CN109645571B - 加热不燃烧装置及其加热组件、标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热不燃烧装置及其加热组件、标定方法。用于加热不燃烧装置的加热组件包括：基板，所述基板呈薄片状；加热元件，设于所述基板上且具有第一电阻率温度系数，用于加热所述加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质；测温元件，设于所述基板上且具有第二电阻率温度系数，用于测量所述加热组件的温度；所述第二电阻率温度系数大于所述第一电阻率温度系数。这种加热组件可以准确地获得加热温度。

Description

加热不燃烧装置及其加热组件、标定方法

技术领域

本发明涉及电加热的技术领域，特别是涉及加热不燃烧装置及其加热组件、标定方法。

背景技术

现有的加热装置通常采用插入式的烘烤方式对烟草加热，即将加热装置中的陶瓷加热片插入至烟草中心位置，通过陶瓷加热片的发热路线通电发热来对烟草加热产生雾气。

要想获得良好口感的烘烤雾气，需要对加热温度实现精准的控制，实现温控。当前的方法是直接测量出加热片的电阻率温度系数，再根据测得的电阻换算出当前的温度。然而，由于加热片在不同温度下的阻值变化较小，很难直接根据加热片的电阻变化换算出相应精确的温度值，造成无法精准的温控。

发明内容

基于此，有必要针对无法直接测量得到加热片的准确温度的问题，提供一种能准确获得加热温度的加热组件，以及包括该加热组件的加热不燃烧装置和加热不燃烧装置的标定方法。

一种用于加热不燃烧装置的加热组件，包括：

基板，所述基板呈薄片状；

加热元件，设于所述基板上且具有第一电阻率温度系数，用于加热所述加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质；

测温元件，设于所述基板上且具有第二电阻率温度系数，用于测量所述加热组件的温度；

所述第二电阻率温度系数大于所述第一电阻率温度系数。

上述用于加热不燃烧装置的加热组件，将测温元件设置成检测基准，由于测温元件的第二电阻率温度系数大于加热元件的第一电阻率温度系数，测温元件在不同温度下的电阻变化较大，可以根据测温元件的第二电阻率温度系数，并测得测温元件的阻值准确获取加热组件的温度。

在其中一个实施例中，所述加热元件设于所述基板的第一面上，所述测温元件设于所述基板的相对的第二面上。由于加热元件为薄片状，无法直接在加热元件上设置测温元件，因此，这种设置方式可以使得测温元件能更加精准的监测出加热组件的温度。

在其中一个实施例中，所述测温元件涂覆设于所述基板第二面的中部。

在其中一个实施例中，还包括如下中的至少一个：所述基板为陶瓷基板；所述加热元件及所述测温元件为电阻线路。陶瓷基板的导热性能更好，且便于各元件的涂覆、焊接固定。加热元件采用电阻线路可以更好的通电发热，测温元件采用电阻线路可以更加精准的获得加热组件的温度。

一种加热不燃烧装置，包括如上所述的加热组件、底座、电源、温度传感器及控制电路，所述加热组件可移除的插设于所述底座内，用于加热所述加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质；所述电源用于为所述加热组件提供电力；所述控制电路，用于存储预设的加热组件的标定程序，并根据预设的标定程序控制提供到所述加热组件的电力；所述温度传感器用于在标定程序时测量获取所述加热组件的温度；当所述加热组件插设于所述底座后，所述控制电路根据预设的标定程序控制提供到所述加热组件的电力，所述温度传感器测量获取所述测温元件的环境温度及测试温度；所述控制电路还用于确定所述测温元件环境温度及测温元件测试温度下对应的电阻，根据测得的所述测温元件的环境温度、测试温度和对应的电阻获得所述测温元件的第二电阻率温度系数。

上述加热不燃烧装置，可以通过加热组件加热气溶胶形成基质，由控制电路根据预设的标定程序控制提供给加热组件的电力。通过温度传感器测量出测温元件的环境温度及测量温度，由控制电路确定测温元件在环境温度及测量温度下的电阻，可以根据测得的环境温度、测量温度和对应温度下的电阻，准确的获得测温元件的第二电阻率温度系数。

在其中一个实施例中，所述温度传感器为PT100温度传感器或PT1000温度传感器。铂电阻PT100温度传感器和铂电阻PT1000温度传感器都是中低温区最常见的一种温度检测器，温度测量精度高，性能稳定，可以更加精准地测量获得测温元件的环境温度及测试温度。

在其中一个实施例中，所述控制电路还用于在加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质时，确定所述测温元件的电阻；基于所述测温元件的所述电阻而确定所述加热组件的温度；并且基于所述加热组件的所述温度而控制提供到所述加热元件的所述电力。在加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质时，确定出测温元件的电阻，并根据测温元件的第二电阻率温度系数，可以精准的确定出加热组件的温度。基于加热组件的温度，可以控制提供到加热元件的电力，以实现温控。

在其中一个实施例中，还包括用于存储气溶胶形成基质的腔体，所述加热组件收容于所述腔体内。便于对气溶胶形成基质的加热。

在其中一个实施例中，环境温度及测试温度相差5℃～15℃。环境温度及测试温度的测量是为了准确获得测温元件的第二电阻率温度系数，此时还未加热气溶胶形成基质，测试温度不宜过高，否则会发生干烧造成加热元件的损坏。另外，测试温度与环境温度相差不大可以有效防止温度过高烫伤使用者。

一种如上所述的加热不燃烧装置的标定方法，包括以下步骤：根据标定程序向加热组件提供电力；测量获取测温元件的环境温度及测试温度；测量获取测温元件在环境温度及测试温度下的电阻；根据环境温度、测试温度及对应温度下的电阻获得第二电阻率温度系数。

该标定方法，通过测得测温元件的环境温度、测试温度及对应温度下的电阻，可以精准地获得测温元件的第二电阻率温度系数，在测温元件的第二电阻率温度系数已知的情况下，能够对加热组件的温度进行检查和校准。

在其中一个实施例中，所述加热不燃烧装置中的加热组件更换后，需要加热组件重新确定第二电阻率温度系数。加热组件更换时，由于无法保证每个加热组件的长短、厚度都达到一致。因此，加热组件更换后需要重新测定测温元件的第二电阻率温度系数，以保障能准确的温控。

附图说明

图1为本发明加热组件一实施例的结构示意图；

图2为PT100温度传感器的电阻温度系数曲线图；

图3为本发明加热不燃烧装置一实施例的结构示意图；

图4为本发明加热不燃烧装置的标定方法一实施例的操作流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、加热组件；11、基板；12、加热元件；13、测温元件；14、温度传感器；15、腔体；16、底座。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

现有的加热不燃烧装置的加热温度很难直接通过监测加热片的阻值来进行控制，经过不断实践，发现原因在于，加热片本身的电阻率温度系数较小，在不同温度下阻值的变化非常不明显，不能通过加热片的阻值直接得到准确的温度；另外，加热片为可替换的且加热片生产过程中无法保证其一致性，加热片的电阻率温度系数的差异很大，迫于成本压力无法通过同一测量程序来获取不同加热片的电阻率温度系数。除上述情况外，加热片的加热温度也无法直接通过常规的温度测量器精准地测得。由于通常加热片的厚度比较薄，且加热片的加热温度非常高，常规的温度测量器无法直接安装到加热片上，并满足长时间的高温测量，使得很难直接通过常规的温度测量器准确的获得加热片的加热温度。

请参阅图1，在本发明一实施例中，加热组件10包括：基板11、加热元件12和测温元件13。基板11呈薄片状。加热元件12和测温元件13均设于基板11上，加热元件12具有第一电阻率温度系数，并用于加热加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质；测温元件13具有第二电阻率温度系数，并用于测量加热组件10的温度，第二电阻率温度系数大于第一电阻率温度系数。由于加热元件12的第一电阻率温度系数较小，因此加热元件12对应的电阻随温度变化较慢，且能保持在一个较低的数值。因此加热元件12加热速度较大，加热功率较大。而测温元件13的第二电阻率温度系数较大，测温元件13对应的电阻随温度变化比较大，反应灵敏。采用较高电阻率温度系数进行温控，会使得加热组件10的温度控制灵敏准确。

在具体实施方式中，加热元件12设于基板11的第一面上，测温元件13设于基板11的相对的第二面上。测温元件13可以涂覆设于基板11的第二面的中部。由于加热元件12为薄片状，无法直接在加热元件12上设置测温元件13，因此，这种设置方式可以使得测温元件13能更加贴近加热元件12，实现精准地监测加热组件10的温度。

在另一具体实施例中，基板11可以为氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板或氧化锆陶瓷基板。氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板或氧化锆陶瓷基板的导热性能更好，且便于各元件的涂覆、焊接固定。加热元件12可以采用材料为铜、铝或银的电阻线路，能更好的通电发热。测温元件13可以采用材质为纯镍、不锈钢或钨的电阻线路，这些材质的电阻率温度系数较高，具有敏感性和准确性，可通过测得测温元件13的阻值更加精准的获得加热组件10的温度。

请参阅图3，在本发明一实施例中，加热不燃烧装置包括：上述加热组件10、底座16、电源、温度传感器14及控制电路。加热组件10可移除的插设于底座16内，并用于加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质。通过电源为加热组件10提供电力。控制电路用于存储预设的加热组件10的标定程序，并根据预设的标定程序控制提供到加热组件10的电力，控制电路还用于确定测温元件13各情况下的电阻。通过温度传感器14在标定程序时测量获取加热组件10的温度。

具体应用中，当加热组件10插设于底座16后，控制电路根据预设的标定程序控制提供到加热组件10的电力。温度传感器14测量获取测温元件13的环境温度及测试温度；通过控制电路确定测温元件13在环境温度和测试温度下对应的电阻，根据测得的测温元件13的环境温度、测试温度和对应的电阻可以准确获得测温元件13的第二电阻率温度系数。在加热气溶胶形成基质时，由控制电路确定测温元件13的实时电阻，基于测温元件13的第二电阻率温度系数和测得的实时电阻可准确的获得加热组件10的温度。根据加热组件10的温度情况，再控制提供到加热元件10的电力，达到精准温控。

在具体实施方式中，环境温度及测试温度相差5℃～15℃。环境温度及测试温度的测量是为了准确获得测温元件13的第二电阻率温度系数，此时还未加热气溶胶形成基质，测试温度不宜过高，否则会发生干烧造成加热元件12的损坏。另外，测试温度与环境温度相差不大可以有效防止温度过高烫伤使用者。

加热不燃烧装置还包括用于存储气溶胶形成基质的腔体15，加热组件10收容于腔体15内，腔体15的设置可以便于加热组件10对气溶胶形成基质加热。

在一实施例中，温度传感器14为PT100温度传感器或PT1000温度传感器。铂电阻PT100温度传感器和铂电阻PT1000温度传感器都是中低温区最常见的一种温度检测器，温度测量精度高，性能稳定，可以更加精准地测量获得测温元件13的环境温度及测试温度。

以PT100温度传感器为例，R_t为温度为t时的电阻值，R₀为温度为0℃时的电阻值，这种型号的铂热电阻的R₀就等于100Ω，即环境温度等于0℃时，PT100温度传感器的电阻值为100Ω。当温度发生变化的时候，PT100温度传感器的电阻也随之变化，通过以下电阻与温度表达式便可以计算出对应的温度。

PT100温度与电阻关联公式如下：

-200＜t＜0℃R_t＝R₀[1+At+Bt²+C(t-100)t³] (1)

0＜t＜850℃R_t＝R₀(1+At+Bt²) (2)

式中A、B、C为常数，A＝3.96847×10^-3℃^-1；B＝-5.847×10^-7℃^-2；C＝-4.22×10^-12℃^-4。

当加热温度处于-200＜t＜0℃的范围时，根据上述公式(1)并结合实时电阻R_t和0℃时的电阻R₀得出实时温度t；当加热温度处于0＜t＜850℃的范围时，根据上述公式(2)并结合实时电阻R_t和0℃时的电阻R₀得出实时温度t。如图2所示，为PT100温度传感器的TCR系数曲线图。

请参阅图4，一种加热不燃烧装置的标定方法，包括以下步骤：

S101，根据标定程序向加热组件10提供电力，标定程序是指对加热组件的温度进行检查和校准；

S103，测量获取测温元件13的环境温度及测试温度；

S105，测量获取测温元件13在环境温度及测试温度下的电阻；

S107，根据环境温度、测试温度及对应温度下的电阻获得第二电阻率温度系数。

在一些实施例中，在获得测温元件13的第二电阻率温度系数时，具体可以通过如下公式：第二电阻率温度系数TCR：TCR＝(R2-R1)/R1/(T2-T1)。其中，T1可以为环境温度，T2为测试温度，R1为在环境温度T1时测温元件13对应的电阻，R2为在测试温度T2时测温元件13对应的电阻。测试温度T2可以在环境温度T1的基础上加热5℃～15℃，具体地，测试温度T2与环境温度T1可以相差10℃。

在加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质时，确定测温元件13的电阻，并结合第二电阻率温度系数可以准确的获得加热组件10的温度。基于准确的加热组件10的温度，再调节向加热组件10提供的电力，使得测温元件13的电阻达到设定温度下对应的电阻，即可完成精准的温控，达到良好的加热温度，使气溶胶形成基质加热的效果更好。在具体应用中，气溶胶形成基质可以为烟草，这种温控方式能够保证烟草加热所产生的烟雾具有较好的口感。

需要说明的是，电阻率温度系数表示当温度改变1度时，电阻的相对变化。获知测温元件13的第二电阻率温度系数后，在环境温度T1、环境温度T1时测温元件13对应的电阻R1以及实时温度T3时测温元件13对应的电阻R3已知的情况下，就可以准确的获得加热组件10的实时温度T3。

考虑到加热组件10需要经常更换，无法保证每个加热组件10在生产过程中的的长短、厚度都达到一致，无法在生产的过程中通过程序统一标定加热组件10。因此，加热组件10更换后需要重新进行标定，以保障能准确的温度检测。

在具体温控时，通过测温元件13的电阻和第二电阻率温度系数得到加热组件10的温度，若得到的加热组件10的温度低于设定值，则增大加热元件12的电力输出功率，使得加热组件10的温度上升至设定值；若得到的加热组件10的温度高于设定值，则减小加热元件12的电力输出功率，使得加热组件10的温度降低至设定值；若得到的加热组件10的温度达到设定值，则停止继续增大或减小加热元件12的电力输出功率，且使得加热组件10的温度维持在设定值。

本发明中是根据测温元件13的电阻值变化换算出对应的温度，从而完成温控。温控模式可以让使用者设置温度，比如200℃，测温元件13达到设定温度所对应的电阻后，加热元件12会降低电力输出功率避免测温元件13的电阻再继续上升，也就是阻止温度继续升高。通过调整加热元件12的电力输出功率，使得测温元件13的电阻变化维持在设定的温度所对应的电阻值下。例如，测温元件13的初始电阻R₀为0.1Ω，该种材质在200℃所对应的电阻为0.15Ω，使用者设定的使用温度为200℃，那么当使用者按下电子烟的控制开关后，测温元件13的电阻发生变化，当电阻达到了0.15Ω后，根据该材质的电阻率温度系数，即可判断出测温元件13达到了对应的温度200℃，通过电力调节输出功率让测温元件13的电阻既不高于也不低于0.15Ω，实现温控的操作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种加热不燃烧装置，其特征在于，包括加热组件、底座、电源、温度传感器及控制电路，所述加热组件包括：

基板，所述基板呈薄片状；

加热元件，设于所述基板上且具有第一电阻率温度系数，用于加热所述加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质；

测温元件，设于所述基板上且具有第二电阻率温度系数，用于测量所述加热组件的温度；

所述第二电阻率温度系数大于所述第一电阻率温度系数；

所述加热组件可移除的插设于所述底座内，用于加热所述加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质；

所述电源用于为所述加热组件提供电力；

所述控制电路，用于存储预设的加热组件的标定程序，并根据预设的标定程序控制提供到所述加热组件的电力；

所述温度传感器用于在标定程序时测量获取所述加热组件的温度，所述温度传感器为PT100温度传感器；

当所述加热组件插设于所述底座后，所述控制电路根据预设的标定程序控制提供到所述加热组件的电力，所述温度传感器测量获取所述加热组件的测温元件的环境温度及测试温度；所述控制电路还用于确定所述测温元件环境温度及测温元件测试温度下对应的电阻，根据测得的所述测温元件的环境温度、测试温度和对应的电阻获得所述测温元件的第二电阻率温度系数，所述环境温度和所述测试温度相差5℃至15℃；所述控制电路基于所述第二电阻率温度系数对温度进行调节。

2.根据权利要求1所述的加热不燃烧装置，其特征在于，所述PT100温度传感器采用PT1000温度传感器进行替换。

3.根据权利要求1所述的加热不燃烧装置，其特征在于，所述控制电路还用于在加热不燃烧装置中的气溶胶形成基质时，确定所述测温元件的电阻；基于所述测温元件的所述电阻而确定所述加热组件的温度；并且基于所述加热组件的所述温度而控制提供到所述加热元件的所述电力。

4.根据权利要求1所述的加热不燃烧装置，其特征在于，还包括用于存储气溶胶形成基质的腔体，所述加热组件收容于所述腔体内。

5.根据权利要求1所述的加热不燃烧装置，其特征在于，所述加热元件设于所述基板的第一面上，所述测温元件设于所述基板的相对的第二面上。

6.根据权利要求5所述的加热不燃烧装置，其特征在于，所述测温元件涂覆设于所述基板第二面的中部。

7.根据权利要求1所述的加热不燃烧装置，其特征在于，还包括如下中的至少一个：

所述基板为陶瓷基板；

所述加热元件及所述测温元件为电阻线路。

8.一种权利要求1至7中任一项所述的加热不燃烧装置的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据标定程序向加热组件提供电力；

测量获取测温元件的环境温度及测试温度；

测量获取测温元件在环境温度及测试温度下的电阻；

根据环境温度、测试温度及对应温度下的电阻获得第二电阻率温度系数。

9.根据权利要求8所述的标定方法，其特征在于，所述加热不燃烧装置中的加热组件更换后，需要重新确定第二电阻率温度系数。