CN110476477B - 温度测定 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于测定气溶胶生成设备的感受器的温度的方法和装置，该感受器用于通过RLC谐振电路感应加热。该装置被布置成：测定RLC谐振电路的频率响应的峰值的频率特征；并且基于测定的频率特征测定感受器的温度。也公开了包括该装置的气溶胶生成设备。

Description

温度测定
技术领域
本发明涉及用于测定气溶胶生成设备的感受器的温度的装置和方法，更具体地说，涉及用于通过RLC谐振电路感应加热的感受器的温度测定的装置和方法。
背景技术
诸如香烟、雪茄等吸烟制品在使用中燃烧烟草以产生烟草烟雾。已经做出了各种努力以由在不燃烧的情况下产生释放化合物的产品来提供这些制品的替代物。这样的产品的示例是所谓的“加热但不燃烧”产品或者烟草加热设备或产品，其通过加热材料但是不燃烧材料释放化合物。该材料可以是，例如，烟草或者其他非烟草产品，其可能包括尼古丁，或者可能不包括尼古丁。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供有用于测定气溶胶生成设备的感受器的温度的装置，该感受器用于通过RLC谐振电路感应加热，该装置被布置成：测定RLC谐振电路的频率响应的峰值的频率特征；并且基于测定的频率特征测定感受器的温度。
频率特征可以是RLC谐振电路的谐振频率。
频率特征可以表示RLC电路的频率响应的峰值的带宽。
该装置可以被布置成：测定表示温度的数据随着频率特征的变化；其中，温度基于测定的数据和测定的频率特征测定。
该数据可以包括描述温度随着频率变化的函数形式的一个或多个参数。
该数据可以是温度和频率特征之间的比例常数。
该数据可以包括随着频率特征变化的一系列测量的温度数据点。
该装置可以被布置成：基于测定的频率特征测定RLC电路的电阻；其中，温度的测定基于所测定的RLC电路的电阻。
该装置可以被布置成：测定感受器的温度-电阻常数；其中，温度的测定基于测定的电阻和测定的温度-电阻常数。
该装置可以被布置成：在参考温度下测定表示频率特征的参考特征；比较测定的频率特征与测定的参考特征；其中，温度的测定基于测定的频率特征与参考特征的比较。
该装置可以被布置成：大体上在气溶胶生成设备启动时、和/或大体上在气溶胶生成设备中安装新的和/或更换感受器时、和/或大体上在气溶胶生成设备中安装新的和/或更换感应器时测量参考特征。
该装置可以被布置成：测量RLC电路电性能随着驱动RLC电路的驱动频率的变化；其中，频率特征的测定基于RLC谐振电路的测量的电性能随着驱动RLC电路的驱动频率的变化。
电性能可以是在RLC电路的感应器两端测量的电压，感应器用于将能量传递到感受器。
电性能的测量可以是被动测量。
电性能可以表示在传感线圈中通过RLC电路的感应器产生的电流，感应器用于将能量传递到感受器。
电性能可以表示在耦合线圈中通过供应电压元件产生的电流，供应电压元件用于向驱动元件供应电压，驱动元件用于驱动RLC电路。
根据本发明的第二方面，设置有气溶胶生成设备，包括：感受器，被布置成加热气溶胶生成材料，从而在使用中产生气溶胶；RLC谐振电路，被布置成在使用中感应加热感受器；以及根据第一方面的装置。
感受器可能包括镍。
感受器可能包括具有镍涂层的主体。
镍涂层可以具有大体上小于5μm的厚度，或者大体上在2μm到3μm的范围中。
镍涂层可以电镀在主体上。
感受器可以包括钢、铁和钴中的一个或者多个。
感受器可以是低碳钢板。
低碳钢板可以具有在大体上10μm到大体上50μm的范围内的厚度，或者具有大体上25μm的厚度。
根据本发明的第三方面，提供有气溶胶生成装置的感受器的温度测定的方法，感受器用于通过RLC谐振电路感应加热，该方法包括：测定RLC谐振电路的频率响应的峰值的频率特征；并且基于测定的频率特征测定感受器的温度。
根据本发明的第四方面提供有计算机程序，当由处理系统执行时，该程序引起处理系统执行根据第三方面的方法。
本发明的进一步特征和优势将会在下文中从本发明的优选实施例的描述中变得明显，本发明的优选实施例仅以示例的方式给出，其参考附图作出。
附图说明
图1示意性地示出根据示例的气溶胶生成设备；
图2a示意性地示出根据第一示例的RLC谐振电路；
图2b示意性地示出根据第二示例的RLC谐振电路；
图2c示意性地示出根据第三示例的RLC谐振电路；
图3a示意性地示出示例的RLC谐振电路的示例的频率响应；
图3b示意性地示出根据示例，在两个不同的感受器温度T1和T2下，示例的RLC谐振电路的示例的频率响应；
图3c示意性地示出根据另一个示例，在两个不同的感受器温度T1和T2下，示例的RLC谐振电路的示例的频率响应；
图4是流程图，示意性地示出示例的方法。
具体实施方式
感应加热是通过电磁感应加热导电物体(或感应器)的过程。感应加热器可以包括电磁体和用于使变化的电流(例如交流电)通过电磁体的设备。在电磁体中变化的电流产生变化的磁场。变化的磁场穿透相对于电磁体被适当地定位的感受器，在感受器内产生涡电流。感受器具有对于涡电流的电阻，并且因此涡电流的流动抵抗这个电阻引起感受器被焦耳热加热。在感受器包括铁磁材料，例如铁、镍、钴的情况下，热量也可以通过在感受器中的磁滞损耗产生，即，通过在磁性材料中变化磁偶极子的方向导致它们与变化的磁场对齐。
在感应加热中，例如，和传导加热相比，热量产生在感受器的内部，允许快速加热。此外，在感应加热器与感受器之间不需要有物理接触，允许提高构造和应用的自由。
当电路元件的阻抗或导纳的虚部互相抵消时，在电路中以特定的谐振频率发生电谐振。显示电谐振的电路一个示例是RLC电路，包括串联连接的由电阻器提供的电阻(R)、由感应器提供的电感(L)以及由电容器提供的电容(C)。在RLC电路中发生谐振，因为感应器的坍缩的磁场在其绕组中产生电流，从而给电容器充电，而放电的电容器提供了在感应器中建立磁场的电流。当以谐振频率驱动电路时，感应器和电容的串联的阻抗是最小值，而电路的电流是最大值。RLC谐振电路的谐振频率和带宽取决于电路中的电容、电感和电阻。
图1示意性地示出了气溶胶生成设备150的示例，包括RLC谐振电路100，用于通过感受器116感应加热气溶胶生成材料164。在一些示例中，感受器116和气溶胶生成材料164形成整体的单元，其可以从气溶胶生成设备150插入和/或移除，并且可以是一次性的。气溶胶生成设备150是手持的。气溶胶生成设备150被布置成加热气溶胶生成材料164以产生用于由使用者吸入的气溶胶。
应当注意的是在本文中使用的术语“气溶胶生成材料”包括在加热时提供蒸发的成分(通常是以蒸汽或者气溶胶的形式)的材料。气溶胶生成材料可以不包括烟草的材料或者包括烟草的材料。气溶胶生成材料可以包括例如烟草本身、烟草衍生物、膨胀烟草、烟草薄片、烟草提取物、均质烟草或者烟草替代品中的一个或多个。气溶胶生成材料可以是研磨成粉的烟草、切成丝的烟草、挤压成型的烟草、复原烟草、复原材料、液体、凝胶、凝胶片、粉末或者凝聚物等形式。气溶胶生成材料可以包括一种或多种湿润剂，例如丙三醇或者丙二醇。
回到图1，蒸汽发生设备150包括外部本体151，其内置RLC谐振电路100、感受器116、气溶胶生成材料164、控制器114以及电池162。电池被布置成向RLC谐振电路100提供电力。控制器114被布置成控制RLC谐振电路100，例如，控制从电池162到RLC谐振电路100传递的电压和驱动RLC谐振电路的频率f。RLC谐振电路100被布置用于感受器116的感应加热。感受器116被布置成加热气溶胶生成材料164以在使用中产生气溶胶。外部本体151包括嘴件160以允许在使用中产生的气溶胶从设备150中离开。
在使用中，使用者可以通过例如已知的按钮(未示出)或者抽吸检测器(未示出)激活控制器114以引起RLC谐振电路100被驱动，例如以RLC谐振电路100的谐振频率fr。谐振电路100因此感应加热感受器116，其转而加热气溶胶生成材料164，并且引起气溶胶生成材料164因此产生气溶胶。产生的气溶胶进入空气中从空气入口(未示出)被卷入设备150，并且从而被运送到嘴件160，在嘴件160处气溶胶离开设备150。
控制器114和设备150作为一个整体可以被布置成加热气溶胶生成材料到一定范围的温度以在不燃烧气溶胶生成材料的情况下蒸发气溶胶生成材料的至少一种成分。例如，温度范围可以是约50℃到约350℃，比如在约50℃到约250℃之间、在约50℃到约150℃之间、在约50℃到约120℃之间、在约50℃到约100℃之间、在约50℃到约80℃之间，或者在约60℃到约70℃之间。在一些示例中，温度范围在约170℃到约220℃之间。在一些示例中，温度范围可以不同于这个范围，温度范围的上限可以高于300℃。
需要的是测定感受器116的温度，例如，为了控制气溶胶生成材料的加热的目的，例如确保其不会被加热到超出某一温度，例如使得其不燃烧或者烧焦，或者例如使得其被加热某一温度或者根据某一温度曲线加热。例如，需要的是感受器116的温度不超过400℃，以便确保感受器116不引起气溶胶生成材料164燃烧或者烧焦。应当领会的是在应当领会的是作为一个整体，感受器116的温度与气溶胶生成材料164的温度之间可以存在差异，例如，在感受器116的加热期间，例如在加热速度很大的地方。因此，应当领会的是在一些示例中，例如，控制感受器116的温度或者其不应该超出的温度可以高于需要将气溶胶生成材料164加热到的温度或其不应该超过的温度。
根据本发明的示例，装置(例如控制器114)被布置成测定感受器116的温度。在广泛地概括中，以及下文更详细地描述中，控制器114被布置成测定RLC谐振电路100的频率响应的峰值的频率特征。该频率特征随着感受器116温度的变化而变化。该频率特征可以是例如谐振频率或者峰值的带宽。控制器被布置成基于测定的频率特征测定感受器116的温度。基于RLC谐振电路100的谐振频率的峰值的频率特征测定的感受器116的温度允许在不需要与感受器116物理接触的情况下测定感受器16的温度，并且因此允许例如气溶胶生成设备150的更大的设计自由度。
现在，参考图2a，示出RLC谐振电路100的示例，用于感受器116的感应加热。谐振电路100包括串联的电阻器104、电容器106和感应器108。RLC谐振电路100具有电阻R、电感L和电容C。
电路100的电感L由布置成用于感受器116的感应加热的感应器108提供。感受器116的感应加热通过由感应器108产生的交变磁场，其如上文所提到的在感受器116中产生焦耳热和/或磁滞损耗。电路100的电感L的一部分可能由于感受器116的磁导率。由感应器108产生的交变磁场由流过感应器108的交流电产生。流过感应器108的交流电是流过RLC谐振电路100的交流电。感应器108可以是例如盘绕的线的形式，例如铜线圈。感应器108可以包括例如，利兹线(Litz wire)，例如包括多个缠绕在一起的单独的绝缘线的线。当使用的驱动频率在MHz的范围中时，利兹线可能尤其有用，因为其可以减少由于集肤效应(skineffect)导致的电力损失，如众所周知的。在这些相对高的频率下，要求电感的数值更低。作为另一个示例，例如，感应器108可以是在印刷电路板上的盘绕的轨道。在印刷电路板上使用盘绕的轨道可能有用因为它提供刚性并且自支撑轨道，其截面排除对利兹线的需求(其可能昂贵)，并且能以低成本高重复性大量生产。尽管示出了一个感受器108，应当容易地领会的是可以存在多于一个感应器布置成用于一个或者多个感受器116的感应加热。
电路100的电容C由电容器106提供。电容器106可以是，例如，1级陶瓷电容器，例如C0G电容器。电容C也可以包括电路100的杂散电容；然而，与由电容器106提供的电容C相比，这是或者可以是能被忽略的。
电路100的电阻R由电阻器104、连接谐振电路100的部件的轨道或者线的电阻、感应器108的电阻以及由布置成用于与感应器108一起传递能量的感受器116提供的谐振电路100的流动的电流的电阻提供。应当领会的是电路100不需要必须包括电阻器104，并且在电路100中的电阻R可以由连接的轨道或者线、感应器108和感受器116提供。
电路100由H桥驱动器102驱动。H桥驱动器102是用于在谐振电路100中提供交流电的驱动元件。H桥驱动器102连接到DC电压供应VSUPP110，并且连接到电接地GND112。DC电压供应VSUPP110可以，例如，来自电池162。H桥102可以是集成电路，或者可以包括离散开关元件(未示出)，其可以是固态开关或者机械开关。H桥驱动器102可以是，例如，高效桥式整流器。已知的是，H桥102可以经由开关部件(未示出)通过反向(然后再储存)电路两端的电压在电路100中提供来自DC电压供应VSUPP110的交流电。这可以有用因为它允许RLC谐振电路由DC电池提供电力，并且允许控制交流电的频率。
H桥驱动器104连接到控制机器114。控制器114控制H桥102或者H桥的部件(未示出)以在RLC谐振电路100中以给定的驱动频率f提供交流电I。例如，驱动频率f可以在MHz的范围中，例如在0.5MHz到4HMZ的范围中，例如在2MHz到3MHz的范围中。应当领会的是可以使用其他频率f或者频率范围，例如取决于使用的特定的谐振电路100(和/或其的部件)、控制器114、感受器16和/或驱动元件102。例如，应当领会的是RLC电路100的谐振频率fr取决于电路100的电感L和电容C，其转而取决于感应器108、电容器106和感受器116。例如，驱动频率f的范围可以在使用的特定的RLC电路100和/或感受器116的谐振频率fr的周围。也应当领会的是使用的谐振电路100和/或驱动频率或驱动频率f的范围可以基于给定的感受器116的其他参数选择。例如，为了提高从感应器108到感受器116的能量传递，提供小于感受器116材料的厚度的集肤深度(即，从感受器116的表面的深度，在其内部来自感应器108的交变磁场被吸收)可能有用，例如二到三倍小的因数。对于不同材料和不同构造的感受器116，集肤深度不同，并且集肤深度随着驱动频率f的增加减小。在一些示例中，因此，使用相对高的驱动频率可能有益。在另外一方面，例如，为了减少供应到谐振电路100和/或驱动元件102的、作为热量在电子器件内部损耗的电力的比例，使用较低的驱动频率f可能有益。在一些示例中，可以因此视情况和/或根据需要选择在这些因数之间折中。
如上文所提到的，控制器114被布置成通过测定RLC谐振电路100的频率响应的峰值的频率特征来测定感受器116的温度，并且基于测定的特征来测定感受器116的温度。
图3a示意性地示出谐振电路100的频率响应300。在图3a的示例中，谐振电路100的频率响应300由在电路中流动的电流I随着驱动频率f的变化的示意图示出，其中电路由H桥驱动器104以驱动频率驱动。
图2a的谐振电路100具有谐振频率fr，其中以谐振频率驱动时，感应器108和电容器106的串联的阻抗Z是最小值，并且因此电流I是最大值。因此，如图2a所示，当H桥驱动器104以谐振频率fr驱动电路100时，在电路100中的交流电I将是最大值Imax，并且因此在感应器108中的电流也是最大值。由感应器106产生的震荡磁场将会因此是最大化，并且因此通过感应器106感应加热的感受器116的感应加热将会最大化。当H桥驱动器104以偏振的频率f(即，高于或低于谐振频率fr)驱动电路100时，在电路100中的交流电将会小于最大值，并且因此感应器108中的电流也会小于最大值，并且因此由感应器106产生的振荡磁场也将小于最大值，并且因此通过感应器106感应加热的感受器116将会小于最大值。因此在图3a中可以看出，谐振电路100的频率响应300具有一个峰值，其集中在谐振频率fr上，并且在高于或低于谐振频率fr的频率处减小。
如上文所提到的，控制器114被布置成测定RLC谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征。谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征可以是例如峰值集中于其的谐振频率fr。作为另一个示例，谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征可是峰值的宽度。缝制的宽度的特征可以是峰值的带宽B，在图2中示例的示出的是在
Figure BDA0002221876220000111
处的全宽度。
在一些示例中，为了测定峰值的频率特征，控制器114被布置成测量RLC谐振电路100的频率响应300。例如，控制器可以被布置成测量RLC电路100的电性能随着驱动RLC电路的驱动频率f的变化。控制器114可以包括时钟发生器(未示出)以测定驱动RLC电路100的绝对频率。控制器114可以被布置成控制H桥104以在一段时间内扫描驱动频率f的范围。可以在驱动频率的期间测量RLC电路100的电性能，并且因此RLC电路100的频率响应300随着驱动频率f的变化可以被测定。
电性能的测量可以是被动测量(passive measurement)，即，不涉及与谐振电路100任何直接电接触的测量。
例如，再次参考图2a所示的示例，电性能可以表示RLC电路100的感应器108在传感线圈120a中产生的电流。如图2a所示，传感线圈102a被定位以用于从感应器108能量传递，并且被布置成检测在线圈100中流动的电流I。传感线圈120a可以是，例如成卷的线或在印刷电路板上的轨道。例如，在感应器108是在印刷电路板上的轨道的情况下，传感线圈120a可以是在印刷电路板上的轨道并且被定位在感应器108上方或者下方，例如，在一个平行于感应器108所在平面的平面中。作为另外一个示例，在这个示例中存在不止一个感应器，传感线圈120a可以被置于感应器108之间，以用于从两个感应器能量传递。例如，在感应器108是在印刷电路板上的轨道并且位于与另一个平面平行的平面上的情况下，传感线圈120a可以是在印刷电路板上置于两个感应器之间的轨道，并且位于平行于感应器108的平面上。
在任何情况下，交流电I在电路100中流动，并且因此也在感应器108中流动，这引起感应器108产生交变磁场。交变磁场在传感线圈120a中产生电流。在传感线圈120a中产生的电流120a在传感线圈120a两端产生电压VIND。传感线圈120a两端的电压VIND可以被测量，并且与在RLC电路100中流动的电流I成比例。传感线圈120a两端的电压VIND可以随着H桥驱动器104驱动谐振电路100的驱动频率f的变化被记录，并且因此测定电路100的频率响应300。例如，控制器114可以记录传感线圈120a两端电压VIND随着频率f变化的测量结果，该频率是控制H桥驱动器104以在谐振电路100中驱动交流电的频率。然后控制器可以分析响应频率300以测定响应频率300的峰值的频率特征，例如，峰值集中于其的谐振频率fr，或者峰值的带宽B。
图2b示出了RLC电路100的电性能的被动测量的另一个示例。除了图2a的传感线圈120a由耦合线圈120b替代之外，图2b与图2a相同。如图2b所示，耦合线圈120b被放置使得当流过其的DC电流由于RLC电路改变需求而改变时，拦截由DC供应电压线或轨道110产生的磁场的一部分。由在DC供应电压线或轨道110中流动的电流的变化产生的磁场在耦合线圈120b中产生电流，电流在耦合线圈120b的两端产生电压VIND。例如，尽管在理想条件下，在DC供应电压线或轨道110中流动的电流仅仅是直流电，但在实际中，例如由于在H桥驱动器104中的开关的不完整性，在DC供应电压线或轨道110中流动的电流可以通过H桥驱动器调制到某个程度。这些电流调制因此在耦合线圈中产生电流，其通过耦合线圈120b两端的电压VIND测量。
耦合线圈120b两端的电压VIND可以随着H桥驱动器104驱动谐振电路100的驱动频率f变化被测量并记录，并且因此测定电路100的频率响应300。例如，控制器114可以记录耦合线圈120a两端的电压VIND随着频率f变化的测量结果，该频率是控制H桥驱动器104的频率以在谐振电路100中驱动交流电。然后控制器可以分析响应频率300以测定响应频率300的峰值的频率特征，例如，峰值集中于其的谐振频率fr，或者峰值的带宽B。
应当注意的是在一些示例中，可能需要的是在DC供应电压线或轨道110中减少或者移除电流的调制部件，电流的调制可能由在H桥驱动器104中的不完整性引起。这可以通过例如在H桥驱动器104的两端设置旁通的电容(未示出)实现。应当领会的是在这种情况下用来测定电路100的频率响应300的RLC电路100的电性能可能通过不同于耦合线圈120b的方式。
图2c示出RLC电路的电性能的主动测量的示例。除了图2a的感应线圈120a由元件120c(例如被动差分电路120c，布置成测试感应器108两端的电压VL)替代之外，图2c与图2a相同。随着谐振电路中的电流I的变化，感应器108两端的电压VL将会变化。感应器108两端的电压VL随着H桥驱动器104驱动谐振邪路100的驱动频率f的变化可以被测量并记录，并且因此测定电路100的频率响应300。例如，控制器14可以记录随着频率f变化的感应器108两端的电压VL的测量结果，此频率是控制H桥驱动器104的频率以在谐振电路100中驱动交流电。然后，控制器114可以分析频率响应300以测定响应频率300的峰值的频率特征，例如峰值集中于的谐振频率fr，或者峰值的带宽B。
在图2a到图2c示出的每个示例或者其他示例中，控制器114可以分析频率响应300以测定频率响应300的峰值的频率特征，例如峰值集中于的谐振频率fr周围，或者峰值的带宽B。例如，控制器114可以使用已知的数据分析技术以从峰值的频率特征中测定。例如，控制器可以从频率响应数据中直接推导谐振频率fr和/或带宽B。例如，对于谐振频率fr，控控制器114可以测定记录的最大响应的频率f作为谐振频率fr，或者可以测定记录的两个最大响应并测定这两个频率f的平均值作为谐振频率fr。对于带宽B，例如，控制器114可以在响应是最大响应的
Figure BDA0002221876220000141
处测定频率f，并且测定这两个频率之间的差距作为带宽B。作为又一个示例，控制器114将描述用于RLC电路的作为频率f的函数的电流I(或者另一个响应)的函数匹配到频率响应数据，并且从匹配的函数中推导或者计算谐振频率fr和/或频率响应数据的峰值的带宽B。
如上文所述的，控制器114可以布置成基于测定的谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征测定感受器116的温度。
在一个示例中，谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征是峰值集中于其的谐振频率，例如以Hz测量。电路100的谐振频率fr取决于电路100的电容C和电感L，并且由下式给出：
Figure BDA0002221876220000142
感应器108的电感、并且因此谐振电路100的电感取决于感受器116的磁导率μ。磁导率μ是材料的性能的测量结果以支持在其内部形成磁场，并且表达材料响应应用的磁场获得的磁化。越大的感受器16的磁导率μ，越大的电感L。其中包括感受器116的材料的磁导率μ可以随着温度变化。
例如，对于铁磁体和铁磁性材料例如铁、镍钴和他们的合金，它们的饱和磁化强度(即，对于应用的磁场可获得最大磁化强度)随着材料的温度接近它们的居里温度TC减小，在居里温度TC材料的永磁性丧失。例如，镍的居里温度TC是358℃，并且在在250℃时镍的饱和磁化强度与在358℃时相比大50％。因此，在这种情况下，随着感受器116的温度增加接近居里温度TC，感受器16的磁导率μ将会减小并且因此在谐振电路100中的电感L将会减小，并且因此通过等式(1)得出，峰值集中于其的谐振频率fr将会增加。
图3b示意性地示出感受器116在两个不同的温度T1(实线的曲线360)和T2(虚线的曲线370)下的谐振电路100的频率响应360、370，其中T2高于T1。在图3b的示例中，谐振电路100的频率响应360、370通过在电路100中流动的电流I随着驱动电路100的驱动频率f的变化的示意图示出。如上文提到的，当感受器116在较低的温度T1时，电路100的电感L是L1，并且谐振频率fr是fr1。然而，当感受器在较高的温度T2(低于但是接近感受器116包括的材料的居里温度TC)时，电路100的电感L减小到L2，并且因此电路100的谐振频率fr增加到fr2。
因此，通过测定电路100的谐振频率fr，控制器114可以测定，例如推导或计算(如在下文中更详细地描述的)感受器116的温度。
使用电路100的谐振频率fr测定感受器116的温度可能有用例如在感受器的工作温度范围(即，在气溶胶生成设备150中感受器116被加热到的温度范围)低于感受器116(或者感受器116包括的材料)的居里温度TC的情况下。这可以避免相对于感受器116的不止一个温度给定谐振频率fr，并且因此允许更准确的温度测量结果。此外，使用电路100的谐振频率fr测定感受器116的温度可能有用例如在感受器116的工作温度范围在感受器116(或者感受器116包括的材料)的居里温度TC的附近区域(即，接近)的情况下。这是因为铁磁体或铁磁材料的饱和磁化强度与在远离材料的居里温度TC下相比，在材料的居里温度TC附近区域(即，接近)下随着温度的变化快速变化。因此，在材料的居里温度TC附近区域(即，接近)下，给定的温度变化将会导致感受器166的饱和磁化强度更大的变化，并且因此导致谐振电路100的谐振频率fr的更大的变化，并且因此将会允许感受器116的温度的更灵敏的测量。
作为具体的示例，感受器116可包括镍。例如，感受器116可包括具有薄镍涂层的主体或基板。例如，主体可以是厚度为约25μm的低碳钢板。在其他示例中，板材可以由不同的材料制成，例如铝或塑料或不锈钢或其他非磁性材料，和/或可以具有不同的厚度，例如在10μm与50μm之间的厚度。可以用镍涂层或电镀主体。镍可以具有例如小于5μm的厚度，例如在2μm和3μm之间。可以用另一种材料涂层或电镀。向感受器116提供相对小的厚度可以在使用中感受器116所需的时间。感受器116的板材可以允许从感受器116到气溶胶生成材料164的高热耦合效率。感受器116可以集成到包括气溶胶生成材料164的消耗品中。薄板的116可能特别适用于此目的。感受器116可以是一次性的。这种感受器116可以是划算的。
镍是铁磁体。镍的居里温度TC是358℃。在一个示例中，镍涂层或者电镀镍的感受器116可以被加热到约200℃到300℃范围的温度，其可以是气溶胶生成设备350的工作范围。在250℃下镍的饱和磁化强度的变化相对于在外界温度下的数值是50％。因此在这种情况下，测量谐振电路100的谐振频率fr将会允许准确和灵敏的测定感受器116的温度。
然而，在给定的气溶胶生成设备350中，感受器可能包括的其他材料、或者可能由其组成的其他材料，例如铁或钴或低碳钢，可以具有更高的居里温度TC，该温度可以相当远离感受器116的工作温度范围。例如，低碳钢的感受器116可以具有约770℃的居里温度TC。在这种情况下，材料的饱和磁化强度中的变化可能相当小，例如在250℃下的低碳钢，例如该变化相对于在外界温度下的数值小于10％，并且因此导致的电感L的变化也相当小，并且因此在示例的工作范围内的不同温度下，电路100的谐振频率fr的变化可能也相当小。
对于感受器116来说使用居里温度TC远离并且高于设备的工作范围的材料是有益的，因为这可以避免在居里温度TC附近可能和材料的饱和磁化强度一起减少的感应加热效率的减少。
谐振电路100的频率响应300的峰值的另一个特征是峰值的宽度。峰值的宽度的特征可以在于峰值的带宽B。峰值的带宽B是在
Figure BDA0002221876220000171
处的全部宽度，处以Hz为单位。峰值的带宽B取决于谐振电路100的电感L和电阻R，并且由下式给出：
Figure BDA0002221876220000172
如上文所述的，感受器116对其内部通过感应器108产生的涡电流的电阻至少提供了电路100的电阻R的一部分，这部分电阻转而增加布置成感受器116的感应加热的感应器108的电阻。感受器116的电阻R(并且因此感应器108的电阻、并且因此电路100的电阻)可以随着感受器116的温度的变化而变化。
例如，对于感受器116包括的导体，例如铁、钴、镍，随着温度增加电阻R增加，例如随着感受器116的温度的增加而线性地增加或非线性地，或者至少单调地增加。因此，随着感受器116的温度增加，感受器16的电阻增加，其转而增加感应器108的电阻，其转而增加谐振RLC电路100的电阻R，通过等式(2)其转而增加谐振电路100的响应的峰值的带宽B。
图3c示意性地示出对于感受器116在两个不同温度T1(实线的曲线380)和T2(虚线的曲线390)下的谐振电路100的频率响应380、390，其中T2高于T1。在图3c的示例中，谐振电路100的频率响应由在电路100中流动的电流I随着驱动电路100的驱动频率变化的示意图示出。当感受器116在较低的温度T1下，电路100的电阻是R1，并且峰值的带宽是B1。然而，如上文提到的，当感受器116在较高的温度T2下，电路100的电阻R增加到R2，并且因此谐振电路100的响应的峰值的带宽B增加到B2。
因此，通过测定电路100的响应380、390的峰值的带宽B，控制器114可以测定，例如推导或者计算(如下文中更详细地描述的)感受器116的温度。
使用电路100的响应380、390的峰值的带宽B测定感受器116的温度可能有用例如在感受器116的工作温度范围(即，在气溶胶生成设备350中感受器116被加热到的温度范围)远离(即，不接近)感受器(或感受器116包括的材料)的居里温度TC的情况下。在这些情况下，电路100的电感L可以在不同温度下相对保持不变，并且因此电路100的电阻R相对保持不变，并且因此感受器116的温度可以从测定的带宽B中直接测定。这允许感受器116的温度的简单测定。
作为具体的示例，感受器116可以是钢或包括钢。感受器116可以是低碳钢的板，厚度在约10μm和约50μm之间，例如厚度约为25μm。仅向感受器116提供相对小的厚度可有助于减少在使用中加热感受器所需的时间。感受器116可以集成到装置105中，例如与可以是一次性的气溶胶生成材料164集成在一起相反。尽管如此，感受器116可以从装置115可移除，例如使得能够在使用之后更换感受器116，例如在由于过度使用热应力和氧化应力的退化之后。因此感受器116可以是“半永久性的”，因为它不经常更换。作为感受器116的低温钢板或箔或镍涂层钢板或箔可以特别适合该目的，因这是为它们耐用的并且因此，例如可以抵抗多次使用的损害和/或例如与气溶胶生成材料164多次接触的损坏。板形形式可以允许从感受器116到气溶胶生成材料164的高热耦合效率。
铁的居里温度TC是770℃。低碳钢的居里温度TC可以是约770℃。钴的居里温度TC为1127℃。在一个示例中，低碳钢感受器116可以被加热到约200℃到约300℃的温度，其可以是气溶胶生成设备150的工作范围。在250℃下，在低碳钢的饱和磁化强度中的变化相对于在外界温度下的数值小于10％。因此在温度的工作范围中，不同温度之间的电感L的变化相当小并且对于钢感受器116可以假设不变。因此电路100的响应的峰值的带宽B可以直接与电路100的电阻相关(通过等式(2))，并且因此钢感受器116的温度也直接与电路100的电阻相关。因此在这种情况下，测量峰值的带宽B将会允许感受器16的温度的简单准确的测定。
在一些示例中，控制器114可以被布置成测定谐振频率fr或者带宽B中的仅一个以测定感受器的温度。在一些示例中，感受器114被布置成取决于使用的感受器116的类型和/或设备350的温度的工作范围来测定或者谐振频率fr或者带宽B。在一些示例中，使用谐振频率fr或者带宽B的哪个测定感受器116的温度是在控制器114中和/或装置150中预设的，或者预定的。在一些示例中，控制器114可以被布置成测定谐振频率fr和带宽B，并且使用两者测定感受器116的温度。例如，控制器可以被布置成采用使用谐振频率fr和带宽B测定的温度的平均值，并且将其测定为感受器116的温度。
如上文提到的，控制器114被布置成基于测定的频率特征测定感受器116的温度，例如电路100的谐振频率fr，或者电路100的频率响应300的峰值的带宽B。存在各种可以实现其的方法。
在一个实例中，控制器114被布置成测定表示温度随着频率特征变化的数据；并且基于测定的数据和测定的频率特征测定温度。
例如，数据可以包括一系列随着第一特征变化测量的温度的数据点。例如，控制器114可以在存储器(未示出)中储存将频率特征映射到感受器116的温度的标定数据。例如，温度随着第一特征的变化可以是单调的。例如，标定数据可以在设备350或控制器114的制造期间通过测量电路的频率特征随着感受器116的温度变化被测定，例如感受器116的温度使用温度计，例如热电偶测定。该标定数据可以然后存储在设备350或者控制器114中，例如，作为在设备350的存储器(未示出)或者控制器114中的查找表。在使用中，控制器114可以测定谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征，并且使用测定的频率特征从标定数据中查找感受器116的相应的温度。这在频率特征和温度的关系是复杂的情况下可能有用，并且因此可以提供温度准确的测定。
作为另一个示例，控制器114或者设备350可以储存包括描述温度随着频率特征变化的函数形式的一个或多个参数的数据。例如，它可以假设频率特征随着感受器116的温度线性地变化。在这种情况下，描述感受器116的温度随着频率特征F的变化的函数形式可以是T＝aF+b，其中a和b是函数形式的常数参数。这些参数可以在控制器114或设备350的制造过程中测定，并且储存在控制器或者设备350的存储器(未示出)中。在使用中，控制器可以测定谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征，并且使用存储在储存器中的参数a和b计算感受器116的温度。应当领会的是根据需要，可以使用其他函数形式，例如非线性的函数形式，例如视情况参数化的多项哈苏。这可能有用因为储存参数与例如储存系列频率特征和温度的数据相比使用更少的储存空间。
在一些示例中，数据可以简单地是在温度和频率之间的比例常数。该常数可以储存在存储器(未示出)中并且由控制器使用直接从频率特征计算感受器116的温度。这可能有用因为它计算上简单并且包括一个参数的储存，其可以减小需要的储存容量。
在频率特征是谐振电路100的频率响应300的峰值的带宽B的情况下，控制器114可以被布置成使用等式(2)和已知的例如预定的电感L的数值测定电路100的电阻R。感受器116的温度然后可以从测定的电阻R中测定。例如，除了感受器116的贡献之外，对电阻R的贡献可能是已知的或者预定的并且假设为保持常数。感受器116的电阻然后可以作为测定的电阻与除了感受器116的贡献之外对电阻R的贡献之间的差别被测定。作为另一个示例，除了感受器116的贡献之外，对电阻的贡献可以假设成忽略不计，并且因此测定的电阻R与感受器的点则相等。感受器16的温度然后可以由将感受器的电阻与常数(例如。可以储存在控制器114或者设备150的存储器(未示出)中的温度-电阻常数)相乘测定。不同材料具有不同的温度-电阻常数。因此控制器114可以储存多个用于不同材料的温度电阻常数，并且测定适当的温度-电阻常数以在根据感受器116包括的材料测定感受器116的温度中使用。例如，感受器116包括的材料对于控制器114来说可以通过使用者输入的方式已知，或者从感受器识别的其他输入到控制器114中已知。这可能有用因为它提供准确的温度测定的同时允许使用的感受器116中的灵活性。
在一些示例中，感受器114可以布置成在参考温度下测定表示频率特征的参考特征；比较测定的频率特征与测定的参考特征；并且基于测定的频率特征与参考特征的比较测定感受器116的温度。
例如，控制器114可以被布置成当已知或者假设感受器116在某一温度下时测定频率特征。例如，控制器114可以被布置成在设备150开启时(例如使用上文描述的方法)测定频率特征，此时可以假设感受器116的温度是外界温度，例如20℃。控制器114可以然后储存这个测定的频率特征作为在参考温度20℃下的参考频率特征。在后面的阶段，例如当感受器116被感应加热时，控制器114可以再次测定频率特征。控制器114可然后以比较该测定的频率特征与参考频率特征，例如，控制器114可以计算测定的频率特征与参考频率特征之间的差别。控制器114然后可以基于这个差别测定感受器16的温度。例如，该差别可以以上文描述的相似的方法映射在感受器116的温度上，例如通过预存标定数据，或者标定函数或者比例常数。
基于测定的频率特征与在参考温度下测定的参考频率特征的比较来测定感受器116的温度消除了在给定温度下假设谐振电路的频率响应的需要，并且因此提供了温度的更准确的测定。此外，对于感受器116、或者谐振电路100、或者作为整体的设备温度测定更稳健。例如，感受器116可以被更换。例如，感受器116可以是一次性的并且例如与气溶胶生成材料164集成布置成加热。参考频率特征的测定因此在感受器116被更换时说明不同感受器116之间和/或相对于感应器108，感受器116的不同位置之间的区别。此外，感应器108，或者谐振电路100的真正的任何部件，可以是可更换的，例如在某种使用后，或者在损坏后。相似地，当感应器108被更换时，参考频率特征的测定可以因此说明不同的感应器108之间的差距，和/或感应器108的布置相对于感受器116不同的布置之间的区别。
因此，控制器114可以被布置成大体上在气溶胶生成设备150启动时，和/或大体上在新的和/或更换的感受器116安装到气溶胶生成设备150时和/或在新的和/或更换的感应器108安装到气溶胶生成设备150时测量参考特征。
图4是示意性地示出测定气溶胶生成设备105的感受器116的温度的流程图，该感受器116用于通过RLC谐振电路100感应加热。在步骤402中，该方法400包括测定RLC谐振电路100的频率响应300的峰值的频率特征。如上文提到的，频率特征可以是电路100的谐振频率fr或者可以是电路100的频率响应300的峰值的带宽B。频率特征可以由例如使用上述的技术获得。在步骤404中，该方法400包括基于测定的频率特征测定感受器16的温度。感受器116的温度可以从测定的频率特征中使用例如上述的技术获得。
控制器114可包括处理器和存储器(未示出)。存储器可以存储通过处理器可执行的指令。例如，当在处理器上执行时，存储器可以存储可以使处理器执行上述方法400的指令。指令可以存储在任何合适的存储介质上，例如，存储在非暂时性存储介质上。
尽管上面的示例的一些提到RLC谐振电路100的频率响应300就在RLC谐振电路100中流动的电流而言随着驱动电路的频率f变化是应当理解的是这不需要必须是这种情况，并且在其他示例中，RLC电路100的频率响应300可以是与在RLC谐振电路中流动的电流I相关的任何测量随着驱动电路的频率f的变化。例如，频率响应300可以是电路的阻抗对频率f的响应，或者如上文所描述的可以是在感应器两端测量的电压，或者是通过在谐振电路的供应电压线或者轨道中流动的电流的变化导致耦合线圈的感应电流的电压或者电流、或者是通过RLC谐振电路感应器108导致的传感线圈中的感应电流的电压或者电流、或者来自非感应耦合线圈或者非感应场传感器(例如霍尔效应传感器)的信号，随着驱动电路的频率f的变化。在每个情况下，可以测定频率响应300的峰值的频率特征。
尽管一些上述示例中频率特征是频率响应300的峰值的带宽B，应当领会的是不需要必须是这种情况，并且频率特征可以表示峰值的带宽。例如，可以使用在任意预定的响应振幅处的、或者最大响应振幅的分数的峰值的全宽度或半宽度。该表示峰值的带宽的特征可以使用带宽替代，其中要求应用适当的比例因数。还应当领会的是在其他示例中，谐振电路100的所谓的“Q”或“质量(Quality)”因数或数值，其可以通过Q＝fr/B与谐振电路100的带宽B和谐振频率fr相关联，可以测定和/或测量并且使用Q作为频率特征来代替带宽B和/或谐振频率fr，类似于上文所描述的应用合适的因数的示例。因此应当领会的是在一些示例中，可以测量或测定电路100的Q因数，由此基于测定的Q因数可以测定电路100的谐振频率fr、电路100的带宽B和/或感受器116的温度。
尽管上述示例提到的峰值与最大值相关联，容易领会的是这不需要必须是这种情况，并且其取决于测定的频率响应300和测量其的方式，峰值可以是与最小值相关联。例如，在谐振时，RLC电路100的阻抗是最小值，并且因此在阻抗随着驱动频率f(例如作为频率响应300使用)变化的情况下，RLC电路的频率响应300的峰值将与最小值相关联。
尽管在上面的一些示例中描述了为了测定RLC谐振电路的频率响应300的峰值的频率特征将控制器114布置成测量RLC谐振电路100的频率响应300，应当理解的是不需要必须是这种情况，并且在其他示例中，控制器114可以通过经由单独的测量或控制系统(未示出)连通到它来分析频率响应数据来测定频率特征，或者可以通过例如经由分离的控制或测量系统连通它们来直接测定频率特征。然后，控制器114可以基于测定的频率特征例如，通过上文所描述的技术测定感受器116的温度。
尽管在上面的一些示例中，描述了控制器114被布置成测定感受器16的温度，应当理解的是不需要必须是这种情况，并且在其他示例中，装置不需要必须是或者包括控制器114，并且可以被布置成测定频率特征并且基于测定的频率特征(例如通过测量频率300本身或者例如通过连通如上文所述的频率响应数据或者频率特征)来测定感受器的温度。装置可以被布置成例如通过上文描述的方法从测定的频率特征中测定温度。应当领会的是该装置或控制器114不需要必须是气溶胶生成设备150整体的部分，并且例如可以是与气溶胶生成设备150一起使用的单独的装置或控制器114。
尽管在上面的示例中，描述了用于测定气溶胶生成设备的温度的装置或控制器114，但不需要必须是这种情况，并且在其他示例中，装置或控制器114可以用于测定任何设备的感受器的温度，在设备中感受器用于通过RLC谐振电路感应加热，例如任何感应加热设备。
尽管在上面的示例中描述了由H桥驱动器102驱动的RLC谐振电路，但不需要必须是这种情况，并且在其他示例中，RLC谐振电路100可以由任何合适的驱动元件驱动以用于在谐振电路100中提供交流电，例如振荡器等。
以上示例应理解为本发明的解释性示例。应当理解的是关于任何一个示例描述的任何特征都可以单独使用，或者与所描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他示例的一个或多个特征组合使用，或者其他示例的任何其他的任何组合。此外，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上文未描述的等同物和修改。

Claims (26)

1.用于测定气溶胶生成设备的感受器的温度的装置，所述感受器用于通过RLC谐振电路感应加热，所述装置被布置成：
在所述气溶胶生成设备启动时、和/或在所述气溶胶生成设备中安装新的和/或更换感受器时、和/或在所述气溶胶生成设备中安装新的和/或更换感应器时，测量在参考温度下表示频率特征的参考特征，所述感应器用于将能量传递到所述感受器，
测定所述RLC谐振电路的频率响应的峰值的频率特征；
比较所测定的频率特征与所测定的参考特征；以及
基于所测定的频率特征与所述参考特征的比较，测定所述感受器的温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述频率特征是所述RLC谐振电路的谐振频率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述频率特征表示所述RLC谐振电路的所述频率响应的峰值的带宽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述装置被布置成：
测定表示温度的数据随着所述频率特征的变化；以及
其中，基于所测定的数据和所测定的频率特征来测定温度。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述数据包括描述所述温度随着所述频率特征变化的函数形式的一个或者多个参数。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述数据是所述温度与所述频率特征之间的比例常数。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述数据包括随着所述频率特征变化测量的所述温度的一系列的数据点。
8.根据权利要求3所述的装置，其中，所述装置被布置成：
基于所测定的频率特征测定RLC谐振电路的电阻；以及
其中，所述温度的测定基于测所定的RLC谐振电路的电阻。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置被布置成：
测定所述感受器的温度-电阻常数；以及
其中，所述温度的测定基于所测定的电阻和所测定的温度-电阻常数。
10.根据权利要求1至3中任一项所述装置，其中，所述装置被布置成：
测量RLC谐振电路的电性能随着驱动所述RLC谐振电路的驱动频率的变化；以及
其中，所述频率特征的测定基于所测量的所述RLC谐振电路的电性能随着驱动所述RLC谐振电路的所述驱动频率的变化。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述电性能是在所述RLC谐振电路的感应器两端测量的电压。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述电性能的测量是被动测量。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述电性能表示在传感线圈中通过所述RLC谐振电路的感应器产生的电流。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述电性能表示在耦合线圈中通过供应电压元件产生的电流，所述供应电压元件用于向驱动元件供应电压，所述驱动元件用于驱动所述RLC谐振电路。
15.一种气溶胶生成设备，包括：
感受器，被布置成加热气溶胶生成材料，从而在使用中产生气溶胶；
RLC谐振电路，被布置成在使用中感应加热所述感受器；以及
根据权利要求1到14中的任一项所述的装置。
16.根据权利要求15所述的气溶胶生成设备，其中，所述感受器包括镍。
17.根据权利要求16所述的气溶胶生成设备，其中，所述感受器包括具有镍涂层的本体。
18.根据权利要求17所述的气溶胶生成设备，其中，所述镍涂层具有小于5μm的厚度。
19.根据权利要求17所述的气溶胶生成设备，其中，所述镍涂层具有在2μm到3μm的范围中的厚度。
20.根据权利要求17或18或19所述的气溶胶生成设备，其中，所述镍涂层电镀在所述本体上。
21.根据权利要求15所述的气溶胶生成设备，其中，所述感受器包括钢、铁和钴中的一个或者多个。
22.根据权利要求21所述的气溶胶生成设备，其中，所述感受器是低碳钢板。
23.根据权利要求22所述的气溶胶生成设备，其中，所述低碳钢板具有10μm到50μm的范围内的厚度。
24.根据权利要求22所述的气溶胶生成设备，其中，所述低碳钢板具有25μm的厚度。
25.一种测定气溶胶生成设备的感受器的温度的方法，所述感受器用于通过RLC谐振电路感应加热，所述方法包括：
在所述气溶胶生成设备启动时、和/或在所述气溶胶生成设备中安装新的和/或更换感受器时、和/或在所述气溶胶生成设备中安装新的和/或更换感应器时，测量在参考温度下表示频率特征的参考特征，所述感应器用于将能量传递到所述感受器，
测定所述RLC谐振电路的频率响应的峰值的频率特征；
比较所测定的频率特征与所测定的参考特征；以及
基于所测定的频率特征与所述参考特征的比较，测定所述感受器的所述温度。
26.一种计算机程序，当由处理系统执行时，所述程序引起所述处理系统执行权利要求25所述的方法。
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