CN110236230A - 电子烟的温控装置及电子烟 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及电子雾化技术领域,公开了一种电子烟的温控装置及电子烟。其包括:温差热电偶、电动势采样电路、温度传感器以及控制模块;温差热电偶的热端连接于电子烟的雾化器,电动势采样电路与温差热电偶的冷端连接,用于采样温差热电偶的实时电动势;温度传感器用于采样冷端的温度信息,控制模块与电动势采样电路以及温度传感器连接,用于根据冷端的温度信息以及预设的温差热电偶的温度‑电动势对照表得到补偿电动势,并根据补偿电动势对实时电动势进行补偿,还用于根据补偿后的实时电动势以及温度‑电动势对照表得到热端的实时温度,以对雾化器进行温度控制。本发明实施方式不仅可提高温度控制精度,而且普遍适用于不同类型的加热丝。
Description
技术领域
本发明涉及电子雾化技术领域,特别涉及一种电子烟的温控装置及电子烟。
背景技术
随着物质文明的不断发展,特别是进入21世纪以来,人们在满足衣食住行及娱乐等一般需求的同时,愈来愈关注生活习惯与自身身体健康的关系。长期医学观测表明,传统烟草因燃烧产生大量化学物质(已定性约6010种),其中大部分为对人体有害的成分,使人们在满足"烟瘾"(主要为对尼古丁的需求)的同时摄入了大量危害健康的有害物质,并且,因烟草"阴燃"而造成的"二手烟"问题,也长期受到不吸烟人士的诟病。自2015年以来,我国通过提高烟草消费税,鼓励人民群众少吸烟,提倡健康的生活理念。在这种健康诉求的提高、相关法律的规范和舆论的指引等驱使下,新型烟草制品(即电子烟)因其低温不燃烧、无焦油,同时能满足"烟瘾"等优点越来越受到消费者的青睐,成为一些国家政府和相关健康机构提倡的烟草替代品。
温控电子烟味道更好,同时也更加安全,因此将是电子烟主机的发展方向。目前市场上的温控电子烟大多通过芯片读取发热丝雾化心线圈的电阻来监控雾化心线圈的温度,当雾化心线圈的温度超过设定值时,通过调整输出功率使发热丝线圈的温度保持在设定的温度范围内。这样,发热丝线圈不会过热、干烧,同时也可避免烟油在过高的蒸发温度下产生异味和可能的有害物质,从而使得电子烟整体的使用体验和安全性都会大幅提升。
发明人发现相关技术至少存在以下问题:现有加热丝的温度检测都是通过利用加热丝的电阻温度系数特征(即TC值)来实现的,然而每种加热丝的TC值都是不一样的,因此温控的实现对加热丝会有一定的要求,且通过电阻温度系数特征实现温度检测精度偏低,无法实现更为精确的温度控制。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种电子烟的温控装置及电子烟,通过电动势温度系数特征实现温度检测,不仅可提高温度控制精度,而且普遍适用于不同类型的加热丝。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种电子烟的温控装置,包括:温差热电偶、电动势采样电路、温度传感器以及控制模块;
所述温差热电偶的热端连接于电子烟的雾化器,所述电动势采样电路与所述温差热电偶的冷端连接,用于采样所述温差热电偶的实时电动势;
所述温度传感器用于采样所述冷端的温度信息,所述控制模块与所述电动势采样电路以及所述温度传感器连接,用于根据所述冷端的温度信息以及预设的所述温差热电偶的温度-电动势对照表得到补偿电动势,并根据所述补偿电动势对所述实时电动势进行补偿,还用于根据补偿后的实时电动势以及所述温度-电动势对照表得到所述热端的实时温度,以对所述雾化器进行温度控制。
本发明的实施方式还提供了一种电子烟,包括驱动电路以及如权利要求1至8中任一项所述的电子烟的温控装置;
所述驱动电路连接于所述电子烟的温控装置。
本发明实施方式相对于现有技术而言,通过将温差热电偶的热端连接在雾化器上,将温差热电偶的冷端连接电动势采样电路,并利用该电动势采样电路采样温差热电偶的实时电动势,同时还通过温度传感器采样温差热电偶冷端的温度信息,并提供给控制模块,控制模块根据冷端的温度信息以及温差热电偶的温度-电动势对照表得到补偿电动势,根据补偿电动势对实时电动势进行补偿,并根据补偿后的实时电动势以及温度-电动势对照表得到热端的实时温度,进而对雾化器进行温度控制。由于本实施方式基于温差热电偶检测雾化器温度,因此对于雾化器加热丝材料没有限制,且温差热电偶精确度更高,有利于提高电子烟温度控制精度。
作为一个实施例,所述雾化器上设有温度采样点,所述温差热点偶的热端与所述温度采样点连接。
作为一个实施例,所述雾化器包括陶瓷芯以及嵌设于所述陶瓷芯内的加热丝;
所述温度采样点设置于所述陶瓷芯上。
作为一个实施例,所述温度采样点为设置于所述陶瓷芯上的镀层。
作为一个实施例,所述温度采样点刻蚀形成于所述陶瓷芯上。
作为一个实施例,所述温度采样点包括两个相连的焊盘。从而便于雾化器与温差热电偶的热端相连。
作为一个实施例,所述电动势采样电路包括放大电路以及模数转换电路;
所述冷端连接所述放大电路的输入端,所述放大电路的输出端通过所述模数转换电路连接所述控制模块。
作为一个实施例,所述温差热电偶为T或者J型热电偶。从而不仅可满足雾化器温度检测需求,而且具有较佳的使用寿命。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式电子烟的温控装置的模块示意图;
图2是根据本发明第一实施方式电子烟的温控装置的结构示意图;
图3是根据本发明第二实施方式电子烟的温控装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施方式中,为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本发明所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种电子烟的温控装置。如图1所示,该电子烟的温控装置包括:温差热电偶1、电动势采样电路2、温度传感器4以及控制模块3;温差热电偶1的热端连接于电子烟的雾化器(图未示),电动势采样电路2与温差热电偶1的冷端连接,用于采样温差热电偶1的实时电动势;温度传感器4用于采样冷端的温度信息,控制模块3与电动势采样电路2以及温度传感器4连接,用于根据冷端的温度信息以及预设的温差热电偶的温度-电动势对照表得到补偿电动势,并根据补偿电动势对实时电动势进行补偿,还用于根据补偿后的实时电动势以及温度-电动势对照表得到热端的实时温度,以对雾化器进行温度控制。本发明实施方式相对于现有技术而言,通过将温差热电偶的热端连接在雾化器上,将温差热电偶的冷端连接电动势采样电路,并利用该电动势采样电路采样温差热电偶的实时电动势,同时还通过温度传感器采样温差热电偶冷端的温度信息,并提供给控制模块,控制模块根据冷端的温度信息以及温差热电偶的温度-电动势对照表得到补偿电动势,根据补偿电动势对实时电动势进行补偿,并根据补偿后的实时电动势以及温度-电动势对照表得到热端的实时温度,进而对雾化器进行温度控制。由于本实施方式基于温差热电偶检测雾化器温度,因此对于雾化器加热丝材料没有限制,且温差热电偶精确度更高,有利于提高电子烟温度控制精度。
下面对本实施方式的电子烟的温控装置进行详细说明。在实际应用中,如图2所示,温差热电偶1可以包括第一电极10和第二电极11。雾化器5上设有温度采样点。本实施方式中,温度采样点包括两个相连的焊盘,而通过设置两个温度采样点,第一电极10和第二电极11的热端可以分别与其中一个焊盘连接,比如焊接,从而便于加工。温差热点偶1的热端与温度采样点连接,即第一电极10的热端A连接雾化器5上的一个焊盘,第二电极11的热端C连接雾化器上的另一个焊盘。温差热点偶1的冷端与电动势采样电路2连接,即第一电极10的冷端B以及第二电极的冷端D连接电动势采样电路2。电动势采样电路可以包括放大电路20以及模数转换电路,模数转换电路可集成于SOC(System on Chip,系统级芯片)中。温差热电偶1的冷端连接放大电路20的输入端,放大电路20的输出端通过模数转换电路连接控制模块3,控制模块3可以采用SOC。具体地,第一电极10和第二电极11的带电子密度大的一端接放大电路20的输入正端,带电子密度小的一端接放大电路20的输入负端。通过电动势采样电路2可采样温差热电偶1的实时电动势,即B、D端的电动势(VDS)。其中,第一电极10和第二电极11为塞贝克(Seebeck)系数不同的金属材料,可以采用标准的热电偶材料,比如,温差热电偶1可以采用T或者J型热电偶,然不限于此。T型以及J型热电偶不仅能满足雾化器温度测量范围,而且能适应雾化环境,具有较佳的使用寿命。
本实施方式中,温差热电偶1的冷端可以设置于电子烟的电路板上,并且可近似地认为第一电极10的冷端B和第二电极的冷端D的温度相同,并且温差热电偶1的冷端的温度会随环境温度变化而变化,并非是固定的。温度传感器4用于采样温差热电偶1的冷端的温度信息,比如B点或者D点的温度信息,并将采集到的温度信息提供给控制模块3。温度传感器的实现可以采用已知技术,此处不再赘述。控制模块3可以采用SOC实现,然不限于此。
本实施方式基于塞贝克(Seebeck)原理检测雾化器温度。通过向温差热电偶1应用温度梯度,从而温差热电偶1上产生电动势。塞贝克原理的数学表达如下:
其中,为电压梯度,为温度梯度,S(T)为塞贝克系数。塞贝克系数与第一电极10、第二电极11的材料相关,且其也是温度的函数。第一电极10和第二电极11上两个不同温度点之间的电压如下式表示:
即一段金属丝上两个不同温度点之间的电压等于塞贝克系数函数在温度上的积分。
本实施方式中,控制模块3用于根据冷端的温度信息以及预设的温差热电偶的温度-电动势对照表得到补偿电动势,并根据补偿电动势对实时电动势进行补偿,还用于根据补偿后的实时电动势以及温度-电动势对照表得到热端的实时温度,以对雾化器进行温度控制。温差热电偶在不同温度梯度下的电压梯度可以预先测量得到。一般而言,目前测量得到的温度-电动势对照表中的数据通常是在冷端温度保持零摄氏度的条件下测量得到的,然不限于此。而本实施方式中的温差热电偶的冷端温度则会随环境温度变化而变化,因此需要进行冷端补偿。
根据塞贝克原理,温差热电偶的实时电动势VDB的计算方式如式(一):
其中,TAC表示雾化器加热芯的温度,也是第一电极10、第二电极11的热端A和C点的温度。TD表示第二电极11的冷端D点的温度,TB表示第一电极10的冷端B点的温度,在实际应用中,B、D的温度可认为近似相等,因此TD=TB。根据冷端补偿原理:
其中,TC表示冷端的温度,TH表示热端的温度。
对公式(二)进行整理得到:
设上式中VDB可以通过电动势采样电路2采样得到。B或者D点的温度可以通过温度传感器4采样得到。因此,通过预存在SOC中的温差热电偶1的温度-电动势对照表即可得到补偿电动势Vi,可以将式(三)变形为式(五):
VAC=VBD+Vi(五)。
因此,可以根据式(五)得到补偿后的温差热电偶的实时电动势VAC,再根据该温差热电偶1的温度-电动势参考表即可得到雾化器加热芯的温度,进而控制电子烟的雾化器温度在预设温度范围内。
本发明实施方式相对于现有技术而言,通过在雾化器上设置两个温度采样点,并利用塞贝克效应,根据雾化器工作时在温差热电偶上施加的温度梯度所产生的电压梯度,以及通过对温差热电偶进行冷端补偿,从而根据补偿后的温差热电偶的实时电动势与温度-电动势对照表得到雾化器加热芯的实时温度,进而对雾化器进行温度控制,比如控制雾化器的温度在预设温度范围内。温差热电偶不仅可提高雾化器温度测量精度,使得电子烟的温度控制更为精确,而且对雾化器加热丝特性没有任何依赖,普遍适用于不同类型的加热丝。
本发明的第二实施方式涉及一种电子烟的温控装置,第二实施方式在第一实施方式的基础上对雾化器的结构做出进一步限定,从而便于电子烟的温控装置的实现。
如图3所示,本实施方式的电子烟的温控装置中,雾化器5包括陶瓷芯50以及嵌设于陶瓷芯50内的加热丝51,两个温度采样点(A、C)设置于陶瓷芯50上。由于陶瓷芯导热均匀,所以A、C两个温度采样点的温度基本相等。其中,温度采样点可以为设置于陶瓷芯上的镀层,或者刻蚀形成于陶瓷芯上,本实施方式对于温度采样点的制作方式不做具体限制。在实际应用中,陶瓷芯可以采用氧化锆陶瓷。
本发明实施方式相对于现有技术而言,通过在雾化器上设置两个温度采样点,并利用塞贝克效应,根据雾化器工作时在温差热电偶上施加的温度梯度所产生的电压梯度,以及通过对温差热电偶进行冷端补偿,从而根据补偿后的温差热电偶的实时电动势与温度-电动势对照表得到雾化器加热芯的实时温度,进而对雾化器进行温度控制,比如控制雾化器的温度在预设温度范围内。温差热电偶不仅可提高雾化器温度测量精度,使得电子烟的温度控制更为精确,而且对雾化器加热丝特性没有任何依赖,普遍适用于不同类型的加热丝。并且,通过陶瓷芯将温控装置的电路与加热丝隔离开,有利于简化电子烟结构。
本发明的第三实施方式涉及一种电子烟。该电子烟包括驱动电路以及如上述任一实施方式所述的电子烟的温控装置,驱动电路连接于电子烟的温控装置。
本发明实施方式相对于现有技术而言,通过在雾化器上设置两个温度采样点,并利用塞贝克效应,根据雾化器工作时在温差热电偶上施加的温度梯度所产生的电压梯度,以及通过对温差热电偶进行冷端补偿,从而根据补偿后的温差热电偶的实时电动势与温度-电动势对照表得到雾化器加热芯的实时温度,进而对雾化器进行温度控制,比如控制雾化器的温度在预设温度范围内。温差热电偶不仅可提高雾化器温度测量精度,使得电子烟的温度控制更为精确,而且对雾化器加热丝特性没有任何依赖,普遍适用于不同类型的加热丝。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.一种电子烟的温控装置,其特征在于,包括:温差热电偶、电动势采样电路、温度传感器以及控制模块;
所述温差热电偶的热端连接于电子烟的雾化器,所述电动势采样电路与所述温差热电偶的冷端连接,用于采样所述温差热电偶的实时电动势;
所述温度传感器用于采样所述冷端的温度信息,所述控制模块与所述电动势采样电路以及所述温度传感器连接,用于根据所述冷端的温度信息以及预设的所述温差热电偶的温度-电动势对照表得到补偿电动势,并根据所述补偿电动势对所述实时电动势进行补偿,还用于根据补偿后的实时电动势以及所述温度-电动势对照表得到所述热端的实时温度,以对所述雾化器进行温度控制。
2.根据权利要求1所述的电子烟的温控装置,其特征在于,所述雾化器上设有温度采样点,所述温差热点偶的热端与所述温度采样点连接。
3.根据权利要求2所述的电子烟的温控装置,其特征在于,所述雾化器包括陶瓷芯以及嵌设于所述陶瓷芯内的加热丝;
所述温度采样点设置于所述陶瓷芯上。
4.根据权利要求3所述的电子烟的温控装置,其特征在于,所述温度采样点为设置于所述陶瓷芯上的镀层。
5.根据权利要求3所述的电子烟的温控装置,其特征在于,所述温度采样点刻蚀形成于所述陶瓷芯上。
6.根据权利要求2所述的电子烟的温控装置,其特征在于,所述温度采样点包括两个相连的焊盘。
7.根据权利要求1所述的电子烟的温控装置,其特征在于,所述电动势采样电路包括放大电路以及模数转换电路;
所述冷端连接所述放大电路的输入端,所述放大电路的输出端通过所述模数转换电路连接所述控制模块。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电子烟的温控装置,其特征在于,所述温差热电偶为T或者J型热电偶。
9.一种电子烟,其特征在于,包括驱动电路以及如权利要求1至8中任一项所述的电子烟的温控装置;
所述驱动电路连接于所述电子烟的温控装置。
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