CN109561733B - 用于加热可抽吸材料的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于控制在用于加热可抽吸材料的装置中的加热器配件的方法和设备。该方法包括利用加热器的控制回路，该控制回路以一个或多个连续控制时段来执行步骤。该控制步骤包括基于配置为加热可抽吸材料的装置的区域的当前温度变化率、目标温度和当前温度，来确定加热器配件的加热元件的当前剩余接通时间。

Description

用于加热可抽吸材料的设备
技术领域
本发明涉及用于加热可抽吸材料的设备。
背景技术
诸如香烟、雪茄等燃烧烟的制品在使用期间燃烧烟草以产生烟草烟雾。已经尝试通过创造在没有燃烧的情况下释放化合物的产品来提供这些制品的替代品。这种产品的实例是所谓的“加热不燃烧”产品或烟草加热器装置或产品，其通过加热但不燃烧材料来释放化合物。该材料可以是例如烟草或其它非烟草产品，其可以含有或不含有尼古丁。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种用于控制设备中的加热器配件的方法，所述设备用于加热可抽吸材料以挥发可抽吸材料的至少一种成分，所述方法包括：使用加热器控制回路以控制加热器配件的加热元件，从而将设备的加热区域加热到目标温度，其中，控制回路包括以一个或多个连续的控制时段来执行以下步骤：确定区域中的当前温度；确定该区域的当前温度变化率；并且基于该区域的当前温度变化率、目标温度和当前温度，确定加热器配件的加热元件的当前剩余接通时间，以用于将该区域加热到目标温度。
本发明的第二方面提供了一种用于加热可点燃抽吸材料以挥发可点燃抽吸材料的至少一种成分的设备，该设备包括：加热器配件，包括加热元件；控制器，被配置为利用加热器控制回路来控制加热器配件的加热元件，从而将设备的区域加热到目标温度，其中，控制回路包括以一个或多个连续的控制时段执行以下步骤：确定区域中的当前温度；确定该区域的当前温度变化率；并且基于该区域的当前温度变化率、目标温度和当前温度，确定加热器配件的加热元件的当前剩余接通时间，以用于将该区域加热到目标温度。
本发明的第三方面提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，包括存储在其上的一组计算机可读指令，其中，当该一组计算机可读指令由处理系统执行时，使所述处理系统执行控制在设备中的加热器配件的方法，所述设备用于加热可抽吸材料以挥发所述可抽吸材料的至少一种成分，所述方法包括：使用加热器控制回路来控制所述加热器配件的加热元件，以将所述设备的区域加热到目标温度，其中，所述控制回路包括以一个或多个连续的控制时段执行以下步骤：确定所述区域内的当前温度；确定所述区域的当前温度变化率；以及基于所述区域的当前温度变化率、目标温度和当前温度，确定所述加热器配件的加热元件的当前剩余接通时间，以用于将所述区域加热到所述目标温度。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了用于加热可抽吸材料的设备的示例的透视图；
图2示出了具有插入的可消耗制品的图1的设备的横向截面图；
图3示出了图1的设备的横向截面图，其中没有插入的可消耗制品；
图4示出了图1的设备的侧面透视图，其中未示出部分外部面板以示出该设备的内部部件；
图5a示出了图1的设备的内部部件的侧视图；
图5b示出了图1的设备的内部部件的第一透视图；
图5c示出了图1的设备的内部部件的第二透视图；
图5d示出了图1的设备的内部部件的端视图；
图6示出了图1的设备的替代的内部部件的端视图；
图7示出了用于加热可抽吸材料的设备的前面板的平面图；
图8示出了图7的前面板的侧视图；
图9示出了图7的前面板的透视图；
图10示出了具有插入的可消耗制品的图7的前面板的平面图；
图11示出了用于加热可抽吸材料的设备的加热器配件的透视图；
图12示出了目标的时间变化及相应的在图11的加热器配件内测量的温度的图表；
图13示出了用于加热可抽吸材料的设备的替代的加热器配件的透视图；
图14示出了图13的加热器配件内的两个目标的时间变化及相应的测量温度的图表。
具体实施方式
本文中使用的术语“可抽吸材料”包括在加热时通常以气溶胶形式提供挥发成分的材料。“可抽吸材料”包括任何含烟草材料并且例如可以包括烟草、烟草衍生物、扩展的烟草、重组烟草或烟草替代物中的一个或多个。“可抽吸材料”也可包括根据产品可包含或不包含尼古丁的其他非烟草产品。“可抽吸材料”可例如是固体、液体、凝胶或蜡等的形式。“可抽吸材料”也可为例如材料的组合或混合物。
已知的设备在未燃烧或焚烧可抽吸材料的情形下加热可抽吸材料并使可抽吸材料的至少一种成分挥发以便典型地形成可被吸入的气溶胶。该设备有时被描述为“热非燃烧”设备或“烟草加热产品”或“烟草加热装置”等。类似地，也存在所谓的电子烟设备，所述设备使可包含或不包含尼古丁的液态形式的可抽吸材料蒸发。可抽吸材料可以是可被插入设备的杆、筒或匣等的形式或者被设置成为杆、筒或匣的一部分。用于加热或使可抽吸材料挥发的加热器配件可被设置为设备的“永久”部分或者可被设置为在使用后丢弃及替换的吸烟制品的一部分或可消耗制品。“吸烟制品”在下文中是在使用时包括或包含可抽吸材料的设备或制品或其他组件，所述设备或制品或其他组件在使用时被加热而使可抽吸材料及可选的其他成分挥发。
参考图1到图4，示出了被设置为加热可抽吸材料以使得能够挥发可抽吸材料的至少一种成分的设备1的示例，通常形成可吸入的气溶胶。设备1是加热设备1，其通过加热但不燃烧可抽吸材料来释放化合物。
第一端3在本文中有时称为设备1的嘴端或近端3，第二端5在本文中有时称为设备1的远端5。设备1具有开/关按钮7允许设备1作为整体根据使用者的需要接通和断开。
设备1包括壳体9，壳体9用于定位和保护设备1的各种内部部件。在示例中，壳体9包括一体式套管11，一体式套管11围住设备1的外围，顶盖板17通常限定设备1的顶部，底板19一般限定设备1的底部。在另一个示例中，壳体包括前面板、后面板和一对相对的侧面板以及顶板17和底板19。
顶板17和/或底板19可以可拆卸地固定到一体式套筒11上，用于允许容易地进入设备1的内部，或者顶板17和/或底板19“永久地”固定在一体式套筒11上，例如用于阻止使用者进入到设备1的内部。在一个示例中，面板17和19由塑料材料制成，包括例如通过注射成型形成的玻璃填充尼龙，并且一体式套管11由铝制成，但是可以使用其他材料和其他制造工艺。
设备1的顶板17在设备1的嘴端3处具有开口20，在使用中，使用者可以通过该开口20将包含可抽吸材料的可消耗制品21插入设备1并从设备1移除。
在壳体9中设置或固定有加热器配件23、控制电路25和电源27。在该示例中，加热器配件23、控制电路25和电源27横向相邻(即，从一端部观察时相邻)，控制电路25通常位于加热器配件23和电源27之间，但是其他位置也是可能的。
控制电路25可以包括控制器，例如微处理器配件，配置并设置成控制加热可消耗制品21中的可抽吸材料，如下面进一步讨论。
电源27例如可以是电池，可以是可充电电池或不可充电电池。合适的电池示例包括例如锂离子电池、镍电池(例如镍镉电池)、碱性电池和/或类似电池。电池27电连接到加热器配件23，由控制电路25控制在需要时提供电能，用于加热消耗品中的可抽吸材料(如所讨论的，使可抽吸材料挥发而不会使可抽吸材料燃烧)。
将电源27定位在与加热器配件23横向相邻位置的优点在于可以使用物理上过大的电源27，而不会使设备1整体上过长。可以理解的是，通常物理上过大的电源27具有更高的容量(即，可以提供的总电能，通常以安培-小时等的单位测量)并且设备1的电池寿命因此可以更长。
在一个示例中，加热器配件23通常为中空圆柱形管的形式，具有中空的内部加热室29，在其中，插入包含可抽吸材料的可消耗制品21并在使用中加热。加热器配件23可能有不同设置。例如，加热器配件23可以包括单个加热元件，或者可以由沿加热器配件23的纵轴排列的多个加热元件组成。该加热元件或每个加热元件可以是环形的或管状的，或者围绕其周缘至少部分环形或部分管状。在一个示例中，该加热元件或每个加热元件可以是薄膜加热器。在另一个示例中，该加热元件或每个加热元件可以由陶瓷材料制成。适当的陶瓷材料的示例包括可以被层压和烧结的氧化铝、氮化铝和氮化硅陶瓷。其他加热器配件也是可能的，包括例如感应加热，通过发射红外辐射加热的红外加热器元件，或者通过例如电阻式电绕组形成的电阻式加热元件。
在一个特定示例中，加热器配件23由不锈钢支撑管支撑并且包含聚酰亚胺加热元件。加热器配件23的尺寸被设计成使得可消耗制品21被插入设备1中时，在使用中可抽吸材料大体上全部都被加热。
该加热元件或每个加热元件可以被设置成使得可抽吸材料的选定区域可被独立地加热，例如可以根据需要依序(在一段时间内)或一起(同时地)被加热。
在该示例中，加热器配件23沿其长度的至少一部分被绝热器31包围。绝热器31有助于减少热从加热器配件23通过到设备1外部。因为这通常减少热损失，因此这有助于保持加热器配件23的电力需求低。绝热器31也有助于在加热器配件23运行期间保持设备1的外部冷却。在一个示例中，绝热器31可为双壁套筒，所述套筒在套筒的两个壁之间提供低压区域。即，绝热器31可为例如“真空”管，即已至少部分地抽真空以减少因传导及/或对流的热传送的管。绝热器31的其他配置是可能的，包括使用热绝缘材料，除了双壁套筒以外或取代双壁套筒，使用例如适当发泡型材料。
壳体9可进一步包括各种内部支撑结构37(由图4最佳所见)，用于支撑所有内部部件以及加热器配件23。
设备1进一步包括：套环33，围绕开口20延伸并从开口20伸入壳体9的内部；一个通常为管状的腔室35，位于套环33和真空套管31的一端之间；
腔室35的一端连接到套环33并由套环33支撑，腔室35的另一端连接到真空套管31的一端，并由此支撑真空套管31。从而如图3中最佳所见，套环33、腔室35和真空套管31/加热器配件23同轴设置，如图2中最佳所见的，使得当可消耗制品21插入设备1中，延伸通过套环33和腔室35并进入加热器室29中。
如上所述，在该示例中，加热器配件23通常为中空圆柱管的形式，并且该管通过腔室35和套环33与设备1的嘴端3处的开口20流体地连通。
现在参考图5a至5d，在该示例中，腔室35包括管状主体35a，该管状主体35a具有第一开口端35b和第二开口端35c。管状主体35a包括第一部分35d和第二部分35e，第一部分35d从第一开口端35b延伸到管状主体35a的大约一半处，第二部分35e从管状主体35a的大约一半处延伸到第二开口端35c。第一部分35d的内径大致恒定，第二部分35e的内径朝第二开口端35c方向逐渐变细。
腔室35进一步包括冷却结构35f，在该示例中，该冷却结构35f包括沿主体35a间隔开的多个冷却翅片35f，每个冷却翅片围绕主体35a被沿圆周设置。
腔室35还3包括围绕第二开口端35c的凸缘部分35g和同样围绕第二开口端35c设置的多个凸起或夹子35h。每个夹子35h通常为“L”形，并且包括第一部分35h1和第二部分35h2，该第一部分连接到凸缘部分35g，该第二部分通常垂直于第一部分35h1并且在大致平行于管状主体35a的纵向轴线的方向上延伸。每个第二部分35h2包括阶梯表面35i，该阶梯表面35i面向沿着管状主体35a的纵向轴线延伸的轴线，并且该阶梯表面35i略微弯曲。
如图3中最佳所见，在该示例中，腔室35在壳体9中，位于套环33和真空套管31/加热器23之间。更具体地说，(i)在第二端35c处，夹子35h通过它们的阶梯表面35i和聚酰亚胺管弹性接合，夹子的外表面与真空套管31的内部配合，从而凸缘35g与加热器配件23的聚酰亚胺管的一端邻接(ii)在第一开口端35b处，腔室35通过脊部60连接到套环33，脊部60构成套环33的一部分并且延伸到腔室35中。脊部60的角度被设定成沿着从套环33的第一端62朝向套环的第二端63的轴线，该轴线沿着套环33和腔室35的纵向轴线延伸。这些脊部与腔室35的内表面紧密贴合，以形成合适的配合。
从图2可以最好地理解，中空腔室35的第一部分35d的内径大于可消耗制品21的外径。因此，当可消耗制品21插入设备的长度至少超过空腔35的一部分时，在空腔35和消耗品21之间存在气隙36。该空气间隙36在该区域内围绕可消耗制品21的整个周围。
如图5c和图5d中最佳所见，在第二开口端35c处，腔室35包括多个(在该示例中为3个)小凸起或脊部35j，在第二开口端35c的外围处围绕腔室35的内表面周向设置。每个凸起35j在平行于腔室35的纵向轴线的方向上延伸一小段距离，并且还在第二开口端35c处径向向外延伸少量。各凸起35j一起构成用于夹持可消耗制品21的夹持部分，使得可消耗制品21在设备1内时，其位于腔室35内的部分被正确地定位并保持。在它们之间，凸起35j在与可消耗制品21接触的区域中轻轻地压缩或夹紧可消耗制品21。凸起35j可以由弹性材料构成(或者是以其它方式具有弹性)，使得它们在消耗品21插入设备1时稍微变形(例如压缩)以更好地抓住消耗品21，然后当可消耗制品21从设备1移除时恢复其原始形状。凸起35j可以与腔室35一体地形成，或者可以是连接在腔室35内的单独元件。凸起圆周的内径例如可以是5.377mm。
在图6所示的替代示例中，空腔35内的弹性夹紧部分35k形成一个大致为椭圆形的孔35l，该孔可以沿着空腔35的纵轴延伸，并且当可消耗制品21插入设备1中时，该孔轻轻地压缩或夹紧可消耗制品21的位于椭圆形孔35l中的部分，使得可消耗制品21的该部分的横截面从圆形变为椭圆形。在另一示例中，可以在椭圆形孔35l的表面添加小凹槽(未示出)，其将与可消耗制品21而不是椭圆形孔351的整个表面区域干涉。这将使各种可消耗制品元件(烟草，接装纸，纸管)穿过夹持部分35k的插入/移除的灵敏度最小化。
在另一个例子中，凸起35j和椭圆形夹紧部分35k的组合可以用于将可消耗制品21保持在中空腔室35中。例如，椭圆形夹持部分35k和凸起35j可以在中空腔室35中纵向间隔开设置，并且单独起作用以将插入的可消耗制品21保持在适当位置，或者，凸起35j可以围绕椭圆形夹紧部分35k的表面设置。
腔室35例如可以由塑料材料形成，例如包括聚醚醚酮(PEEK)。
再次参考图2至图4，在一个示例中，加热室29具有内径向远端5方向减小的区域38。该区域38为通过嘴端3处开口的可消耗制品21提供端止动。该内径减小的区域38例如可以是，由我们于2015年6月26日提交的共同未决的美国临时专利申请62/185,227中详细描述的这类中空管，其全部内容通过引用并入本文。
设备1可以进一步包括位于远端5的门39，门39打开和关闭后面板中的开口，以提供进入加热室29的入口，从而可以清洁加热室。在我们的共同未决申请62/185,227中也更详细地讨论了合适的门的示例。
特别地参考图7至图10，示出了设备1的顶板17的示例。顶板17大致形成设备的壳体9的前端3。顶板17支撑套环33，套环33形成用于限定插入点的开口20，在使用中可消耗制品21通过该开口可去除地插入设备1中。
套环33围绕开口20延伸并从开口20伸入到壳体9的内部。在一个示例中，套环33与壳体的顶板17形成整体，因此套环33和顶板17形成一个单件。在可替代的示例中，套环33是与顶板17不同的元件，但是可以通过附接件(例如锁定机构、粘合剂、螺钉)附接到顶板17。也可以使用其他适合于将套环33附接到顶板17的附件。
在该示例中，套环33包括多个脊部60，脊部60围绕开口20的外围周向设置并且伸向开口20中。脊部60占据开口20内的空间，使得开口20在有脊部60的位置的开口跨度小于在没有脊部60的位置的开口跨度。脊部60被设置成与插入设备中的可消耗制品21相接合，以帮助将其固定在设备1内。
在一个示例中，脊部60围绕开口20的外围沿周向等距间隔开。在一个示例中，有四个脊部60，在其他示例中，可以有多于或少于四个的脊部60。
图10示出了设备的顶板17的平面图，其中可消耗制品21插入开口20中。脊部60突出到开口20中与可消耗物品21接合。由相邻的一组脊部60和可消耗制品21限定的开放空间61形成围绕可消耗制品21外部的通风路径61。如将在下文更详细地解释的，这些通风路径61允许从可消耗制品21逸出的热蒸气离开设备1并允许冷却空气流入设备1围绕消耗品21。图10中的示例示出了围绕可消耗物品21的外围设置的四个通风路径61，该通风路径为设备1提供通风，尽管可能存在更多或更少的这种通风路径61。
如上所述，脊部60径向突出到开口20中，如从图8可以被最佳理解,它们也从顶板17延伸到壳体9中。脊部60突出部的朝向彼此构成角度，使得当脊部60延伸到壳体中时，脊部60之间的距离减小。如图3中最佳所见，脊部60突出到壳体中，通过脊部60延伸穿过腔室35的第一开口端35b并与腔室35的内壁接合，使得套环33能够与腔室35相连接。
再次详细地参考图2，在一个示例中，可消耗制品21的形状是圆柱形杆状，在其后端含有或包含可抽吸材料21a，当可消耗物品21插入设备1时，其后端部分位于加热器配件23内。可消耗制品21的前端从设备1延伸并用作嘴件21b，嘴件21b包括用于过滤气溶胶的过滤器和/或用于冷却气溶胶的冷却元件21c中的一者或多者。过滤器/冷却元件21c与可抽吸材料21a隔开一空间21d，并且还与嘴件21b的端部间隔开另一空间21e。可消耗制品21被一外层周向地包裹(未示出)。在一个示例中，可消耗制品21的外层是可渗透的，以允许一些被加热的来自可抽吸材料的挥发组分逸出可消耗物品21。
在操作中，加热器配件23将加热可消耗制品21以使可抽吸材料21a的至少一种成分挥发。
来自可抽吸材料21a的加热的挥发成分的主要流径轴向穿过可消耗制品21，通过空间21d，过滤器/冷却元件21c和另外的空间21e，然后通过嘴件21b的开口端进入使用者的嘴部。然而，一些挥发成分可以通过可消耗制品21的可渗透的外层逸出，并进入腔室35中的可消耗制品21周围的空间36。
通过可消耗制品21流入腔室35的挥发成分被使用者吸入是不希望的，因为这些成分不会通过过滤器/冷却元件21c，因此是未过滤的且未冷却的。
有利的是，腔室35中的可消耗制品21周围的空气体积和腔室35的翅片冷却内壁导致至少一些通过可消耗物品21的外层逸出的挥发成分被冷却并凝结在腔室35的内壁上，以防止那些挥发成分可能被使用者吸入。
该冷却效果可以通过冷空气辅助，该冷空气能够经由通风路径61从设备1外部进入腔室35中的可消耗制品21周围的空间36中，该通风路径允许流体流入和流出设备。通风路径61由多个相邻脊部60中一对脊部限定，以在插入点处围绕可消耗制品21的外部提供通风。
在一个示例中，第二通风路径61设置在第二对相邻脊部之间，用于在第二位置处至少一种加热的挥发成分从可消耗制品21中流出。因此，在插入点处通过第一和第二通风路径61围绕可消耗制品21的外部提供通风。
进一步地，通过可消耗制品21的外层逸出的加热的挥发成分，不会在腔室35的内壁上凝结，并且能够通过通风路径61安全地流出设备1，而不被使用者吸入。
腔室35和通风都有助于降低温度和从加热的可抽吸材料中的挥发成分中释放的水蒸气组合物的含量。
现在将详细描述基于斜率的加热器控制方案(控制回路)的示例。基于斜率的加热器控制回路可以由包括在控制电路25中的控制器实现，用于控制加热器配件23的操作以加热加热室29的区域。
如上所述，加热器配件23可以由多个加热元件形成。加热器配件23的不同加热元件可以由控制器单独控制。
现在参考图11，在该示例中，加热器配件23包括加热元件23a，加热室29包括由加热元件23a加热的加热区域29a。在该示例中，加热元件23a用于加热位于加热区域29a内的可抽吸材料。加热元件23a具有与其相关联的相应温度传感器111a。在该示例中，控制器使用来自传感器111a的温度测量值来控制加热元件23a的操作。
在该示例中，加热元件23a被配置为增加其温度，从而在运行时增加加热区域29a内的温度。加热元件23a工作的状态被称为加热元件23a接通的状态。相反，当加热元件23a不工作时，它被称为断开状态。接通加热元件23a的持续时间在下文中将称为加热元件的持续时间。
在该示例中，控制器通过控制一开关(未示出)来实现对加热元件23a的控制，开关被配置成打开或断开加热器。
用于基于斜率的加热器控制回路的温度传感器111a可以是任何合适的温度传感器。在一个示例中，温度传感器111a是电阻温度检测器或热电偶。在一个示例中，温度传感器111a是能够检测至少达到300℃的温度的传感器。
在该示例中，控制器与温度传感器111a进行数据通信，并且被配置为从加热元件23a内的温度传感器111a获取温度测量值。控制器通过在第一给定时间间隔从温度传感器111a获取温度测量值来确定区域29a的当前温度。在该示例中，第一给定时间间隔是规则的时间间隔。在一个特定示例中，控制器每隔例如10ms从温度传感器111a获取温度测量值。除10ms外的其他任何规则时间间隔是可能的。在其他示例中，第一给定时间间隔是不规则的时间间隔。在一个示例中，控制器按照每10ms获取一次测量值，获取多个温度测量值，并且停止获得任何进一步的温度测量值，直到在最新一次温度测量值后大约晚于10ms的时间。
在下文中，在该示例中，假设第一给定时间间隔，即控制器监测由温度传感器111a测量的温度的时间间隔，是持续10ms的规则时间间隔。
第一给定时间间隔定义了控制器从温度传感器111a获取温度测量值的频率。即确定加热区域29a内的温度的频率。
在一个示例中，控制器基于从温度传感器111a在第一给定时间间隔获取的多个温度测量值来计算温度随时间的变化率，换言之就是“温度斜率”。该温度斜率使用加热元件23a接通时获得的温度测量值来计算。该计算出的温度斜率对应于加热元件23a接通时加热区域29a中的温度变化率。在该示例中，控制器基于两个温度测量值来计算温度斜率。如果加热器元件的接通时段是300ms，控制器可以使用300ms时段开始时获得的温度测量值，以及300ms时段结束时获得的温度测量值，从而计算该温度斜率。在其他示例中，控制器使用加热器元件接通时段的任何适当的时间间隔计算温度斜率。在该示例中，控制器通过使用从温度传感器111a获得的最新的加热器元件接通时段的温度测量值来确定区域29a的当前温度变化率。
在该示例中，控制器使用以下公式计算斜率：
Figure BDA0001960039100000141
其中，T2示在由t2表示的时间获取的温度测量值，并且T1表示在由t1表示的时间获取的温度测量值(其中t2是晚于t1的时间)。在该示例中，(t2-t1)是加热元件持续期间的时间间隔，所计算的斜率提供加热元件23a在接通时能够实现的温度变化率的指示。
在一个示例中，控制器设定一个温度设定点，该温度设定点是在设备1的使用期间加热区域23a所期望的目标温度。该目标温度可取决于加热区域29a内的可抽吸材料21a如何被加热。在该示例中，该温度设定点是160℃至240℃之间的一个温度。控制器还可以在设备1的使用期间改变温度设定点。
在该示例中，在设备1的使用期间开始时，控制器将一个温度设定点设定在160℃和240℃之间，并且接通加热元件23a。一旦加热元件23a接通，控制器就如上文所述地重复确定区域29a的当前温度和区域29a的当前温度斜率。
在该示例中，如果当前温度小于目标温度，则控制器继续计算加热元件总的期望持续时间，换句话说，加热元件23a的剩余接通时间，在该时间内，应当接通加热元件23a使得区域29a的温度使用当前温度斜率和温度达到目标温度。换句话说，剩余接通时间是加热元件23a实现从当前温度到温度设定点的温度变化所需要的操作时间。在该示例中，当前温度被认为是控制器从温度传感器111a获取的最新温度测量值。
剩余接通时间，可以通过将加热元件23a接通时预期实现的斜率设定为如上文所述的使用由在加热元件接通时控制器从温度传感器111a获得的温度测量值计算的斜率来计算。
剩余的接通时间可以表示为ton＝ttarget-tc，其中tc表示当前时间，ttarget表示预期达到温度设定点/目标温度的时间。以下的公式可用于计算达到目标温度的预计剩余接通时间：
Figure BDA0001960039100000151
Figure BDA0001960039100000152
在以上的公式中，Tc表示在时间tc测量的温度，Ttarget是在时间tc后的的时间toff所达到的预期的温度设定点/目标温度。下标“c”表示Tc和tc分别与区域29a的当前温度和当前时间有关。
在该示例中，控制器通过重复执行确定加热区域29a的当前温度Tc的步骤来实现基于斜率的加热器控制回路，确定区域29a的当前温度斜率，并且如果当前温度Tc低于目标温度Ttarget，则确定如上所述的加热元件23a的剩余接通时间ton。这些步骤在下文中将被称为控制步骤。
在一个示例中，控制器以第二给定时间间隔重复上述步骤。在该特定示例中，控制器每隔300ms执行这些步骤。第二给定时间间隔因此定义了基于斜率的加热器控制回路的控制时段。应当理解的是，在大多数示例中，第二给定时间间隔(控制时段)将大于控制器从温度传感器111a获取温度测量值的第一给定时间间隔。
在该示例中，控制器被配置为在所确定的剩余接通时间ton内控制加热元件23a接通。如果确定的剩余接通时间ton大于控制时段，加热元件23a在控制时段的整个持续时间内保持接通，并且在控制时段结束时，控制器重复控制步骤。然而，如果剩余接通时间ton在控制时段内到期，则控制器断开加热元件23a。例如，如果控制时段长度是300ms，并且确定的剩余接通时间ton是200ms，则控制器在300ms控制时段期间内，一旦200ms的加热元件接通时间到期就断开加热元件23a。因此在这300ms的间隔内，加热元件在间隔的一部分接通，但在相同间隔的另一部分接通。在这样的控制时段结束时，并且在随后的控制时段开始时，控制器确定当前温度Tc，并且如果当前温度Tc小于目标温度Ttarget，则控制器重新接通加热元件23a并根据当前温度斜率，当前温度Tc和目标温度Ttarget计算剩余接通时间。此后，由于加热器接通，控制器通过应用上述控制步骤控制加热元件23a的操作。
上述基于斜率的控制回路的实施例具有随着接近目标温度而减慢区域29a的温度变化的效果。当剩余接通时间ton变得短于控制时段时，由于加热元件23a在一部分控制时段内被断开，因此区域29a的温度随时间的变化变得慢于温度斜率。通过这种方式，达到目标温度Ttarget时温度Tc不会在目标温度Ttarget上方过冲(overshoot)太多。
在该示例中，一旦达到目标温度Ttarget，控制器就实现保持温度模式，在该模式下，控制器控制加热元件23a，以便将区域29a保持在目标温度Ttarget。当当前温度Tc等于或高于目标温度Ttarget时，控制器断开加热元件23a。在保持温度模式下，控制器接通加热元件23a，除了如果当前温度Tc为低于设定点Ttarget至少一第一温度阈值外，还要满足以下列出的一个或多个条件：
(i)当前温度Tc低于之前的温度测量值；
(ii)加热元件23a已经断开时间超过一第一时间阈值，并且当前温度Tc为低于目标温度Ttarget至少一第二温度阈值；并且
(iii)已经经过的加热元件23a断开时间大于第二时间阈值。
在一个示例中，第一温度阈值可以是1℃，使得如果当前温度Tc低于设定点Ttarget1℃以上，并且低于之前的温度测量值时，控制接通加热元件。在一个示例中，第一时间阈值可以是300ms并且第二温度阈值可以是10℃，使得如果加热元件23a断开时间已经大于300ms，并且当前温度比设定点Ttarget低至少10℃，控制器可以接通加热元件23a。在一个示例中，第二时间阈值可以是500ms，使得如果加热元件23a断开时间已经大于500ms，并且满足温度比设定点Ttarget低至少1℃的情况，控制器可以接通加热元件23a。控制器从而可以在保持温度模式下将当前温度基本保持在温度设定点。也就是说，控制器被配置为一旦达到温度阈值就保持温度阈值。应当理解的是，每次加热元件23a接通时，控制器执行控制步骤并实现基于斜率的控制回路。
如前文所述，在设备1的操作期间，控制器可以改变目标温度Ttarget。在一个示例中，控制器根据期望的温度曲线改变目标温度Ttarget，温度曲线是温度作为时间的函数(时间温度曲线)。在另一个示例中，控制器根据各种其他因素改变目标温度Ttarget，例如，从开始使用可抽吸材料加热器配件1所经过的时间，保留在腔室29中的可抽吸材料的余量等。
在该示例中，如果控制器增加目标温度Ttarget且当前温度Tc小于目标温度Ttarget，控制器接通加热元件23a并使用上述基于斜率的控制方案以达到目标温度Ttarget。另一方面，如果控制器降低目标温度Ttarget，加热元件23a断开直到温度Tc降低到目标温度Ttarget以下，此后，加热元件23a基于上述条件列表被接通，以便加热器在保持温度模式期间被接通。
现在将参考图12描述基于斜率的加热器控制的具体示例。图12示出了加热元件23a的目标温度Ttarget作为时间的函数，以及控制器从温度传感器111a获得的当前温度Tc作为时间的函数。控制器每10ms从温度传感器获取温度测量值。在使用装置1的开始阶段时，接通加热器以加热该加热区29a中的可抽吸材料21a。在该示例中，目标温度Ttarget设置为240℃。控制器在0s时从温度传感器111a获得的温度是72℃。控制器实现基于斜率的加热器控制，以达到目标温度Ttarget。测量温度Tc的121部分示出了在实施基于斜率的控制期间朝向设定点的温度变化。由于确定的剩余接通时间随着目标温度Ttarget逐渐接近变得比控制时间(本示例中是300毫秒)短，可以看出，当测量温度Tc接近目标温度Ttarget时，加热区23a的测量温度的整体变化随时间减少。这可以在图12的测得的温度Tc的121部分最容易地看出，目标温度Ttarget的接近温度是240℃。换句话说，测量温度的Tc的时间演变随着Tc接近目标温度Ttarget而变平。当前测量温度Tc的122部分示出了在控制温度模式下，控制器将温度保持在目标温度Ttarget 240℃。在设备1的操作开始145秒后时，控制器将目标温度Ttarget降低到220℃。如123所示，然后控制器切断加热元件23a并且测量的当前温度Tc随时间降低，直到测量的当前温度Tc低于新的更低的目标温度Ttarget 220℃。如124部分所示，一旦达到新目标温度Ttarget 220℃，控制器就开始保持温度模式。如前文所述，控制器可以配置成单独控制多个加热元件23a和23b，从而控制相应的多个加热区域29a和29b中的温度。在一个示例中，如图13所示，加热器配件23包括两个加热元件23a和23b，加热室29包括两个加热区域29a和29b，加热元件23a和23b分别用于加热位于加热区域29a和29b内的可抽吸材料。在图13的示例中，控制器被配置为基于分别从传感器111a和111b获取的温度测量值来控制加热元件23a和23b的操作。
在一些示例中，控制器通过为每个加热元件23a和23b实施单独的控制回路/方案来控制多个加热元件23a和23b的操作。在图13的示例中，控制器使用来自每个相应加热元件的温度传感器111a和111a的温度测量值给每个加热元件23a和23b使用上述基于斜率的加热器控制回路。可以为每个加热元件23a和23b提供开关(未示出)，每个开关被配置为将其相应的加热元件从断开状态切换到接通状态，反之亦然。控制器可以通过控制其相应的开关来接通和断开每个加热元件23a和23b，从而控制每个加热元件23a和23b。每个加热元件的相应控制回路的输出可以控制配置成控制加热元件23a和23b的相应开关。在一个示例中，每个控制回路的输出为每个相应的加热元件23a和23b启用或禁用控制器上的引脚(pin)。
在一个示例中，允许控制器控制加热元件23a和23b的开关是晶体管或任何其他适于执行开关功能的电子器件。可以提供一个主开关，用于启用或禁用每个相应加热元件的独立开关。
图14示出了控制器对两个加热元件23a和23b的操作的控制。可以分别为每个加热元件23a和23b设定目标温度Tatarget和Tbtarget。测量的当前温度Tac和Tbc由控制器从与每个加热元件23a和23b相关联的温度传感器111a和111b获得。在该示例中，设定点目标温度Tatarget和属于区域29a相应的加热元件23a的当前温度Tac的时间演变如先前关于图12所述。区域23b的目标温度Tbtarget最初为零；然而如当前温度Tbc的141部分所示，当前温度Tbc逐渐增加，而目标温度Tbtarget保持为零。这可以被认为是由于相邻的加热元件23a(和区域29a)的温度Tatarget增加的影响，由控制器控制元件23a的操作，以使元件23a加热达到目标温度。当目标温度Tbtarget设置为非零值时，区域29b的当前温度Tbc的表现与图12描述的情况相似。
具有至少一个温度传感器111a和111b，与加热器配件23的多个加热元件23a和23b中的每一个相关联，从而分别对应区域29a和29b的当前温度Tac和Tbc，使得控制器可以单独控制加热元件23a和23b的操作，当前温度Tac和Tbc基于来自与元件23a和23b相关联的至少一个温度传感器111a和111b的温度测量值，这可以允许将控制腔室29作为整体更好地整体控制其内的温度，以及被加热的可抽吸材料21a的体积。此外，控制器可以以受控的顺序沿着腔室29的长度加热可点燃抽吸材料21a。例如，参考图13，控制器可以在初始加热元件23b的操作之前操作加热元件23a一段时间。在该示例中，控制器可以通过在不同时间为每个区域设置合适的目标温度来依次操作元件23a和23b。
在多个加热元件23a和23b中的每一个中设置至少一个温度传感器111a和111b还可以提供对失控加热元件的故障保护。例如，如果加热元件23a中的温度传感器111a停止工作并且不测量温度值，控制器可能继续操作加热元件23a以试图达到其目标温度Tatarget。加热元件23a可能因此处于远高于预期的温度，例如，加热元件23a的温度可能超过240℃。在该示例中，由于来自失控区域23a的热量，相邻加热元件23b中的温度传感器111b也可能检测到高于预期的温度。在一个示例中，控制器将从元件23b中的温度传感器获取的温度测量值与基于提供给元件23b的当前功率所预期的温度进行比较，以确定相邻加热器失控的可能性。控制器还可以执行这种比较，以检测加热室29内的其他故障或不希望的状况。
基于斜率的加热器控制方案/回路可以提供不需要在可抽吸材料加热器装置1的使用期间或使用期之间调节控制参数的优点。在这方面，基于斜率的加热器控制回路可以提供比例如是比例积分微分(PID)控制回路更简单且更容易实现的控制回路。更简单的基于斜率的温度控制回路可以因此提供对温度的充分控制，同时更容易设置和实施。
在一个实施例中，控制电路25包括一个存储器，以及至少一个处理器，该处理器被配置为执行根据本发明的可应用的方法步骤。此外，根据本发明的方法可以用一个或多个计算机程序实现，该计算机程序可以由至少一个处理器或控制器执行。
在一个实施例中，根据本发明的方法步骤、设备和计算机程序能够由至少一个单独的或嵌入的硬件模块实现。
计算机程序可以存储在至少一种计算机可读介质上，例如存储器电路，存储卡，磁盘或光盘。一些功能实体可以通过链接到另一个功能实体的程序模块而实现。功能实体也可以存储在单独的存储器中并由单独的处理器执行，该处理器通过例如消息总线进行通信。这种消息总线的一个示例是外围组件互连(PCI)总线。
这里描述的各种实施例仅用于帮助理解和教导要求保护的特征。这些实施例仅作为实施例的代表性样本提供，并非穷举和/或排他性的。应当理解，本文描述的优点、实施例、示例、功能、特征、结构和/或其他方面不应被视为对权利要求所限定的本发明的范围的限制或对权利要求的等同物的限制，并且可以使用其他实施例，并且可以在不脱离要求保护的发明的范围的情况下做出修改。除了本文具体描述的那些之外，本发明的各种实施例可以适当地包括，由或基本上由所公开的元件、组分、特征、部件、步骤、装置等的适当组合组成。另外，本公开可能包括目前未要求保护的但可能在将来要求保护的其他发明。

Claims (21)

1.一种控制设置在设备中的加热器配件的方法，该设备设置成用于加热可抽吸材料以挥发所述可抽吸材料的至少一种成分，所述方法包括：
使用加热器的控制回路来控制加热器配件的加热元件，从而将所述设备的区域加热到目标温度，其中，所述控制回路包括以一个或多个连续的控制时段实施以下步骤：
确定所述区域内的当前温度；
确定所述区域的当前温度变化率；以及
基于所述区域的当前温度变化率、所述目标温度和当前温度，确定所述加热器配件的加热元件的当前剩余接通时间，从而将所述区域加热到所述目标温度。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
如果所述加热元件的所述当前剩余接通时间到期，则使所述加热器配件断开正在加热所述区域的加热元件。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：
如果在当前控制时段内计算的所述加热元件的当前剩余接通时间在该当前控制时段期间过期，则使所述加热器配件断开正在加热所述区域的加热元件。
4.根据权利要求2或3所述的方法，所述方法进一步包括：
在所述加热元件被断开的控制时段随后的一个控制时段中：
确定所述区域中的当前温度，并且如果所述区域中的当前温度小于所述目标温度则再次接通所述加热元件，并基于所述区域的当前温度变化率、所述目标温度和当前温度而确定当前剩余接通时间，使得所述加热元件将所述区域加热到目标温度。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
如果确定当前温度处于所述目标温度处或高于所述目标温度，则使所述加热器配件断开正在加热所述区域的加热元件；以及
随后进入保持温度模式。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法进一步包括：
当处于所述保持温度模式时，如果除了当前温度至少为低于所述目标温度的第一温度阈值之外，还满足以下一个或多个条件则再次接通加热元件：
当前温度低于之前的温度测量值；
所述加热元件断开后已经过的时间大于第一时间阈值，并且当前温度至少为比所述目标温度低的第二温度阈值；以及
所述加热元件断开后已经过的时间大于第二时间阈值，其中
第二温度阈值大于第一温度阈值；并且
第二时间阈值大于第一时间阈值。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：在使用所述设备的过程中改变所述目标温度。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：以第一给定时间间隔确定所述区域中的当前温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述控制时段的持续时间为第二给定时间间隔，所述第二给定时间间隔大于所述第一给定时间间隔。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述加热器配件包括多个加热元件，所述方法进一步包括：
提供与该多个加热元件中的每一个相关联的至少一个温度传感器；以及
对于该多个加热元件中的每一个，独立地执行前述权利要求中任一项所述的方法。
11.一种配置为加热可抽吸材料以挥发所述可抽吸材料的至少一种成分的设备，所述设备包括：
加热器配件，包括加热元件；
控制器，配置为使用加热器的控制回路来控制所述加热器配件的加热元件，以将所述设备的区域加热到目标温度，其中，所述控制回路包括以一个或多个连续的控制时段执行以下步骤：
确定所述区域内的当前温度；
确定所述区域的当前温度变化率；以及
基于所述区域的当前温度变化率、所述目标温度和当前温度，确定所述加热器配件的加热元件的当前剩余接通时间，以将所述区域加热到所述目标温度。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置为：
如果所述加热元件的当前剩余接通时间到期，则使所述加热器配件断开正在加热所述区域的加热元件。
13.根据权利要求11或12所述的设备，所述控制器进一步被配置为：
如果在当前控制时段内计算的加热元件的当前剩余接通时间在该当前控制时段期间过期，则使所述加热器配件断开正在加热所述区域的加热元件。
14.根据权利要求12所述的设备，所述控制器进一步被配置为：
在所述加热元件被断开的控制时段随后的一个控制时段中：
确定所述区域中的当前温度，并且如果所述区域中的当前温度小于所述目标温度，再次接通所述加热元件，并基于所述区域的当前温度变化率、所述目标温度和当前温度来确定当前剩余接通时间，使所述加热元件将所述区域加热到所述目标温度。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置为：
如果确定当前温度处于所述目标温度处或高于所述目标温度，则使所述加热器配件断开正在加热所述区域的加热元件；并且
随后进入保持温度模式。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置为：
当处于所述保持温度模式时，如果除了当前温度至少为低于所述目标温度的第一温度阈值之外，还满足以下一个或多个条件，则再次接通所述加热元件：
当前温度低于之前的温度测量值；
所述加热元件断开后已经过的时间大于第一时间阈值，并且当前温度至少为比所述目标温度低的第二温度阈值；以及
所述加热元件断开后已经过的时间大于第二时间阈值，其中
所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值；并且
所述第二时间阈值大于所述第一时间阈值。
17.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置为：在使用该设备加热可抽吸材料的过程中改变所述目标温度。
18.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置为：以第一给定时间间隔确定所述区域中的当前温度。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述控制时段的持续时间为第二给定时间间隔，所述第二给定时间间隔大于所述第一给定时间间隔。
20.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备进一步包括：
壳体，容纳所述加热器配件；以及
嘴件。
21.一种非暂时性计算机可读存储介质，包括存储在其上的一组计算机可读指令，其中，当该一组计算机可读指令由处理系统执行时，使所述处理系统执行控制在设备中的加热器配件的方法，所述设备用于加热可抽吸材料以挥发所述可抽吸材料的至少一种成分，所述方法包括：
使用加热器的控制回路来控制所述加热器配件的加热元件，以将所述设备的区域加热到目标温度，其中，所述控制回路包括以一个或多个连续的控制时段执行以下步骤：
确定所述区域内的当前温度；
确定所述区域的当前温度变化率；以及
基于所述区域的当前温度变化率、所述目标温度和当前温度，确定所述加热器配件的加热元件的当前剩余接通时间，以用于将所述区域加热到所述目标温度。
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