CN113519917A - 一种自适应调节的加热烟具温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应调节的加热烟具温度控制方法，是利用传感器测得逐口温度差值ΔT，逐口抽吸间隔时长Δt，再利用加热烟具控制器的自适应调节控制算法来调节抽吸调控系数ω，并将控制信号输出到加热元件，无需直接控制温度，即可在加热卷烟的抽吸过程中，达到逐口抽吸烟雾量一致、烟雾量充足、烟雾浓度均匀、烟气温度适宜的诸多效果。

Description

一种自适应调节的加热烟具温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种自适应调节的加热烟具温度控制方法，属于新型烟草制品加热烟具温度控制曲线领域。

背景技术

加热烟具是对加热卷烟进行加热产生可吸食气溶胶的装置，根据加热方式不同分为电阻式加热烟具、红外辐射加热烟具、电磁感应加热烟具、微波加热烟具等类型。

加热烟具的温控曲线是影响加热卷烟抽吸体验感的关键因素之一。目前国内外围绕电阻式加热烟具的温度控制曲线已进行了非常系统的研发，如专利CN107407941A公开了根据所期望的温度随时间分布曲线控制电加热器以限制温度的装置和方法、专利CN107407941A公开了根据所期望的温度随时间分布曲线控制电加热器以限制温度的装置和方法、专利CN109496129A公开了产生气溶胶的方法。然而这些公开的温度控制方法都是以时间为自变量，温度为控制变量的方法，且控温曲线都是程序设定好的，由于消费者抽吸习惯的不同，逐口抽吸时间间隔会有所不同，当抽吸完一口后间隔较长时间再次抽吸时往往存在烟雾浓度较大，烟雾量过于充足，烟气温度过高等问题，影响抽吸体验。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提出一种自适应调节的加热烟具温度控制方法，旨在使其在不同的抽吸习惯下、不同时刻加热卷烟的抽吸过程中，无需直接控制温度，即可达到逐口抽吸烟雾量和烟雾浓度均匀一致、烟雾量充足、烟气温度适宜的目的。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种自适应调节的加热烟具温度控制方法的特点在于，是应用于由加热烟具、温度传感器和电源所组成的装置中，所述加热烟具包括：加热元件、加热烟具控制器；所述加热烟具温度控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述装置开始供电，所述加热烟具控制器根据所设定的预热温度T₀，控制所述加热元件进行升温，并利用所述温度传感器实时检测所述加热元件的温度，当所述加热元件达到所述预热温度T₀时，执行步骤2；

步骤2、定义当前抽吸口数为k、抽吸第k口前后的温度变化量ΔT_k、抽吸第k口的间隔时长Δt_k；抽吸第k口的调控系数为ω_k；初始化k＝1时，开始对抽吸时长进行计时；

步骤3、温度传感器采集抽吸第k口前后的温度变化值ΔT_k并传递给所述加热烟具控制器；所述加热烟具控制器根据所述设定的抽吸第k口的调控系数ω_k，与所述温度变化值ΔT₁进行相乘，得到第k次乘积f(k)，从而对所述加热元件进行第k次温度调节，以达到所述第k次乘积f(k)；

步骤4、将k+1赋值给k后，判断k是否达到所述设定的抽吸阈值，或者抽吸时长是否达到总时长，若是，则所述装置停止供电，否则，执行步骤5；

步骤5、所述加热烟具控制器计算抽吸第k口与第k-1口的间隔时长Δt_k-1；利用式(1)计算第k口的调控系数ω_k：

式(1)中，ΔT_n表示抽吸第n口前后的温度变化量，Δt_n表示抽吸第n口的间隔时长；

步骤6、温度传感器采集抽吸第k口前后的温度变化值ΔT_k并传递给所述加热烟具控制器；所述加热烟具控制器利用式(2)计算第k次乘积f(k)，从而对所述加热元件进行第k次温度调节，以达到所述第k次乘积f(k)；

f(k)＝ω_k·[1/k·(ΔT₁+ΔT₂+...+ΔT_k)·1/(k-1)·(Δt₁+Δt₂+...+Δt_k-11)] (2)

步骤7、返回步骤4。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明温度控制方法不以抽吸时间为自变量，而是特别地采用抽吸时间间隔和逐口抽吸前后温度变化量作为自变量，引入抽吸调控系数作为控制变量，消除了抽吸时间间隔对加热卷烟吸味的影响，调控逐口烟雾量和烟雾浓度始终保持均匀一致，不论加热烟具采用哪种温控曲线，均能够根据消费者不同的抽吸习惯、抽吸时间间隔等，保证逐口抽吸烟雾量和烟雾浓度均匀一致、烟气温度适宜。

2、本发明温度控制方法显著区隔于常规采用PID控制温度的方法，提高了控温响应时间，降低了控温难度，适配加热卷烟进行抽吸时，释烟充足，烟气温度适宜，有效保证了逐口抽吸烟雾量和烟雾浓度均匀一致的效果。

附图说明

图1为本发明加热烟具温度控制算法的示意图。

具体实施方式

本实施例中，一种自适应调节的加热烟具温度控制方法，是应用于由加热烟具、温度传感器和电源所组成的装置中，该加热烟具包括：加热元件、加热烟具控制器；其中，加热元件包括但不限于电阻式加热元件、电磁感应加热元件、红外周向加热元件、微波加热元件。所适用的加热卷烟包括但不限于薄片型加热卷烟、颗粒型加热卷烟、无序烟丝型加热卷烟等。也适用于不同长度的烟支类型。

如图1所示，该加热烟具温度控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、预热阶段：设定预热温度T₀；

装置开始供电，加热烟具控制器根据所设定的预热温度T₀，控制加热元件进行升温，并利用温度传感器实时检测加热元件的温度，当加热元件达到预热温度T₀时，执行步骤2；

步骤2、定义当前抽吸口数为k、抽吸第k口前后的温度变化量ΔT_k、抽吸第k口的间隔时长Δt_k；抽吸第k口的调控系数为ω_k；初始化k＝1时，开始对抽吸时长进行计时；

步骤3、抽吸阶段：

温度传感器采集抽吸第k口前后的温度变化值ΔT_k并传递给加热烟具控制器；加热烟具控制器根据设定的抽吸第k口的调控系数ω_k，与温度变化值ΔT₁进行相乘，得到第k次乘积f(k)，从而对加热元件进行第k次温度调节，以达到第k次乘积f(k)；即抽吸第1口后，程序按照f(1)＝ω₁·ΔT₁来进行控温；

步骤4、将k+1赋值给k后，判断k是否达到设定的抽吸阈值，或者抽吸时长是否达到总时长，若是，则装置停止供电，否则，执行步骤5；

步骤5、加热烟具控制器计算抽吸第k口与第k-1口的间隔时长Δt_k-1；利用式(1)计算第k口的调控系数ω_k：

式(1)中，ΔT_n表示抽吸第n口前后的温度变化量，Δt_n表示抽吸第n口的间隔时长；即：

由式(2)可知：抽吸调控系数ω_k取决于ω₁、逐口抽吸前后温度变化量ΔT、抽吸间隔时长Δt等自变量，通过调整ω₁的输入值，确定ω₂…ω_k的数值。

步骤6、温度传感器采集抽吸第k口前后的温度变化值ΔT_k并传递给加热烟具控制器；加热烟具控制器利用式(3)计算第k次乘积f(k)，从而对加热元件进行第k次温度调节，以达到第k次乘积f(k)；

即：抽吸第2口后，程序按照f(2)＝ω₂·[1/2·(ΔT₁+ΔT₂)·Δt₁]来进行控温；

抽吸第3口后，程序按照f(3)＝ω₃·[1/3·(ΔT₁+ΔT₂+ΔT₃)·1/2(Δt₁+Δt₂)]进行控温；

……

抽吸第k口后，程序按照式(2)进行控温；

f(k)＝ω_k·[1/k·(ΔT₁+ΔT₂+...+ΔT_k)·1/(k-1)·(Δt₁+Δt₂+...+Δt_k-11)] (3)

步骤7、返回步骤4。

实施例1～5：

设定预热温度T₀＝290℃。实施例1中设定ω₁＝1.20；则实例1设定的抽吸调控系数如下：

各实施例的抽吸调控系数ω₁如表1所示：

选用红外辐射加热烟具作为试验对象，适配烟支为颗粒型加热卷烟产品，采用典型温控方法与本发明温控方法作对照试验，典型温控方法为：加热烟具预热18s后达到预热温度290℃，此时开始抽吸，同时加热温度下降至260℃后恒定加热保温，持续到抽吸结束。

表1实施例抽吸调控系数ω₁数值及温控方法感官质量品吸评价表

由表1可知：

采用实施例1温控参数，进行感官质量品吸的雾化量、逐口一致性、满足感、香气质、劲头、口感、刺激性等特性均优于典型温控方法，且感官质量品吸评价总分高于典型温控方法感官质量品吸评价总分。

采用实施例2温控参数，进行感官质量品吸的雾化量、逐口一致性、满足感、香气质、劲头、口感、刺激性等特性均优于典型温控方法，且感官质量品吸评价总分高于典型温控方法感官质量品吸评价总分。

采用实施例3温控参数，进行感官质量品吸的雾化量、逐口一致性、满足感、香气质、劲头、口感、刺激性等特性均优于典型温控方法，且感官质量品吸评价总分高于典型温控方法感官质量品吸评价总分。

采用实施例4温控参数，进行感官质量品吸的雾化量、逐口一致性、满足感、香气质、劲头、口感、刺激性等特性均优于典型温控方法，且感官质量品吸评价总分高于典型温控方法感官质量品吸评价总分。

采用实施例5温控参数，进行感官质量品吸的雾化量、逐口一致性、满足感、香气质、劲头、口感、刺激性等特性均优于典型温控方法，且感官质量品吸评价总分高于典型温控方法感官质量品吸评价总分。

通过对比实施例1～5温控参数的感官质量评价结果，可知：随着抽吸调控系数ω₁增大，整体雾化量增加，香气质、口感均有所提升。

Claims (1)

1.一种自适应调节的加热烟具温度控制方法，其特征在于，是应用于由加热烟具、温度传感器和电源所组成的装置中，所述加热烟具包括：加热元件、加热烟具控制器；所述加热烟具温度控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述装置开始供电，所述加热烟具控制器根据所设定的预热温度T₀，控制所述加热元件进行升温，并利用所述温度传感器实时检测所述加热元件的温度，当所述加热元件达到所述预热温度T₀时，执行步骤2；

步骤2、定义当前抽吸口数为k、抽吸第k口前后的温度变化量ΔT_k、抽吸第k口的间隔时长Δt_k；抽吸第k口的调控系数为ω_k；初始化k＝1时，开始对抽吸时长进行计时；

步骤3、温度传感器采集抽吸第k口前后的温度变化值ΔT_k并传递给所述加热烟具控制器；所述加热烟具控制器根据所述设定的抽吸第k口的调控系数ω_k，与所述温度变化值ΔT₁进行相乘，得到第k次乘积f(k)，从而对所述加热元件进行第k次温度调节，以达到所述第k次乘积f(k)；

步骤4、将k+1赋值给k后，判断k是否达到所述设定的抽吸阈值，或者抽吸时长是否达到总时长，若是，则所述装置停止供电，否则，执行步骤5；

步骤5、所述加热烟具控制器计算抽吸第k口与第k-1口的间隔时长Δt_k-1；利用式(1)计算第k口的调控系数ω_k：

式(1)中，ΔT_n表示抽吸第n口前后的温度变化量，Δt_n表示抽吸第n口的间隔时长；

步骤6、温度传感器采集抽吸第k口前后的温度变化值ΔT_k并传递给所述加热烟具控制器；所述加热烟具控制器利用式(2)计算第k次乘积f(k)，从而对所述加热元件进行第k次温度调节，以达到所述第k次乘积f(k)；

f(k)＝ω_k·[1/k·(ΔT₁+ΔT₂+…+ΔT_k)· 1/(k-1)· (Δt₁+Δt₂+...+Δt_k-1)] (2)

步骤7、返回步骤4。

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