CN114323326A - 一种电磁加热元件测温装置及测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁加热元件测温装置及其测温方法，其包括：烟具固定机构(1)，烟具固定机构(1)用于固定烟具(4)，烟具(4)具有感应加热元件(6)和围绕感应加热元件的感应线圈(5)；测量机构(2)，测量结构(2)包括顶板(2‑1)、测量推杆(2‑6)、千分尺(2‑4)和联轴器(2‑5)，顶板(2‑1)一个面用于测量时与感应加热元件(6)的端部抵接，另一个面连接测量推杆(2‑6)的一端，测量推杆(2‑6)的另一端通过联轴器(2‑5)与千分尺(2‑4)的测量端连接，感应加热元件(6)、测量推杆(2‑6)与千分尺(2‑4)的测量端轴向对准。本发明引入热膨胀系数间接反映温度的方式，通过加热元件的热膨胀系数计算出感应加热元件受热膨胀后产生的水平形变量对应的温度信息，解决了加热烟具中的加热元件温度测量难题。

Description

一种电磁加热元件测温装置及测温方法

技术领域

本发明涉及电磁感应加热温度测量技术领域，具体涉及一种电磁加热元件测温装置及其测温方法。

背景技术

电磁感应式加热烟具为一种新兴的加热烟具,电磁感应式加热比电阻式加热方式具有能量转化效率高、加热升温快、加热元件布局方式具有多样化等特性，同时物料加热位置还具有较好的均匀性与较高的准确性。现有的加热卷烟配套电磁加热技术的发热结构大部分由感应线圈和加热元件组成，感应线圈绕设在加热元件外部，通过电磁感应原理对加热元件进行加热，然后通过加热元件对加热卷烟进行加热。这种结构的加热烟具的抽吸口感与烟具内部的加热元件有着密切的关系，一般需要内部加热元件温度达到350℃左右烟具才能有最佳口感,因而其核心的元件就是加热元件，核心技术就是对加热元件的温度控制，而对温度进行控制的关键是对温度进行测量。由于烟具中加热元件置于加热腔内，加热腔内空间狭小，其次，加热腔外壳采用PEEK材料，其具有不透光性，受烟具加热腔外壳、环绕线圈等遮挡对加热烟具中的加热元件温度测量成为了技术难点。

上述这种电磁感应式加热卷烟烟具原理和结构上的特殊性，因此，加热元件表面温度的测量方法不同于电阻式加热元件表面温度测量。电阻式加热元件可无遮挡地暴露在空中，其表面温度可通过红外热成像仪进行测量，或者用热电偶等接触式测温传感器测其表面温度。电磁感应式加热卷烟烟具的加热元件由于有感应线圈环绕其周围，未暴露在空中，不能用红外热成像仪测其表面温度；并且接触式测温传感器测量加热元件表面温度时，易受电磁干扰，测温不准确；同时，不同批次电磁感应式加热卷烟烟具中的加热元件性能也无相应检测仪器设备，批量化生产难以保证感应加热元件性能一致，导致烟具质量难以保证。

为解决以上问题，提出本发明。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，解决无法测量电磁感应加热烟具内加热元件温度问题，利用测量电磁感应加热卷烟烟具内感应加热元件在加热后产生水平形变量，通过加热元件的热膨胀系数计算出感应加热元件受热膨胀后的温度大小，提供一种电磁加热元件测温装置及其测温方法。

本发明第一方面提供一种电磁加热元件测温装置，具体技术方案如下：

一种电磁加热元件测温装置，其包括：

烟具固定机构1，所述烟具固定机构1用于固定烟具4，所述烟具4具有感应加热元件6和围绕所述感应加热元件的感应线圈5；

测量机构2，所述测量结构2包括顶板2-1、测量推杆2-6、千分尺2-4和联轴器2-5，所述顶板2-1一个面用于测量时与感应加热元件6的端部抵接，另一个面连接测量推杆2-6的一端，所述测量推杆2-6的另一端通过所述联轴器2-5与所述千分尺2-4的测量端连接，所述感应加热元件6、所述测量推杆2-6与所述千分尺2-4的测量端轴向对准。

优选地，所述烟具固定机构1包括烟具夹紧器1-1、活动旋转块1-5，所述活动旋转块1-5用于将烟具4固定在所述烟具夹紧器1-1内。

优选地，所述测温装置还包括数据处理控制机构3，所述数据处理控制机构3包括控制器3-2、显示屏3-1；

所述控制器3-2用于从所述千分尺2-4处接收数据并进行处理，并将处理后的数据送至所述显示屏3-1连接。

优选地，所述数据处理控制机构3还包括热电偶3-3，所述热电偶3-3用于测量所述感应加热元件6的初始温度T₁，并将测量得到的温度信号传递给所述控制器3-2。

优选地，所述烟具固定机构1还包括升降台1-2、升降架1-3、活动旋转块导程1-4；

所述烟具夹紧器1-1固定于所述升降台1-2上，所述升降台1-2下部设置有所述升降架1-3，所述活动旋转块1-5下部设置有所述活动旋转块导程1-4。

优选地，所述测量机构2还包括支撑件2-2、千分尺固定座2-3；

所述千分尺固定座2-3上设置有所述千分尺2-4，所述支撑件2-2设置在所述测量推杆2-6下方，所述支撑件2-2用于支撑测量推杆2-6。

优选地，所述测温装置还包括工作台7，所述烟具固定机构1和测量机构2固定在所述工作台7上。

优选地，所述烟具夹紧器1-1具有L型结构。

本发明第二方面提供一种利用本发明第一方面所述的测温的装置进行测温的方法，测温方法包括以下步骤：

A、利用烟具固定机构1将烟具4固定到测量位置，并使感应加热元件6的端部与顶板2-1一个面抵接，同时使感应加热元件6与测量推杆2-6轴向对准；

B、通过烟具4的感应线圈5对感应加热元件6进行加热；

C、感应加热元件6受热膨胀后产生的水平形变量通过测量推杆2-6传递给千分尺2-4；

D、控制器通3-2过千分尺2-4接收到感应加热元件6受热膨胀后产生的水平形变量，通过已知感应加热元件6的热膨胀系数，计算出感应加热元件6受热后的温度。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明引入热膨胀系数间接反映温度的方式，测量电磁感应加热卷烟烟具内感应加热元件在加热后产生水平形变量，通过加热元件的热膨胀系数计算出感应加热元件受热膨胀后产生的水平形变量对应的温度信息，不仅消除了红外等非接触测温在测量加热元件的温度时由于加热腔的空间狭小产生的不便利性，还解决了使用热电偶等接触式测温传感器测量感应加热元件的温度时易受电磁干扰的问题，也可以不受加热腔外壳不透光性影响；本发明的装置及方法可用于检测不同批次感应加热元件的温度特性，在保证加热元件一致性的同时，可用于批量化生产。

附图说明

图1为本发明的测温装置的示意图；

图2为本发明的测温装置测量感应加热元件示意图；

图3为本发明固定机构示意图；

图4为数据处理控制机构示意图；

图5为标定热膨胀系数装置测量感应加热元件示意图；

图6为标定热膨胀系数时感应加热元加热前后对比图；

图7为水平固定架结构示意图；

图8为可调夹块结构示意图；

附图标记说明：1烟具固定机构，1-2升降台，1-3升降架，1-4活动旋转块导程，1-5活动旋转块，2测量机构，2-1顶板，2-2支撑件，2-3千分尺固定座，2-4千分尺，2-5联轴器，2-6测量推杆，3数据处理控制机构，3-1显示屏，3-2控制器，3-3热电偶，4烟具，5感应线圈，6感应加热元件，7工作台，8恒温炉，9内腔，10保温棉，11石英玻璃管，12石英玻璃棒，13铠装型热电偶，14水平固定架，14-1水平杆，14-2可调夹块，14-2-1第一孔位1，14-2-2第二孔位，14-4螺栓。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种用于烟具中发热元件测温的装置及其测温方法做进一步详细的描述。

一种用于烟具中发热元件测温的装置，包括烟具固定机构1、测量机构2、数据处理控制机构3、工作台7，所述烟具固定机构1、测量机构2、数据处理控制机构3设置在所述工作台7上。

所述烟具固定机构1包括：烟具夹紧器1-1、活动旋转块1-5、升降台1-2、升降架1-3、活动旋转块导程1-4；

所述活动旋转块1-5用于将烟具4固定在所述烟具夹紧器1-1内，所述烟具夹紧器1-1固定于所述升降台1-2上，所述升降台1-2下部设置有所述升降架1-3，所述活动旋转块1-5下部设置有所述活动旋转块导程1-4。

所述测量结构2包括：顶板2-1、支撑件2-2、千分尺固定座2-3、测量推杆2-6、千分尺2-4和联轴器2-5；

所述顶板2-1一个面用于测量时与感应加热元件6的端部抵接，另一个面连接测量推杆2-6的一端，所述测量推杆2-6的另一端通过所述联轴器2-5与所述千分尺2-4的测量端连接，所述千分尺2-4设置在所述千分尺固定座2-3上，所述支撑件2-2设置在所述测量推杆2-6下方，所述支撑件2-2用于支撑所述测量推杆2-6。

如图3，所述烟具夹紧器1-1具有L型结构，采用L型结构设置，其作用是防止从上方夹紧烟具或撤走烟具时破坏测量顶板2-1和推杆2-6的水平度，采用L形设置使烟具只能从夹紧机构后端安装与撤走；

所述活动旋转块1-5可以在所述活动旋转块导程1-4上移动，以此调整烟具4的安装位置以及在测温完成后将烟具4从烟具夹紧器1-1中取出。

所述数据处理控制机构3包括：

控制器3-2、显示屏3-1、热电偶3-3，所述控制器3-2一端连接所述千分尺2-4，另一端与所述显示屏3-1连接；

所述控制器3-2用于接收千分尺2-4的位移信号，所述千分尺2-4的位移信号即是千分尺2-4接收到感应加热元件6受热膨胀后产生的水平形变量；

所述热电偶3-3用于测量所述感应加热元件6在初始温度T₁，并将测量得到的温度信号传递给所述控制器3-2；初始温度T₁是对感应加热元件6测温前，未对感应加热元件6加热时，感应加热元件6的温度。

利用上述测温的装置对感温加热元件进行温度测量的测温方法，所述测温方法具体包括以下步骤：

已知，初始温度T₁时，对应的感应加热元件6的初始长度为L₁。

A、将电磁感应加热烟具放到烟具固定机构1中，利用升降架1-3调整可升降的升降台1-2，调整好顶板2-1与感应加热元件6的位置，使感应加热元件6、测量推杆2-6与所述千分尺(2-4)的测量端轴向对准，通过固定机构1的活动旋转块1-5固定好烟具4；

B、启动测量装置，并通过显示屏3-1输入感应加热元件6已知的热膨胀系数α和感应加热元件6的的初始长度L₁，通过烟具4的感应线圈5对感应加热元件6进行加热；

C、感应加热元件6受热膨胀后产生的水平形变量通过测量推杆2-6传递给千分尺2-4；

D、控制器3-2通过千分尺2-4接收到感应加热元件6受热膨胀后产生的水平形变量，通过已知感应加热元件6的热膨胀系数，结合感应加热元件6的的初始长度L₁以及通过热电偶3-3获取的感应加热元件6的初始温度T₁，计算出感应加热元件6受热膨胀后产生的水平形变量对应的温度信息。

当感应加热元件6的热膨胀系数是未知时，为了测量感应加热元件6的热膨胀系数，我们可以采用以下方法标定感应加热元件的热膨胀系数。

将恒温炉8放置在工作台7上，该恒温炉8内置一个铠装型热电偶13，铠装型热电偶13作为温度反馈装置，将恒温炉8内的温度反馈至恒温炉8的控制模块，以此提高恒温炉8内温度稳定性。测量采用接触式示差法对感应加热元件6进行热膨胀系数测量。

石英玻璃在较高温度下，具有良好的热稳定性，且其热膨胀系数随温度变化不大。

选取石英玻璃管11作为载体，将感应加热元件6的一端与石英玻璃棒12的一端相互抵接，紧密连接在一起，保持二者水平连接，将二者一起放入石英玻璃管11中，感应加热元件6抵靠在石英玻璃管11底部，之后将石英玻璃管11放入恒温炉8内腔9中，在石英玻璃管11与石英玻璃棒12的间隙和恒温炉8内腔9与石英玻璃管11的间隙中加入保温棉10，其作用为保证恒温炉8内腔9中温度达到热膨胀试验的标准，同时也保证填充在内腔9中的石英玻璃管11和石英玻璃棒2-6的水平度。

用水平固定架14将石英玻璃管和数字式千分尺固定在一起，所述水平固定架14由水平杆14-1和两个可调夹块14-2组成，所述可调夹块14-2两端各有一个螺栓14-4，可调夹块14-2一端有一个可通过螺栓14-4来调节紧度的第一孔位14-2-1，另一端有一个可通过螺栓14-4来调节紧度的第二孔位14-2-2，所述第一孔位14-2-1孔径大于第二孔位14-2-2。

操作时，将石英玻璃管11伸出恒温炉8内腔9的一端穿过一个可调夹块14-2的第一孔位14-2-1，并通过螺栓14-4对石英玻璃管11进行夹紧，使可调夹块14-2固定在石英玻璃管11上；之后，将水平杆14-1穿过固定在石英玻璃管11上的可调夹块14-2的第二孔位14-2-2，并通过螺栓14-4进行夹紧；水平杆14-1的另一端穿过第二个可调夹块14-2上的第二孔位14-2-2，并通过螺栓14-4夹紧；将数字式千分尺2-4的固定端穿过第二个可调夹块14-2上第一孔位14-2-1，并同样通过螺栓14-4对夹紧，同时调整水平固定架14的整体水平度，让感应加热元件6、石英玻璃管11、石英玻璃棒2-6和数字式千分尺2-4的测量端位于同一水平位置，并使石英玻璃棒12伸出石英玻璃管11的一端与数字式千分尺2-4的测量端抵接，并保证二者水平一致。

将恒温炉8内腔9的温度升高时，石英玻璃管11和石英玻璃棒12以及待测感应加热元件6都会由于温度的升高出现膨胀现象，但由于在同等加热升温区间，待测感应加热元件6的膨胀量比石英玻璃管11上同样长度部分的膨胀量大，使得出现与待测感应加热元件6紧密接触的石英玻璃棒12发生位移变化的现象，该位移变化的大小可以通过与石英棒12抵接的数字式千分尺2-4读取到，数字式千分尺2-4的读取到的数值变化量为△L，△L是石英玻璃管11、石英玻璃棒12和待测感应加热元件6三者的同时伸长和部分抵消后所得的值，其中石英玻璃棒12的净增长量为△L₂；感应加热元件6的净增长量为△L₁；标定试验中数字式千分尺2-4与石英玻璃管11通过水平固定架14固定在一起，恒温炉加热前石英玻璃管11上水平固定架14的固定点到恒温炉加热后石英玻璃管11上水平固定架14的固定点之间的距离为△L₃，加热后数字千分尺2-4由于石英玻璃管11受热增长向右移动，石英玻璃管11上的固定点也相对向右移动，在两者相对位置不变的情况下，加热前后石英玻璃管11向右的净增长量与数字式千分尺2-4位置的净增长量相互抵消。由于数显千分尺所测量的位移变化量包含着待测试样与石英玻璃管11和石英玻璃棒12的热膨胀之间的差值，且根据查表可知石英玻璃的热膨胀系数大小，为得到待测试样的热膨胀系数，只需获得整个测试系统的伸长差，以及恒温炉初始温度至试验温度的温度差即可。如图6所示，可知△L₁>△L₂，数字式千分尺显示值△L＝△L₁+△L₂-△L₃，待测感应加热元件6的净伸长量为△L₁＝△L-△L₂+△L₃，其中，△L为数字式千分尺2-4测得的水平伸长量；△L₁为感应加热元件6受热后的净伸长量；△L₂为石英玻璃棒2-6受热后的净伸长量；△L₃为石英玻璃管11受热后的净伸长量，石英玻璃管和石英玻璃棒具有相同的热膨胀系数，在相同温度下水平增长量可以近似相互抵消。待测感应加热元件的膨胀系数公式

其中，T₁为标定试验开始时待测感应加热元件6的初始温度；T₂为实验开始后的试验温度；L为待测感应加热元件6初始温度T₁时，对应的初始长度。在不知道感应加热元件的热膨胀系数时用该方法标定感应加热元件的热膨胀系数。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种电磁加热元件测温装置，其特征在于，包括：

烟具固定机构(1)，所述烟具固定机构(1)用于固定烟具(4)，所述烟具(4)具有感应加热元件(6)和围绕所述感应加热元件的感应线圈(5)；

测量机构(2)，所述测量结构(2)包括顶板(2-1)、测量推杆(2-6)、千分尺(2-4)和联轴器(2-5)，所述顶板(2-1)一个面用于测量时与感应加热元件(6)的端部抵接，另一个面连接测量推杆(2-6)的一端，所述测量推杆(2-6)的另一端通过所述联轴器(2-5)与所述千分尺(2-4)的测量端连接，所述感应加热元件(6)、所述测量推杆(2-6)与所述千分尺(2-4)的测量端轴向对准。

2.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于，所述烟具固定机构(1)包括烟具夹紧器(1-1)、活动旋转块(1-5)，所述活动旋转块(1-5)用于将烟具(4)固定在所述烟具夹紧器(1-1)内。

3.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于，所述测温装置还包括数据处理控制机构(3)，所述数据处理控制机构(3)包括控制器(3-2)、显示屏(3-1)；

所述控制器(3-2)用于从所述千分尺(2-4)处接收数据并进行处理，并将处理后的数据送至所述显示屏(3-1)。

4.根据权利要求3所述的测温装置，其特征在于，所述数据处理控制机构(3)还包括热电偶(3-3)，所述热电偶(3-3)用于测量所述感应加热元件(6)的初始温度T₁，并将测量得到的温度信号传递给所述控制器(3-2)。

5.根据权利要求2所述的测温装置，其特征在于，所述烟具固定机构(1)还包括升降台(1-2)、升降架(1-3)、活动旋转块导程(1-4)；

所述烟具夹紧器(1-1)固定于所述升降台(1-2)上，所述升降台(1-2)下部设置有所述升降架(1-3)，所述活动旋转块(1-5)下部设置有所述活动旋转块导程(1-4)。

6.根据权利要求5所述的测温装置，其特征在于，所述测量机构(2)还包括支撑件(2-2)、千分尺固定座(2-3)；

所述千分尺固定座(2-3)上设置有所述千分尺(2-4)，所述支撑件(2-2)设置在所述测量推杆(2-6)下方，所述支撑件(2-2)用于支撑测量推杆(2-6)。

7.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于，所述测温装置还包括工作台(7)，所述烟具固定机构(1)和测量机构(2)固定在所述工作台(7)上。

8.根据权利要求2所述的测温装置，其特征在于，所述烟具夹紧器(1-1)具有L型结构。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的测温的装置的测温方法，其特征在于，所述测温方法包括以下步骤：

A、利用烟具固定机构(1)将烟具(4)固定到测量位置，并使感应加热元件(6)的端部与顶板(2-1)一个面抵接，同时使感应加热元件(6)与测量推杆(2-6)轴向对准；

B、通过烟具(4)的感应线圈(5)对感应加热元件(6)进行加热；

C、感应加热元件(6)受热膨胀后产生的水平形变量通过测量推杆(2-6)传递给千分尺(2-4)；

D、控制器(3-2)通过千分尺(2-4)接收到感应加热元件(6)受热膨胀后产生的水平形变量，通过已知感应加热元件(6)的热膨胀系数，计算出感应加热元件(6)受热后的温度。

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