壳可以包括任何适当的材料或者材料组合。适当材料的示例包括金属、合金、塑料或者包含那些材料中的一种或多种的复合材料，或者适用于食品或者制药应用的热塑性塑料，例如聚丙烯、聚醚醚酮（PEEK）和聚乙烯。优选地，材料较轻且不易碎。
优选地，浮质产生系统为便携式的。浮质产生系统可以是发烟系统，并且可以具有相当于传统雪茄或者香烟的尺寸。发烟系统可以具有介于约30mm和约150mm之间的总长度。发烟系统可以具有介于约5mm和约30mm之间的外径。
优选地，电操作的浮质产生系统是电加热的发烟系统。
根据本发明的第二方面，提供了一种方法，所述方法包括提供一种电操作的浮质产生系统，所述电操作的浮质产生系统包括：液体贮存部分，其用于贮存液态浮质形成基质；和电加热器，所述电加热器包括至少一个加热元件，用于加热液态浮质形成基质；所述方法还包括基于施加到加热元件的电力和加热元件产生的温度变化之间的关系确定由加热器加热的液态浮质形成基质的消耗。
液态浮质形成基质的数量可以是绝对量或者相对量（例如百分比值），或者可以是关于液体贮存部分中存在的液态浮质形成基质是多于还是少于液态形成浮质阈值量的判定。
根据本发明的第三方面，提供一种用于电操作的浮质产生系统的电路，所述电路布置成实施本发明的第二方面的方法。
根据本发明的第四方面，提供一种计算机程序，所述计算机程序在运行于电操作的浮质产生系统的可编程电路上时致使可编程电路实施本发明的第二方面的方法。
根据本发明的第五方面，提供一种计算机可读存储介质，其存储有根据本发明的第四方面的计算机程序。
关于本发明的浮质产生系统描述的特征还可以应用于本发明的方法。并且，关于本发明的方法描述的特征还可以应用于本发明的浮质产生系统。
附图说明
将参照附图仅通过示例进一步描述本发明，其中：
图1示出了具有液体贮存部分的电操作的浮质产生系统的一个示例；
图2是示出了在电操作的浮质产生系统的多次抽吸期间加热元件的温度曲线的五个中值的标绘图；
图3是示出了在三个不同的时间段计算得出的在液体贮存部分的整个使用寿命期间的加热元件的温升率的标绘图；
图4是在y轴示出了加热元件电阻并在x轴上示出了电操作的浮质产生系统的电加热器的加热元件温度的标绘图；以及
图5是根据本发明的一个实施例的示意性电路图，其允许测量加热元件电阻。
具体实施方式
图1示出了具有液体贮存部分的电操作的浮质产生系统的一个示例。在图1中，所述系统是发烟系统。图1的发烟系统100包括外壳101，所述外壳101具有烟嘴端103和本体端105。在本体端中，设置有电池107形式的电源和电路109。抽吸检测系统111还设置成与电路109相互配合。在烟嘴端中，设置有包含液体115的盒113形式的液体贮存部分、毛细管吸液芯117和加热器119。注意的是，在图1中仅示意性示出了加热器。在图1中示出的示例性实施例中，毛细管吸液芯117的一个端部延伸到盒113中，并且毛细管吸液芯117的另一个端部由加热器119包围。加热器经由连接件121连接到电路，所述连接件121可以沿着盒113的外侧通过（图1中未示出）。外壳101还包括进气口123、烟嘴端处的出气口125和浮质形成室127。
在使用过程中，操作如下。通过毛细管作用将液体115从盒113由吸液芯117的延伸到盒中的端部运送到吸液芯的由加热器119包围的另一个端部。当用户在出气口125处抽吸浮质产生系统时，环境空气通过进气口123被吸入。在图1示出的布置方案中，抽吸检测系统111感测抽吸并且致动加热器119。电池107将电能供应至加热器119，以便加热吸液芯117的由加热器包围的端部。吸液芯117的该端部中的液体由加热器119汽化，以产生过饱和蒸汽。同时，通过由毛细管作用沿着吸液芯117运动的另外的液体替换汽化的液体。（这有时称作“泵送作用”）。产生的过饱和蒸汽与来自进气口123的气流相混合并且由所述气流携带。在浮质形成室127中，蒸汽冷凝以形成可吸入的浮质，所述可吸入的浮质被朝向出口125运送，并且被运送到用户的嘴中。
在图1示出的实施例中，电路109和抽吸检测系统111优选地是可编程的。电路109和抽吸检测系统111能够用于管理浮质产生系统的操作。这有助于控制浮质中的颗粒大小。
图1示出了根据本发明的电操作的浮质产生系统的一个示例。然而，多种其它示例都是可能的。另外，需要注意的是，图1本质上是示意性的。具体地，示出的部件本身或者相对于彼此并非成比例。电操作的浮质产生系统需要包括或者接收包含在液体贮存部分中的液态浮质形成基质。电操作的浮质产生系统需要某种电加热器，所述电加热器具有至少一个加热元件，用于加热液态浮质形成基质。最后，电操作的浮质产生系统需要电路，用于确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的数量。这将参照图2至图5在下文描述。例如，所述系统不必是发烟系统。不必提供抽吸检测系统。替代地，所述系统能够由手动致动来操作，例如，当抽吸时用户操作开关。例如，能够改变外壳的整体形状和尺寸。而且，所述系统可以不包括毛细管吸液芯。在这种情况下，所述系统可以包括用于输送液体以进行汽化的另一种机构。
然而，在优选的实施例中，所述系统包括毛细管吸液芯，用于将液体从液体贮存部分运送至至少一个加热元件。毛细管吸液芯能够由多种多孔或者毛细管材料制成，并且优选地具有已知的预先限定的毛细作用。示例包括纤维或者烧结粉末形式的陶瓷基材料或者石墨基材料。不同孔隙度的吸液芯能够用于适应不同液体物理性能，例如密度、粘性、表面张力和汽化压力。吸液芯必须是适当的，使得能够将要求数量的液体输送至加热器。优选地，加热器包括围绕毛细管吸液芯延伸的至少一个电热丝或者电热细丝（filament）。
现在将参照图2至图5描述本发明的多个实施例。这些实施例均基于图1中示出的示例，虽然它们能够应用于电操作的浮质产生系统的其它实施例。
如已经提及的那样，本发明的浮质产生系统包括电路，用于确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量。这是有利的，因为当液体贮存部分为空或者近乎为空时，可能会将不足量的浮质形成基质供应至加热器。这可能意味着所产生的由用户吸入的浮质不具有期望的特性（例如，浮质的颗粒大小）。这可能会给用户提供较差的体验。另外，有利的是提供这样一种机构，通过该机构能够告知用户液体贮存部分为空或者近乎为空。然后，用户可以准备替换或填充液体贮存部分。如果设置有毛细管吸液芯，这意味着毛细管吸液芯将变干。加热元件的温度将升高。在本发明的第一和第二实施例中利用加热元件的这种温度升高。
图2是示出了在多次抽吸浮质产生系统期间测量到的温度曲线的五个中值的标绘图。y轴上示出了加热元件的温度T，x轴上示意抽吸时间t。曲线201是第一组抽吸的中值，其中每次抽吸的抽吸持续时间为2秒。类似地，曲线203是第二组抽吸的中值，曲线205是第三组抽吸的中值，曲线207是第四组抽吸的中值，并且曲线208是第五组抽吸的中值。在每条曲线中，竖线（例如，以209示出）表示这些温度的围绕中值的标准偏差。因此，示出了测量到的温度随着液体贮存部分的使用寿命期间的变化。针对汽化的所有液体配方（formulation）和使用的所有功率级观察并且证实这种行为。
如能够从图2看见的那样，加热元件的温度响应在曲线201、203和205上相当稳定。也就是说，围绕前三组抽吸的中值的标准偏差相当小。在曲线207上，注意到两个结果。首先，围绕第三组抽吸的中值的标准偏差更大。其次，每次抽吸期间的加热元件的温度显著升高。这两个结果表示液体贮存部分正在变空。
在曲线208上，围绕第五组抽吸的中值的标准偏差再次更小。即，抽吸期间的温度范围相当稳定。然而，每次抽吸期间的加热元件的温度进一步升高。这表示液体贮存部分充分变空。
与曲线205相比，曲线207中的温升在约0.4秒的抽吸之后尤为明显（用虚线211示出）。因此，根据0.4秒的抽吸持续时间之后加热元件的温度水平，能够精确地检测液体贮存部分中的液体数量已经减少至阈值。
能够将针对浮质形成基质的具体设计和特定系统设计的经验数据贮存在电路中的存储器中。这种经验数据能够涉及在抽吸的特定点处的加热元件的温度或者对于液体贮存部分中剩余量的液体在给定功率下操作的加热周期。继而，经验数据能够用于确定剩余多少液体，并且可以在判断剩余的抽吸少于预定次数时向用户提供指示。
因此，图2表明，随着液体贮存部分变空，加热元件的温度明显升高。这在最初的0.4秒抽吸之后尤为明显。能够利用这个温升来确定液体贮存部分何时变空或者近乎变空。
在图2中还能够看到，在0秒和0.2秒之间的温度曲线的斜率随着液体贮存部分变空而增大。因此，在液体贮存部分的使用寿命期间在初始抽吸时间期间测量温升速率能够提供检测液体贮存部分中剩余的液体数量的替代方法或者附加方法。与图2的方法相比，这个方法实际上更为理想，原因在于该方法可以在0.2秒而非2秒的更短时间内进行。这可以更快地判断温度水平变化并且可以有助于降低浮质特性变得较差的风险。
图3是示出了在使用恒功率消耗液体贮存部分中的浮质形成基质期间在不同时间范围计算的温升速率。使用以下公式计算标出点：
α=ΔT/Δt=T1-T0/t1-t0
标绘图301示出了自每次抽吸开始起在t1=2ms和t2=50ms的温升率或者斜率系数，标绘图302示出了自每次抽吸开始起在t1=20ms和t2=100ms的斜率系数，并且标绘图303示出了自每次抽吸开始起在t1=20ms和t2=200ms的斜率系数。能够看到，对于所有三张标绘图而言，抽吸期间的斜率系数在液体贮存部分为满时的零抽吸数至抽吸数‘X1’基本恒定不变。在抽吸数‘X1’和抽吸数‘X2’之间，斜率系数随着抽吸数增加而增大。能够看到，对于所有三张标绘图而言，斜率系数的增大与抽吸数成大致线性。对于给定施加功率，温升率增大的原因是，加热器附近的浮质形成基质由于液体贮存部分变空而被消耗。在这个示例中，这导致吸液芯变干。从抽吸数X2起，斜率系数再次相当恒定。这对应于空的液体贮存部分和干燥的吸液芯。没有浮质形成基质可以被蒸发，并且因此，施加到加热元件的能量全部简单地用于加热。对于所使用的所有液体配方和所有功率级均观察到并确认这种现象。
能够利用X1和X2抽吸之间的“变空”区域中的温升率的线性特性来测量液体贮存部分中剩余的浮质形成基质的数量。它还能够用于校准用于测量或估算剩余的浮质形成基质的任何其它技术。从图3能够看到，对应于自每次抽吸开始起在2ms和50ms之间的温升率的曲线301在抽吸X1和X2之间的变化最大，并且因此能够用于提供液体贮存部分中剩余的浮质形成基质的数量的最大分辨度（resolution）。这也允许在每次抽吸开始之后非常快速地计算剩余的浮质形成基质。
应当清楚的是，变空区域的开始点和变空区域中的温升率取决于浮质形成基质的成分和系统的物理特性（例如系统的尺寸）。因此，使用不同的装置设计或者不同的基质将改变装置在变空区域中的特性。决定贮存部分是“空”的阈值能够设定为适应于系统设计和使用的基质。
图3中示出的斜率测量的一种替代方案是在图2中的曲线下面进行积分。这可以在每次抽吸的0秒和0.2秒之间的同样时间范围内进行。与图2的测量相比，这是更为符合期望的测量，原因在于能够在仅0.2秒时间内进行测量并且因此能够更快地得到温度水平的变化。
因此，图2和图3表明，测量加热元件的温度或者测量温度变化率或者测量温度随着时间的积分，都能够足够精确地测量液体贮存部分的量已经减小至阈值的时间。
根据本发明的第一实施例，通过靠近加热元件测量温度确定液体贮存部分中的液体数量。如上文所讨论的那样，如果测量到的温度随着抽吸升高，这可以表明液体贮存部分为空或者近乎为空。
根据本发明的第一实施例，温度传感器设置在浮质产生系统中靠近加热元件的位置。电路能够监测温度传感器测量的温度，并且由此确定液体贮存部分中的液体数量。本实施例的优势在于不需要进行计算或者推导（derivation），这是因为温度传感器直接测量加热元件附近的温度。
一旦已经确定液体贮存部分中的液体数量已经减小至阈值时，可以采取多种行为，这将在下文中进行描述。
根据本发明的第二实施例，通过测量电加热元件的电阻来确定液体贮存部分中的液体的数量。如果加热元件具有电阻特性的适当温度系数（例如，见以下方程（5）），则电阻可以用于测量电加热元件的温度。
图4是标绘图，其示出了y轴上的电加热器的加热元件的电阻R与x轴上的加热元件的温度T的关系。如能够在图4中所见的那样，由于加热元件的温度T升高，电阻R也随之增大。在选择的范围（在图4中温度T1和T2之间和电阻R1和R2之间）内，温度T和电阻R可以相互成比例。
如关于本发明的第一实施例在上文所讨论的那样，如果液体贮存部分为空或者几乎为空，则不足量的液态浮质形成基质被供应至加热器。这将意味着任何毛细管吸液芯将变干，并且加热元件的温度将升高。图4表明，可以通过测量加热元件的电阻来确定这种温升，原因在于随着温度升高，所测量到的电阻也将升高。
图5是示意性电路图，其示出了如何根据本发明的第二实施例测量加热元件的电阻。在图5中，加热器501连接到电池503，所述电池503提供电压V2。在特定温度下测量到的加热器电阻是R加热器。与加热器501串联，具有已知电阻r的额外的电阻器503插接到接地和电压V2之间的电压V1。为了使用微型处理器507测量加热器501的电阻R加热器，能够确定通过加热器501的电流和加热器501两端的电压。然后，以下众所周知的方程能够用于确定电阻：
V=IR（1）
在图5中，加热器两端的电压是V2-V1，并且通过加热器的电流是I。因此：
R加热器=V2-V1/I（2）
再次使用上面的方程（1），利用电阻r已知的额外的电阻器505确定电流I。通过电阻器505的电流是I，并且电阻器505两端的电压是V1。因此：
I=V1/r
所以，组合（2）和（3）可以得到
R加热器=[（V2-V1）/V1]×r（4）
因此，微型处理器507能够使用浮质产生系统时测量V2和V1，已知r的值能够确定加热器在特定温度下的电阻R加热器。通过在液体贮存部分的使用寿命期间监测R加热器，能够确定R加热器的增大。因此，能够检测到电阻增大，电阻增大表示温度由于毛细管吸液芯变干而升高。
继而，下面的公式可以用于由在温度T下测量到的电阻R加热器确定温度T：
T=R加热器/(αR0)+T0-1/α（5）
其中α是加热元件材料的热阻系数,并且R0是加热元件在室温T0下的电阻。因此，能够检测温升，该温升对应于液体贮存区域为空或者近乎为空。
这个实施例的优势在于不需要体积庞大且成本高昂的温度传感器。
因此，能够测量到加热元件的温度。这可以用于确定液体贮存部分中的液体量何时减小至阈值，并且可以用于估算液体贮存部分中剩余的浮质形成基质的绝对数量。
在本发明的第三实施例中，浮质产生系统可以构造成在抽吸期间保持或者控制加热元件的温度，或者可以构造成将加热元件的温度限制至最高温度，以便避免不期望的化学降解。在这个实施例中，不是使用温度作为液体消耗水平的指示，而是可以使用保持预定温度所需的电力来计算液体贮存部分中的浮质形成基质的数量。例如，如果使用毛细管吸液芯，则随着吸液芯变干，将需要更小的功率来保持预定温度。
电力可以作为具有预定振幅的脉宽调制（PWM）波形提供给加热器。因而，电力波形的占空比（即，通电时间与断电时间的比）可以用作计算液体贮存部分中的浮质形成基质的量的参数。此外，可以将涉及功率与液体贮存部分中的浮质形成基质的量的经验数据存储在电路的存储器中。
在上述所有实施例中，一旦已经确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量何时减小至阈值，则可以采取一个或多个行为。可以停用电加热器。例如，可以触发一系统以使得无法使用液体贮存部分。例如，在确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量减小至阈值时，电路可以熔断电加热器的至少一个加热元件和电源之间的保险丝。保险丝可以设置为包括液体贮存部分的可移除部件的一部分。替代地，电路在确定在液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量减小至阈值时可以切断电加热器的至少一个加热元件和电源之间的开关。当然，停用加热器的替代方法也是可能的。停用电加热器的优势在于，此后不能再使用浮质产生系统。这使得用户不会吸入不具有期望特性的浮质。
在已经确定液体贮存部分中的液体数量何时减小至阈值之后，可以告知用户。例如，电路在确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量减小至阈值时可以告知用户液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量已经减小至阈值。例如，如果浮质产生系统包括用户显示装置，则其能够经由用户显示装置向用户指示液体贮存部分为空或者近乎为空，并且可以提供剩余抽吸的估算次数。作为替代方案或者附加方案，可以向用户提供液体贮存部分为空或者近乎为空的能够听得到的声音。告知用户液体贮存部分为空或者近乎为空的替代方案当然是可能的。告知用户的优势在于此后用户能够准备更换或者再填充液体贮存部分。
因此，根据本发明，电操作的浮质产生系统包括电路，所述电路用于确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量何时减小至预定阈值。已经参照图2至图5描述了确定液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量减小至预定阈值的多种方法。针对一个实施例描述的特征还可以应用于另一个实施例。

Claims (15)

1.一种电操作的浮质产生系统，所述电操作的浮质产生系统用于接收浮质形成基质，所述系统包括：
液体贮存部分，所述液体贮存部分用于贮存液态浮质形成基质；
电加热器，所述电加热器包括至少一个加热元件，用于加热所述液态浮质形成基质；和
电路，所述电路构造成根据施加到所述加热元件的电力和所产生的所述加热元件的温度变化之间的关系确定所述液态浮质形成基质的消耗。
2.根据权利要求1所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路构造成根据所确定的消耗估算所述液体贮存部分中的液态浮质形成基质的量。
3.根据权利要求1或2所述的电操作的浮质产生系统，所述电操作的浮质产生系统还包括用于测量所述至少一个加热元件的温度的温度传感器，并且其中，所述电路布置成监测所述至少一个加热元件的由所述温度传感器感测到的温度，并根据由所述温度传感器感测到的温度确定由所述加热器加热的所述液态浮质形成基质的消耗。
4.根据任意一项前述权利要求所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路布置成将预定电力施加到所述加热元件。
5.根据任意一项前述权利要求所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路布置成测量所述至少一个加热元件的电阻，以由测量到的电阻确定所述加热元件的温度。
6.根据权利要求5所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路布置成通过如下方式测量所述至少一个加热元件的电阻：测量通过所述至少一个加热元件的电流和所述至少一个加热元件两端的电压，并通过测量到的电流和电压确定所述至少一个加热元件的电阻。
7.根据任意一项前述权利要求所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路布置成通过如下方式确定被所述加热器加热的液态浮质形成基质的消耗：在所述液体贮存部分中的所述液态浮质形成基质被消耗时，在接连的加热周期期间监测感测到的或者确定的温度的升高。
8.根据任意一项前述权利要求所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路布置成通过如下方式确定被所述加热器加热的液态浮质形成基质的消耗：在所述液体贮存部分中的所述液态浮质形成基质被消耗时，在接连的加热周期期间监测在每个加热周期的一部分期间感测到或者确定的温度的升高率。
9.根据任意一项前述权利要求所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路布置成通过如下方式确定被所述加热器加热的液态浮质形成基质的消耗：在所述液体贮存部分中的所述液态浮质形成基质被消耗时，在接连的加热周期期间监测在每个加热周期的一部分期间感测到或者确定的温度的时间积分值的增大。
10.根据权利要求1所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电路布置成将所述加热元件的温度限制至最高温度，并且布置成通过监测为了保持所述最高温度而施加到所述加热元件的电量来确定由所述加热器加热的所述浮质形成基质的消耗。
11.根据任意一项前述权利要求所述的电操作的浮质产生系统，其中，所述电操作的浮质产生系统还包括毛细管吸液芯，所述毛细管吸液芯用于将所述液态浮质形成基质从所述液体贮存部分运送至所述电加热器。
12.一种方法，包括：
提供电操作的浮质产生系统，所述电操作的浮质产生系统包括：液体贮存部分，其用于贮存液态浮质形成基质；和电加热器，所述电加热器包括用于加热所述液态浮质形成基质的至少一个加热元件；和
根据施加到所述加热元件的电力和所产生的所述加热元件的温度变化之间的关系，确定由所述加热器加热的所述液态浮质形成基质的消耗。
13.一种用于电操作的浮质产生系统的电路，所述电路布置成实施权利要求12所述的方法。
14.一种计算机程序，当运行在用于电操作的浮质产生系统的能够编程的电路上时，所述计算机程序致使能够编程的电路实施权利要求12所述的方法。
15.一种计算机可读存储介质，其存储有根据权利要求14所述的计算机程序。
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