CN113727473B - 一种内嵌式控温加热元件、加热电路和控温方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内嵌式控温加热元件、加热电路和控温方法，加热元件包括基片、加热片、热敏电阻和保护片，加热片和热敏电阻均固定于基片正面和保护片反面之间，加热片为条状结构且包括左段、中段和右段，左段和右段之间间隔设置，中段位于左段和右段的顶端之间，热敏电阻为条状结构且顶端与中段中部连接，热敏电阻与加热片的左段和右段之间均分别设有绝缘间隔，在加热片的左段、右段和热敏电阻底端各设有一个引脚。本发明有益效果：该加热元件用于进入待加热物品内部进行加热，且避免了因体积小而无法安装测温单元的弊端，使用方便且温控精确可控。

Description

一种内嵌式控温加热元件、加热电路和控温方法

技术领域

本发明属于加热元件技术领域，尤其是涉及一种内嵌式控温加热元件、加热电路和控温方法。

背景技术

一些物品进行加热时会使用到内嵌式加热元件，由于内嵌式加热元件在使用时插入到待加热物品内部进行通电加热，且加热后传递到或泄漏到该物品外部的热量有限，因此内嵌式加热元件具有体积小、加热效率高的优点，同时因内嵌式加热元件在加热时能量泄露浪费较少，且通过电池对内嵌式加热元件通电，因此内嵌式加热元件还具有节约电池电量的优点。现有技术中，内嵌式加热元件体积小且厚度很薄，无法在加热元件上安装传统的测温元件，如热电偶，很难对温度进行精确测量，进而无法对加热效果进行控制，如果无法控制内嵌式加热元件的加热问题，很可能会发生因温度过高而使待加热物品直接燃烧，或破坏了预定的加热效果而带来不利影响。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中上述问题的不足之处，提出一种内嵌式控温加热元件，并在加热元件基础上提出加热电路和控温方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种内嵌式控温加热元件，包括基片、加热片、热敏电阻和保护片，加热片和热敏电阻均固定于基片正面和保护片反面之间，加热片为条状结构且包括左段、中段和右段，左段和右段之间间隔设置，中段位于左段和右段的顶端之间，热敏电阻为条状结构且顶端与中段中部连接，热敏电阻与加热片的左段和右段之间均分别设有绝缘间隔，在加热片的左段、右段和热敏电阻底端各设有一个引脚，分别为第一引脚、第二引脚和第三引脚。

进一步的，在基片反面也设有一个加热片，基片反面的加热片反面也设有一个保护片，且基片反面的加热片左段和右段底端各设有一个引脚，分别为第四引脚、第五引脚。

进一步的，基片反面与第三引脚对应处设有第六引脚。

进一步的，基片为陶瓷基片。

进一步的，加热片、热敏电阻均为涂层结构。

进一步的，加热片为远红外辐射涂层，保护片为远红外透光片。

进一步的，加热片为电阻发热涂层，保护片为绝缘涂层。

进一步的，热敏电阻的涂层厚度与加热片的涂层厚度一致。

进一步的，加热片为多层结构，且从内向外相互间隔并排设置并在底端处并联设置，加热片的每层结构均通过同一个连接条与热敏电阻顶端端部连接。

进一步的，第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚和连接条均为导电涂层结构。

本发明还提供了一种内嵌式控温加热电路，具体如下：

一种内嵌式控温加热电路，包括上述内嵌式控温加热元件，还包括MCU、第一开关SW1、第二开关SW2，加热片上的第一引脚处连接电源正极，第二引脚处连接第一开关SW1，第三引脚处连接第二开关SW2，且第一开关SW1、第二开关SW2和电源负极均接地，第一开关SW1和第二开关SW2均与同一MCU连接，且通过电流传感器、电压传感器检测热敏电阻的电流、电压，并反馈给MCU。

进一步的，第一引脚和第四引脚短接在一起，第二引脚和第五引脚短接在一起，第五引脚和第六引脚短接在一起。

本发明还提供了一种基于内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，具体如下：

一种基于内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，通过MCU控制第一开关SW1和第二开关SW2的开闭状态，步骤如下：

第一开关SW1和第二开关SW2呈周期轮流开闭，且在一个周期T内第一开关SW1的闭合时间为T1，第二开关SW2的闭合时间为T2；

在第一开关SW1的闭合时间T1内加热片导通电流工作，在第二开关SW2的闭合时间T2内热敏电阻导通电流工作；

通过电流传感器、电压传感器检测电路里的电流、电压值并反馈给MCU，通过MCU实时获得热敏电阻的阻抗值R；

根据热敏电阻的阻抗值R随温度变化的特性，获得加热元件的温度变化；

如果获得的加热元件的温度达到目标温度，那么暂停加热一段固定时间t，再重新开始加热；如果检测到加热元件的温度依旧超过目标温度则再次暂停加热，暂停加热时间仍为固定时间t，继续进行周期加热；如果检测到加热元件的温度低于目标温度，则保持周期性持续加热。

进一步的，设置目标温度为300±5摄氏度。

进一步的，设置固定时间t为16ms。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的内嵌式控温加热元件在基片上设置加热片，加热片上连接热敏电阻，通过热敏电阻的电阻抗变化实时获得温度变化；该加热元件用于需要进入待加热物品内部进行加热的情况下，避免了因体积小而无法实现测温的弊端，使用方便且温控精确可控，确保不会因过热而导致被加热物品发生损坏。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的内嵌式控温加热元件在基片正面设置加热片时的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的内嵌式控温加热元件在基片正面设置的加热片为双层时的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的内嵌式控温加热元件在基片正面和反面均设置加热片时的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的内嵌式控温加热元件在基片正面和反面的加热片均为双层时的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的内嵌式控温加热元件的加热电路连接原理图；

图6为本发明实施例所述的内嵌式控温加热元件的加热电路的分支电流示意图。

附图标记说明：

1、基片；2、加热片；3、热敏电阻；4、保护片；5、第一引脚；6、第二引脚；7、第三引脚；8、连接条；9、第四引脚；10、第五引脚；11、第六引脚；12、第一连接孔；13、第三连接孔；14、第二连接孔；15、第四连接孔；16、第一贯穿孔；17、第二贯穿孔；18、第三贯穿孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，一种内嵌式控温加热元件，包括基片1、加热片2、热敏电阻3和保护片4，加热片2和热敏电阻3均固定于基片1正面和保护片4反面之间，加热片2为条状结构且包括左段、中段和右段，左段和右段之间间隔设置，中段位于左段和右段的顶端之间，热敏电阻3为条状结构且顶端与中段中部连接，热敏电阻3与加热片2的左段和右段之间均分别设有绝缘间隔，在加热片2的左段、右段和热敏电阻3底端各设有一个引脚，分别为第一引脚5、第二引脚6和第三引脚7。本实施例中，在基片1正面设置加热片2，并将热敏电阻3与加热片2电连接，再通过保护片4覆盖在加热片2和热敏电阻3的前侧表面上对加热元件内部进行保护，在加热片2的左段、右段和热敏电阻3的底端各设置一个引脚，用于与外围的加热电路连接进行加热，能够利用热敏电阻3的温度随电阻抗值变化关系获得并控制加热元件温度。

在基片1反面也设有结构与基片1正面的加热片2相同的加热片2，基片1反面的加热片2反面也设有一个保护片4，且基片1反面的加热片2左段和右段底端各设有一个引脚，分别为第四引脚9、第五引脚10，在加热电路中第四引脚9与第一引脚5短接、第五引脚10与第二引脚6短接，使增大加热面积使加热效果更好。

基片1反面与第三引脚7对应处设有第六引脚11，用于在加热电路中与第三引脚7相短接，提高第三引脚7处连接电路的稳固性。

基片1为陶瓷基片1，作为加热元件的承载体，具有一定厚度和硬度，确保插入待加热物品内部时不会发生弯折变形和破损。

加热片2、热敏电阻3均为涂层结构。

加热片2为远红外辐射涂层或电阻发热涂层，当加热片2为远红外辐射涂层时，保护片4为远红外透光片，采用远红外石墨烯层作为远红外辐射涂层，通电后会迅速发热产生大量远红外光线用于加热；远红外透光片是一层薄层，其材料为透远红外光的釉质材料，一方面起到透过远红外光的作用，向外传递热量，对待加热物品加热，另一方面起到绝缘保护作用，避免加热片2直接接触待加热物品而发生磨损或氧化；当加热片2为电阻发热涂层时，保护片4为绝缘涂层，电阻发热涂层为电阻导电层，通电后会迅速发热用于加热，绝缘层是一层薄层，其材料为釉质材料，用于绝缘保护。

热敏电阻3的涂层厚度与加热片2的涂层厚度一致，可以在实现精确温控的前提下确保加热元件体积不增加，从而减小加热片2插入待加热物品的阻力。

加热片2的中段中部通过导电的连接条8与热敏电阻3顶端端部连接，通过连接条8使加热片2和热敏电阻3之间的导电性更稳定可靠。

加热片2为多层结构，且从内向外相互间隔并排设置并在底端处并联设置，加热片2的每层结构均通过同一个连接条8与热敏电阻3顶端端部连接。在基片1上印刷或喷涂或电镀加热片2时，加热片2的厚度很容易不均匀，设置多层结构是为了优化加热片2上的导电轨迹，尽量减小加热片2因厚度不均导致的每处流经的电流不均的现象发生。

第一引脚5、第二引脚6、第三引脚7、第四引脚9、第五引脚10、第六引脚11和连接条8均为导电涂层结构。

加热片2、第一引脚5、第二引脚6、第三引脚7、第四引脚9、第五引脚10、第六引脚11和连接条8、热敏电阻3的涂层结构均通过印刷、电镀或喷涂附着在基片1上，保护片4通过印刷或喷涂覆盖在加热片2的外侧。本实施例中，由于加热片2和热敏电阻3均为涂层结构，在基片1上进行涂覆时，加热片2中段中部和热敏电阻3顶端端部之间很容易因涂覆效果不佳而导致无法顺畅导通电流，因此采用连接条8进一步加强加热片2和热敏电阻3之间的导电效果。

本发明中，不限制基片1、加热片2的形状，只要能通过该多层结构达到加热效果即可，但为了加热元件的使用便捷，并以较小面积的元件达到同样加热效果，给出一个具体实施例：

基片1上段外轮廓为倒V型或倒U型轨迹，整体为片状，由于基片1作为加热元件的承载体，具有一定厚度和硬度，确保插入待加热物品内部时不会发生弯折变形和破损，因此将基片1顶部作为尖状方便插入待加热物品内部，减小插入过程中的阻力；为了配合基片1形状，增大加热范围，将加热片2中段设置为尖部、左段和右段为两个并排设置在中段下侧两端处的竖直部，热敏电阻3为竖直设置的条状结构、且位于加热片2的左段和右段之间，第一引脚5连接在加热片2左段底部，第二引脚6连接在加热片2右段底侧，用于连接外部加热电路，使电流尽可能沿整个加热片2的分布路径行走，即经过绝大部分基片1的面积，提高加热效率。

如图5至图6所示，本发明还提供了一种内嵌式控温加热元件的加热电路，具体如下：

一种内嵌式控温加热元件的加热电路，包括上述内嵌式控温加热元件，还包括MCU、第一开关SW1、第二开关SW2，加热片2上的第一引脚5处连接电源正极，第二引脚6处连接第一开关SW1，第三引脚7处连接第二开关SW2，且第一开关SW1、第二开关SW2和电源负极均接地，第一开关SW1和第二开关SW2均与同一MCU连接，且通过电流传感器、电压传感器检测热敏电阻的电流、电压，并反馈给MCU。本实施例中，通过MCU控制第一开关SW1、第二开关SW2的开闭，进而控制加热电路的加热状态，再通过测得热敏电阻3的电阻抗值变化获得加热元件的温度变化。

第一引脚5和第四引脚9短接在一起，第二引脚6和第五引脚10短接在一起，第五引脚10和第六引脚11短接在一起。本实施例中，第一引脚5和第四引脚9的导电涂层上各开一个第一连接孔12，第二引脚6和第五引脚10的导电涂层上各开设一个第二连接孔14，基片1底部对应第一连接孔12处开设有第一贯穿孔16、对应第二连接孔14处开设有第二贯穿孔17，电线穿过第一贯穿孔16且两端通过焊锡焊接在对应的两个第一连接孔12处，使两个第一引脚5短接在一起；同时另一根电线穿过第二贯穿孔17且两端通过焊锡焊接在对应的两个第二连接孔14处，使两个第二引脚6短接在一起；在第三引脚7上开设第三连接孔13，第五引脚10上开设第四连接孔15，基片1底端对应第三连接孔13处开设第三贯穿孔18，通过电线穿过第三贯穿孔18且两端通过焊锡焊接在第三连接孔13和第四连接孔15处，使第三引脚7和第五引脚10短接在一起，这是为了在第三引脚7处的导电图层上焊接电线时能够使电线与第三引脚7的导电涂层之间有良好接触，使导电更可靠。

本发明还提供了一种基于内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，具体如下：

一种基于内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，通过MCU控制第一开关SW1和第二开关SW2的开闭状态，步骤如下：

第一开关SW1和第二开关SW2呈周期轮流开闭，且在一个周期T内第一开关SW1的闭合时间为T1，第二开关SW2的闭合时间为T2；

在第一开关SW1的闭合时间T1内加热片2导通大电流工作，快速升温以加热待加热物品，在第二开关SW2的闭合时间T2内热敏电阻3导通小电流工作；

通过电流传感器、电压传感器检测电路里的电流、电压值并反馈给MCU，通过MCU实时获得热敏电阻3的阻抗值R；

根据热敏电阻3的阻抗值R随温度变化的特性，获得加热元件的温度变化；

如果获得的加热元件的温度达到目标温度，那么暂停加热一段固定时间t，再重新开始加热，即再次进入第一开关SW1和第二开关SW2周期地轮流开闭情况中；如果检测到加热元件的温度依旧超过目标温度则再次暂停加热，暂停加热时间仍为固定时间t，继续进行周期加热；如果检测到加热元件的温度低于目标温度，则保持周期性持续加热。本实施例中，设置目标温度为300±5摄氏度，设置固定时间t为16ms。

具体地，MCU控制第一开关SW1和第二开关SW2的开闭状态来控制加热元件的加热，在多个周期T时间内，第一开关SW1和第二开关SW2呈周期交替开闭，当第一开关SW1闭合、第二开关SW2打开时，MCU控制加热元件加热，当第一开关SW1打开、第二开关SW2闭合时，MCU获得加热元件的温度；当检测到加热元件温度低于目标温度时，继续进行周期性加热；当检测到加热元件温度高于目标温度时，则加热停止一个固定时间t，即断开第一开关SW1停止加热，然后再次进入周期性加热过程中，当第二开关SW2闭合时再次检测加热元件的温度，如果还高于目标温度，则继续停止一个固定时间t后再次进入周期性加热过程中，如此反复停止加热和继续加热，直至测得加热元件温度达到目标温度为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，其特征在于，

包括基片、加热片、热敏电阻和保护片，加热片和热敏电阻均固定于基片正面和保护片反面之间，加热片为条状结构且包括左段、中段和右段，左段和右段之间间隔设置，中段位于左段和右段的顶端之间，热敏电阻为条状结构且顶端与中段中部连接，热敏电阻与加热片的左段和右段之间均分别设有绝缘间隔，在加热片的左段、右段和热敏电阻底端各设有一个引脚，分别为第一引脚、第二引脚和第三引脚；

还包括MCU、第一开关SW1、第二开关SW2，加热片上的第一引脚处连接电源正极，第二引脚处连接第一开关SW1，第三引脚处连接第二开关SW2，且第一开关SW1、第二开关SW2和电源负极均接地，第一开关SW1和第二开关SW2均与同一MCU连接，且通过电流传感器、电压传感器检测热敏电阻的电流、电压，并反馈给MCU；

通过MCU控制第一开关SW1和第二开关SW2的开闭状态，步骤如下：

第一开关SW1和第二开关SW2呈周期轮流开闭，且在一个周期T内第一开关SW1的闭合时间为T1，第二开关SW2的闭合时间为T2；

在第一开关SW1的闭合时间T1内加热片导通电流工作，在第二开关SW2的闭合时间T2内热敏电阻导通电流工作；

通过电流传感器、电压传感器检测电路里的电流、电压值并反馈给MCU，通过MCU实时获得热敏电阻的阻抗值R；

根据热敏电阻的阻抗值R随温度变化的特性，获得加热元件的温度变化；

如果获得的加热元件的温度达到目标温度，那么暂停加热一段固定时间t，再重新开始加热；如果检测到加热元件的温度依旧超过目标温度则再次暂停加热，暂停加热时间仍为固定时间t，继续进行周期加热；如果检测到加热元件的温度低于目标温度，则保持周期性持续加热。

2.根据权利要求1所述的一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，其特征在于：在基片反面也设有一个加热片，基片反面的加热片反面也设有一个保护片，且基片反面的加热片左段和右段底端各设有一个引脚，分别为第四引脚、第五引脚。

3.根据权利要求2所述的一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，其特征在于：基片反面与第三引脚对应处设有第六引脚。

4.根据权利要求1所述的一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，其特征在于：基片为陶瓷基片。

5.根据权利要求1所述的一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，其特征在于：加热片为远红外辐射涂层，保护片为远红外透光片。

6.根据权利要求1所述的一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，其特征在于：加热片为电阻发热涂层，保护片为绝缘涂层。

7.根据权利要求1所述的一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法，其特征在于：加热片为多层结构，且从内向外相互间隔并排设置并在底端处并联设置，加热片的每层结构均通过同一个连接条与热敏电阻顶端端部连接。

8.根据权利要求3所述的一种内嵌式控温加热元件的加热电路的控温方法 ，其特征在于：基片反面的加热片反面也设有一个保护片，且基片反面的加热片左段和右段底端各设有一个引脚，分别为第四引脚、第五引脚，基片反面与第三引脚对应处设有第六引脚，第一引脚和第四引脚短接在一起，第二引脚和第五引脚短接在一起，第五引脚和第六引脚短接在一起。

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