CN209930528U - 自带独立测温线路的新型陶瓷加热片 - Google Patents

Abstract

一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其包括陶瓷基体和加热线路，所述加热线路设置在陶瓷基体上并形成发热区；其特征在于，所述陶瓷基体上设置有测温线路，所述测温线路和加热线路均在陶瓷基体的同一个基面上，所述测温线路与加热线路相互独立，且所述测温线路的线路截面宽度比加热线路的线路截面窄。本装置是在陶瓷基体的同一个基面上同时印刷加热线路和测温线路，且测温线路截面宽度比加热线路窄，加热过程和测温过程可以同时进行，不会出现加热过程被中断，使得加热更加平稳，且该装置的结构简单、使用效果好。

Description

自带独立测温线路的新型陶瓷加热片

技术领域

本实用新型涉及发热材料领域，特别涉及一种陶瓷加热片。

背景技术

陶瓷加热片是一种通电后板面发热而不带电且无明火的、外形呈圆形或方形的、安全可靠的电加热平板，广泛用于日常生活、工农业技术、通讯、医疗、环保、等各个需要中低温加热的众多领域。

现有的陶瓷加热片一般是在陶瓷基体上印刷电阻浆料(银浆印刷线路)，然后高温烘烧而成，工作时电流从电阻浆料印刷线路流过而发热。陶瓷加热片的温度测量则是利用电阻浆料的电阻随温度变化而变化的特点，通过测量电阻浆料印刷线路的电阻，计算出加热片的温度,从而实现工作时的温度控制。

陶瓷加热片因为测温的需要，一般是两种结构形式：

1、只有加热线路，测温是通过直接测量加热线路的电阻值来实现(为了方便描述，下文描述中称其为单层单线路结构，其结构参照附图1-2)；

2、另加一套专门的测温结构，但与加热线路不在同一层结构中，通过测温结构来测量温度(为了方便描述，下文描述中称其为双层双线路结构，其结构参照附图3-4)。

但是传统的两种陶瓷加热片在使用过程中均有固有的缺点：

(1)在单层单线路结构中，陶瓷基体1上只印刷加热线路11，测温在测量电阻时需要在加热片与电源之间串联一个精密电阻作为参考电阻，在通电的情况下分别测量加热片和参考电阻的压降，再根据压降比例和参考电阻的阻值就可以计算出加热片的电阻。

计算公式为：Rx＝(Vx/Vi)*Ri

其中Rx为加热片的电阻，Vx是加热片上的压降，Vi是参考电阻上的压降，Ri为参考电阻的阻值。

在单层单线路结构中，其实际的电路有2种；

一种方式是直接把参考电阻放在加热供电电路中(参照附图5)，由于参考电阻的存在，消耗了部分功率，为了保证效率，参考电阻必须尽可能的小。而参考电阻阻值小，又会导致用ADC读其压降时误差较大，导致最后计算出来加热片的电阻出现较大的误差。

相对误差的计算过程如下：

假设电源电压3V，12位精度的ADC采样电压误差 Vdelta＝3V/4096＝0.00073V；假设加热片实际电阻Rx为1Ω，参考电阻Ri为0.02Ω，则

Vx＝3V*1/(1+0.02)＝2.94118V

Vi＝3V-2.94118V＝0.05882V

由于存在ADC采样精度误差，所以

Vx＝Vx+Vdelta＝2.94118+0.00073＝2.94191V

Vi＝Vi-Vdelta＝0.05882-0.00073＝0.05809V

Rx＝(Vx/Vi)*Ri＝(2.94191/0.05809)*0.02＝1.0129(Ω)

误差为万分之一百二十九。

如果参考电阻阻值Ri为0.01Ω，按上述的方法计算，

则Rx＝1.0254Ω，误差为万分之二百五十四。

因此，如果参考电阻取值越低，则误差越大。

另外一种方式采用加热回路和测量回路独立的方法(参照附图 6)，用模拟开关选择加热片是接通加热回路还是测量回路，当接通测量回路时，加热片的电流很小，参考电阻的阻值可以选择得比较大，所以ADC读其压降时误差较小，计算加热片的误差也较上一种方法小。

但即便如此，由于加热线路的电阻普遍比较小(以电子烟所用的陶瓷加热片为例，加热线路的电阻常温下一般也只有0.8Ω左右，加热到350度的以后一般也只有1.7Ω)，过小的测量读数，还是会影响计算精度。

(2)另一个更大缺点是：如果加热片在工作期间必须定时切换到测量回路上测量电阻，会导致加热短暂中断，大电流的持续快速通断，对供电电路也造成一定的冲击。在对加热过程需要对温度进行精细控制的应用中，如电子烟，由于测温时需要停止加热，对电子烟的口感会有较大的影响。

综上，可以发现，银浆印刷线路承担了加热和测温两项功能，担当加热功能时，通常会希望电阻值比较小以提高加热功率；担当测温功能时，通常会希望电阻值尽量大以提高测量精度，这就是现有陶瓷加热片的矛盾之处。单层单线路虽然结构简单，但其测温时存在测温精度不高，或者测温过程中会间歇中断加热等缺点。

而在双层双线路结构中，可以避免单层单线路在测温方面的缺点，但是由于测温线路22与加热线路21在陶瓷基体2上分别属于不同的结构层次中，生产时两套线路需要分别加工，生产工艺复杂，成本较高。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型的目的是提供一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，该装置是在陶瓷基体的同一个基面上同时印刷加热线路和测温线路，测温线路截面宽度比加热线路窄，测温线路与加热线路相互独立，加热过程和测温过程可以同时进行，不会出现加热过程被中断的现象，使得加热过程更加平稳，且该装置的结构简单、使用效果好。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其包括陶瓷基体和加热线路，所述加热线路设置在陶瓷基体上并形成发热区；其特征在于，所述陶瓷基体上设置有测温线路，所述测温线路和加热线路均在陶瓷基体的同一个基面上，所述测温线路与加热线路相互独立，且所述测温线路的线路截面宽度比加热线路的线路截面窄。

在本申请中的新型陶瓷加热片中，陶瓷基体中增加专用的测温线路后，测温线路与加热线路相互独立不连通，避免了以往的加热线路用于测量温度的缺点，加热线路只承担加热任务，并不承担测温功能，在制造时其制造工艺只需要考虑加热的实际需求，如果要求增大加热功率，可以把电阻值调到较小值来达到加热的目的。测温线路与加热线路分开，使得加热过程和测温过程可以同时进行，不会出现加热过程被中断的现象，使得加热过程更加平稳。

进一步，所述测温线路设置在加热线路围合形成的发热区内。将测温线路尽可能的包裹在加热线路围合形成的发热区内，可以尽可能的提高测温的准确性。

进一步，所述测温线路在陶瓷基体的不同位置上的走线形状不相同。新型陶瓷加热片上的不同位置在工作时可能存在温度落差，测温时对不同位置有不同的敏感度要求，测温线路可以根据不同位置安排相对应的测温线路走线：如在新型陶瓷加热片上，某个区域对温度要求比较敏感，那就可以让测温线路在该区域多弯绕，提高该区域温度对测温线路阻值变化的影响；如果某个区域对温度不敏感，则可以走较宽的直线，降低该区域温度对测温线路阻值变化的影响。

进一步，所述测温线路通过缩窄线路的宽度或增加走线的长度来增加电阻值。制造时可以根据测温的需求来安排测温线路的走线形状，如为了提高测温精度，可以通过缩窄测温线路的宽度和增加走线的长度来增加电阻值。

进一步，所述陶瓷基体上还覆盖有封装层，所述封装层将加热线路和测温线路密封于封装层与陶瓷基体之间。发热线路与测温线路处于密封状态，发热体与空气绝缘，电子元件耐酸碱及其他腐蚀性物质，提升装置的使用安全性及延长使用寿命。

进一步，所述封装层的材料为玻璃釉。所述玻璃釉又称淬火玻璃，是属于现有技术，就其微观结构而言，仍是玻璃，故具有玻璃的许多性质。玻璃釉具有较高的介电常数，较低的介质损耗，宽的工作温度范围，稳定的温度特性和频率特性，较高的耐电强度，较高的化学稳定性和热稳定性，一定的机械强度和较低的熔制温度以及价格低廉等优点。

进一步，所述陶瓷基体上设置有多个焊盘，所述焊盘分别与加热线路或者测温线路相连接。

进一步，所述焊盘均设置在陶瓷基体的同一侧。将陶瓷基体上的焊盘均设置在同一侧，便于与外部线路的连接。

进一步，所述焊盘包括第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，所述第一焊盘与加热线路相连接，所述第二焊盘与测温线路相连接，所述第三焊盘同时与加热线路和测温线路相连接。在实际应用中，所述第一焊盘和第二焊盘均为正极焊盘，所述第三焊盘为负极焊盘，加热线路和测温线路共用负极焊盘，减小焊盘的占用面积。

本实用新型的优势在于，本装置是在陶瓷基体的同一个基面上同时印刷加热线路和测温线路，且测温线路截面宽度比加热线路窄，加热过程和测温过程可以同时进行，不会出现加热过程被中断，使得加热更加平稳，且该装置的结构简单、使用效果好。

在实际的生产加工过程中，可以根据各自的功能调整工艺参数，即加热线路可以通过降低电阻值提高加热功率，测温线路可以提高电阻值提高了测温精度，由于所用工艺和材料与现有单层单线路结构几乎完全相同，使得本新型陶瓷加热片的制造成本几乎没有增加。

附图说明

图1为现有的单层单线路结构的陶瓷加热片的结构示意图。

图2为现有的单层单线路结构的陶瓷加热片的结构剖面图。

图3为现有的双层双线路结构的陶瓷加热片的结构示意图。

图4为现有的双层双线路结构的陶瓷加热片的结构剖面图。

图5为加热线路与测温线路合二为一的电路示意图。

图6为加热线路和测量线路分开的电路示意图。

图7为本实用新型具体实施方式中的新型陶瓷加热片结构示意图。

图8为本实用新型具体实施方式中的新型陶瓷加热片剖面图。

图9为本实用新型具体实施方式中的新型陶瓷加热片的加热线路和测量线路分开的电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图7-9。

一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其包括陶瓷基体3和加热线路4，加热线路4设置在陶瓷基体3上并形成发热区；其特征在于，陶瓷基体3上设置有测温线路5，测温线路5和加热线路4均在陶瓷基体3的同一个基面上，测温线路5与加热线路4相互独立，且测温线路5的线路截面宽度比加热线路4的线路截面窄。

在本申请中的新型陶瓷加热片中，陶瓷基体3中增加专用的测温线路5后，测温线路5与加热线路4相互独立不连通，避免了以往的加热线路4用于测量温度的缺点，加热线路4只承担加热任务，并不承担测温功能，在制造时其制造工艺只需要考虑加热的实际需求，如果要求增大加热功率，可以把电阻值调到较小值来达到加热的目的。测温线路5与加热线路4分开，使得加热过程和测温过程可以同时进行，不会出现加热过程被中断的现象，使得加热过程更加平稳。

在本实施例中，测温线路5设置在加热线路4围合形成的发热区内。

将测温线路5尽可能的包裹在加热线路4围合形成的发热区内，可以尽可能的提高测温的准确性。

在本实施例中，测温线路5在陶瓷基体3的不同位置上的走线形状不相同。新型陶瓷加热片上的不同位置在工作时可能存在温度落差，测温时对不同位置有不同的敏感度要求，测温线路5可以根据不同位置安排相对应的测温线路5走线：如在新型陶瓷加热片上，某个区域对温度要求比较敏感，那就可以让测温线路5在该区域多弯绕，提高该区域温度对测温线路5阻值变化的影响；如果某个区域对温度不敏感，则可以走较宽的直线，降低该区域温度对测温线路5阻值变化的影响。

在本实施例中，测温线路5通过缩窄线路的宽度或增加走线的长度来增加电阻值。制造时可以根据测温的需求来安排测温线路5的走线形状，如为了提高测温精度，可以通过缩窄测温线路5的宽度和增加走线的长度来增加电阻值。

在本实施例中，陶瓷基体3上还覆盖有封装层6，封装层6将加热线路4和测温线路5密封于封装层6与陶瓷基体3之间。发热线路 4与测温线路5处于密封状态，发热体与空气绝缘，电子元件耐酸碱及其他腐蚀性物质，提升装置的使用安全性及延长使用寿命。

在本实施例中，封装层6的材料为玻璃釉。玻璃釉又称淬火玻璃，是属于现有技术，就其微观结构而言，仍是玻璃，故具有玻璃的许多性质。玻璃釉具有较高的介电常数，较低的介质损耗，宽的工作温度范围，稳定的温度特性和频率特性，较高的耐电强度，较高的化学稳定性和热稳定性，一定的机械强度和较低的熔制温度以及价格低廉等优点。

在本实施例中，陶瓷基体3上设置有多个焊盘7，焊盘分别与加热线路4或者测温线路5相连接。

在本实施例中，焊盘7均设置在陶瓷基体3的同一侧。将陶瓷基体3上的焊盘7均设置在同一侧，便于与外部线路的连接。

在本实施例中，焊盘7包括第一焊盘71、第二焊盘72和第三焊盘73，第一焊盘71与加热线路4相连接，第二焊盘72与测温线路5 相连接，第三焊盘73同时与加热线路4和测温线路5相连接。在实际应用中，第一焊盘71和第二焊盘72均为正极焊盘，第三焊盘73 为负极焊盘，加热线路4和测温线路5共用负极焊盘，减小焊盘的占用面积。

在本申请中，由于测温线路总体比加热线路的截面更窄，电阻更大，测温时可以在测量电路中采用较大阻值的参考电阻，ADC采样电压时误差更小。在实际的制造中，假设加热线路电阻为1Ω的话，同样材料和工艺通过缩窄测量线路的宽度，可以把测量线路的电阻Rx轻易做到5Ω以上，如果参考电阻Ri采用5Ω，假设电源电压3V， 12位精度的ADC采样电压误差Vdelta＝3V/4096＝0.00073V，

Vx＝1.5+Vdelta＝1.50073V

Vi＝1.5-Vdelta＝1.49927V

Rx＝(1.50073/1.49927)*5＝5.0048Ω

误差为万分之10，精度大幅增加，同时由于测量线路阻值增大，同样温升的情况下，测量出来Rx值变化范围随之被放大，使得测量温度时分辨率大幅升高，也导致了温度测量更为精准。

本实用新型的优势在于，本装置是在陶瓷基体的同一个基面上同时印刷加热线路和测温线路，且测温线路截面宽度比加热线路窄，加热过程和测温过程可以同时进行，不会出现加热过程被中断，使得加热更加平稳，且该装置的结构简单、使用效果好。

在实际的生产加工过程中，可以根据各自的功能调整工艺参数，即加热线路可以通过降低电阻值提高加热功率，测温线路可以提高电阻值提高了测温精度，由于所用工艺和材料与现有单层单线路结构几乎完全相同，使得本新型陶瓷加热片的制造成本几乎没有增加。

以上只是本实用新型优选的实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其包括陶瓷基体和加热线路，所述加热线路设置在陶瓷基体上并形成发热区；其特征在于，所述陶瓷基体上设置有测温线路，所述测温线路和加热线路均在陶瓷基体的同一个基面上，所述测温线路与加热线路相互独立，且所述测温线路的线路截面宽度比加热线路的线路截面窄。

2.根据权利要求1所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述测温线路设置在加热线路围合形成的发热区内。

3.根据权利要求1所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述测温线路在陶瓷基体的不同位置上的走线形状不相同。

4.根据权利要求3所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述测温线路通过缩窄线路的宽度或增加走线的长度来增加电阻值。

5.根据权利要求1所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述陶瓷基体上还覆盖有封装层，所述封装层将加热线路和测温线路密封于封装层与陶瓷基体之间。

6.根据权利要求5所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述封装层的材料为玻璃釉。

7.根据权利要求1所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述陶瓷基体上设置有多个焊盘，所述焊盘分别与加热线路或者测温线路相连接。

8.根据权利要求7所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述焊盘均设置在陶瓷基体的同一侧。

9.根据权利要求8所述的一种自带独立测温线路的新型陶瓷加热片，其特征在于所述焊盘包括第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，所述第一焊盘与加热线路相连接，所述第二焊盘与测温线路相连接，所述第三焊盘同时与加热线路和测温线路相连接。

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