TWI841861B - 高穩定度溫度計結構及使用該溫度計結構的系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種溫度計結構，包含一電路板、一紅外線溫度計、一散熱片以及一金屬塊。該紅外線溫度計配置於該電路板並與其電性連接。該散熱片配置於該電路板並遮蔽該紅外線溫度計。該金屬塊接觸該電路板及該散熱片至少其中之一，用以穩定該溫度計結構的本地溫度。

Description

高穩定度溫度計結構及使用該溫度計結構的系統

本發明係有關一種溫度計結構，特別有關一種利用金屬塊穩定溫度計的本地溫度的溫度計結構，其中該金屬塊不通電且體積較佳大於紅外線溫度計的體積。

一般而言，紅外線溫度計在量測待測物溫度時，會以溫度計內的局部溫度(一般稱為Ta)為參考值來推算該待測物溫度(一般稱為To)。然而，在某些應用中，當待測物的溫度較高、與紅外線溫度計的距離較近、質量較大，或外部環境溫度明顯變化時，紅外線溫度計內的局部溫度會受到影響而發生偏移。因此，待測物溫度由於參考值不穩定而浮動，因而降低量測精確度。

有鑑於此，本發明則提供一種使用金屬塊穩定溫度計內的局部溫度的紅外線溫度計結構，以提高溫度量測精確度。

本發明之一目的在於提供一種在熱遮罩(heat shield)內額外配置金屬塊以穩定溫度計內的局部溫度的溫度計結構，其中，該金屬塊接觸電路板。

本發明另一目的在於提供一種在熱遮罩內額外配置導熱金屬路徑的溫度計結構，其中，該導熱金屬路徑接觸電路板或散熱片(heat sink)並用於接觸熱遮罩外的金屬塊。

為達上述目的，本發明提供一種溫度計結構，包含一電路板、一紅外線溫度計、一金屬塊以及一熱遮罩。該紅外線溫度計配置於該電路板之一第一表面上。該金屬塊配置於該電路板之一第二表面上，其中該金屬塊之一體積大於該紅外線溫度計之一體積。該熱遮罩包覆該電路板、該紅外線溫度計及該金屬塊，並具有一第一窗口對位該紅外線溫度計。

除此之外，本發明還提供一種溫度計結構，包含一電路板、一紅外線溫度計、一散熱板、一熱遮罩以及一導熱路徑。該紅外線溫度計配置於該電路板之一第一表面上。該散熱板配置於該電路板之該第一表面上並覆蓋該紅外線溫度計。該熱遮罩包覆該電路板、該紅外線溫度計及該散熱板，並具有一第一窗口對位該紅外線溫度計。該導熱路徑接觸該散熱板及該電路板至少其中一者，並從該熱遮罩內延伸至該熱遮罩外以形成一導熱接點。

除此之外，本發明還提供一種可量測待測物溫度的系統，包含一熱遮罩、一溫度計結構以及金屬塊。該熱遮罩結合於該系統並具有一第一窗口。該溫度計結構配置於該熱遮罩內部並包含一電路板、一熱電堆感應器以及一散熱板。該熱電堆感應器配置於該電路板之一第一表面上並對位該第一窗口。該散熱板配置於該電路板之該第一表面上及覆蓋該熱電堆感應器，並具有一第二窗口對位該熱遮罩之該第一窗口。該金屬塊，連接該電路板及該散熱板至少其中一者。

本發明實施例的紅外線溫度計結構特別適用於量測溫度高及質量大的待測物，該待測物會使周遭環境溫度改變。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文特舉本發明實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下。

100、200、300、400:溫度計結構

10、30、40:熱遮罩

101:第一窗口

102:導電路徑

11:紅外線溫度計

111:熱電堆感應器

113:本地溫度計

13:濾鏡架

131:濾鏡

15:散熱板

151:第二窗口

17、27、37、47:金屬塊

19:電路板

28、48:導熱路徑

20:導熱接點

401:內部空間

51:承載座

90:待測物

為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，于本發明之說明中，相同的構件以相同的符號表示，於此先述明。

圖1顯示本發明第一實施例之溫度計結構的示意圖。

圖2顯示本發明第二實施例之溫度計結構的示意圖。

圖3顯示本發明第三實施例之溫度計結構的示意圖。

圖4顯示本發明第四實施例之溫度計結構的示意圖。

圖5顯示使用本發明實施例之溫度計結構的系統的示意圖。

圖6顯示本發明第二實施例之溫度計結構的下視圖。

本發明實施例之溫度計結構通過配置額外金屬塊，以降低紅外線溫度計的參考溫度隨外界溫度變化的幅度，進而提高量測精確度。

請參照圖1，其為本發明第一實施例之溫度計結構100的示意圖。溫度計結構100包含電路板19、紅外線溫度計11、濾鏡架13、濾鏡131、散熱板15、金屬塊17以及熱遮罩(heat sink)10，其中，該熱遮罩10具有第一窗口101，並包覆電路板19、紅外線溫度計11、濾鏡架13、濾鏡131、散 熱板15及金屬塊17，用於防止紅外線溫度計11從第一窗口101以外接收熱能。熱遮罩10例如是由塑膠或橡膠所製成，但不以此為限。

電路板19例如是印刷電路板(PCB)或可撓基板(FB)。

紅外線溫度計11配置於電路板19之第一表面(例如圖1的上表面)上，並對位於第一窗口101，用於通過該第一窗口101接收紅外光IR。紅外線溫度計11包含熱電堆(thermopile)感應器111及本地感應器113配置於電路板19上並與其電性連接。熱電堆感應器111對位於熱遮罩10之第一窗口101，用於通過該第一窗口101接收來自外部的紅外光IR，以檢測溫度值。

本地感應器113用於檢測溫度計結構100之參考溫度，以作為推算熱電堆感應器111所檢測之該溫度值的參考。基於本地感應器113的參考溫度推算熱電堆感應器111所檢測之溫度值的方式為已知，故於此不再贅述。本地感應器113例如選自電阻式溫度計(RTD)、基於CMOS的溫度計、熱敏電阻(thermistor)、積體帶隙電壓參考(integrated bandgap voltage reference)、薄膜電阻(thin film resistor)其中之一，但不以此為限。

濾鏡架13配置於紅外線溫度計11的檢測面，用於乘載濾鏡131。該濾鏡131對位於熱遮罩10之第一窗口101，用於提高紅外線溫度計11的感光效果並防止灰塵進入紅外線溫度計11。該濾鏡131可為透鏡或平面鏡，其用於過濾非紅外線的電磁波。例如，當本發明之溫度計結構應用於需要溫度分布的系統時，濾鏡131使用透鏡；當本發明之溫度計結構應用於需要單一溫度值的系統(例如額溫槍、咖啡機等)，濾鏡131使用平面鏡。

雖然圖1顯示濾鏡架13設置於紅外線溫度計11的表面(例如晶片表面)，但本發明並不限於此。濾鏡架13亦可設置於電路板19上。

散熱板15配置於電路板19之第一表面，其覆蓋紅外線溫度計11並介於紅外線溫度計11與熱遮罩10之間。散熱板15具有第二窗口151對位於熱遮罩10之第一窗口101。

本發明中，為了避免溫度計結構100的整體溫度隨外界溫度變動，將額外的金屬塊17配置於電路板19之第二表面(例如圖1的下表面)並包覆於熱遮罩10內，其中該金屬塊17之體積較佳大於紅外線溫度計11之體積。例如，金屬塊17與電路板19之第二表面之接觸面積大於紅外線溫度計11之截面積並小於電路板19之面積。該接觸面積例如是矩形、圓形、梯形、三角形或其他形狀，並無特定限制。

藉此，由於溫度計結構100的整體金屬質量增加了，使得溫度計結構100的整體溫度不易隨外界溫度變化。

此外，由於電路板19及紅外線溫度計11均被熱遮罩10包覆，該熱遮罩10較佳具有導電路徑(例如102)用於電性連接電路板19與一外部元件，例如微控制器及/或外部電源(未繪示)，以通過導電路徑102對電路板19收發訊號及/或供電。某些實施方式中，微控制器配置於電路板19上。

此外，熱遮罩10較佳還具有供鎖固件固定的結構(例如螺孔或卡榫)，以將溫度計結構100固定於預定位置或裝置。一種實施方式中，溫度計結構100通過無線信號傳出檢測信號。

另一種實施方式中，金屬塊17可配置於電路板19之第一表面，例如，相鄰散熱板15的周圍。另一種實施方式中，金屬塊17可同時配置於電路板19之第一表面及第二表面。雖然圖1顯示金屬塊17對位於紅外線 溫度計11，但本發明並不限於此。其他實施方式中，金屬塊17可不對位於紅外線溫度計11，只要包覆於熱遮罩10內即可。

請參照圖2所示，其為本發明第二實施例之溫度計結構200的示意圖。圖2中，與圖1相同的構件以相同標號表示。

溫度計結構200同樣包含電路板19、紅外線溫度計11、濾鏡架13、濾鏡131、散熱板15以及熱遮罩10，其中該等元件的配置與圖1相同並已說明於上，故於此不再贅述。

第二實施例與第一實施例的差異在於，溫度計結構200中，熱遮罩10內部不配置金屬塊，而是配置導熱路徑28接觸散熱板15(例如顯示為接觸點a)及電路板19(例如顯示為接觸點b)至少其中一者。導熱路徑28從熱遮罩10內延伸至熱遮罩10外以形成導熱接點20(例如圖2顯示兩導熱接點20，但其數目並無特定限制)。

換句話說，熱遮罩10包覆電路板19、紅外線溫度計11、濾鏡架13、濾鏡131、散熱板15以及導熱路徑28，該導熱路徑28例如是至少一金屬片或至少一金屬線，用於通過導熱接點20接觸熱遮罩10外部的金屬塊27，該金屬塊27的體積並無特定限制，較佳大於紅外線溫度計11的體積。如此，同樣可達到穩定溫度計結構200之整體溫度的效果。

當導熱路徑28係接觸電路板19時，該導熱路徑28接觸電路板19之第一表面、一側面(例如圖2的左右側面)及相對該第一表面之第二表面至少其中之一。例如，導熱路徑28可具有金屬平面貼附於電路板19之部分表面，以增加導熱效果。導熱路徑28與散熱板15及電路板19還可形成面 接觸或多點接觸，以增加接觸面積。本實施例中，導熱路徑28用於傳導熱能，而不傳輸任何電流或電信號，故導熱路徑28的截面積愈大愈好。

此外，為提升熱傳導效能，一種實施方式中，導熱接點20之面積選擇為大於或等於熱遮罩10內之導熱路徑28之截面積，以與金屬塊27具有較大的接觸面積。另一種實施方式中，導熱接點20例如為形成於熱遮罩10下表面的金屬平面或多個金屬點，但不限於此。導熱路徑28在熱遮罩10外部的長度無特定限制。

例如，導熱路徑28可選擇配置於紅外線溫度計11的四個側面而如圖6所示在熱遮罩10底面形成環形導熱接點20。該環形導熱接點20並不限定為連續且其形狀不限定為矩形。

同理，熱遮罩10可另配置鎖固結構(未繪示)及導電路徑(未繪示)等。

請參照圖3所示，其為本發明第三實施例之溫度計結構300的示意圖。圖3中，與圖1相同的構件以相同標號表示。

溫度計結構300同樣包含電路板19、紅外線溫度計(包含熱電堆感應器111及本地感應器113)、濾鏡架13、濾鏡131以及散熱板15，其中該等元件的配置與圖1相同並已說明於上，故於此不再贅述。

第三實施例與第一實施例的差異在於，熱遮罩30是一種可量測待測物溫度的系統的元件，其例如由塑膠或橡膠所製成。例如參照圖5所示，當該系統是一個電動咖啡機時，熱遮罩30例如配置於待測物(例如咖啡壺)90的上方並具有第一窗口101面對放置於承載座51的待測物90。熱遮罩30則固定並電性連接於系統。

第三實施例中，電路板19、紅外線溫度計、濾鏡架13、濾鏡131以及散熱板15配置於熱遮罩30內部。本實施例的溫度計結構300還包含金屬塊37直接接觸電路板19之第二表面(例如圖3的下表面)，其中金屬塊37之體積較佳大於散熱板15之體積。

更詳言之，溫度計結構300與溫度計結構100的差異僅在於熱遮罩30是屬於(例如系統配置有專屬空間或連接位置)系統的元件或構造，其他部分則相同。此外，第三實施例中，金屬塊37與電路板19的接觸面的面積可大於電路板19的面積。金屬塊37與電路板19結合方式並無特定限制。

同理，熱遮罩30可包含導電路徑，以供紅外線溫度計11接收電能或進行通訊。第三實施例中，溫度計結構300也可無線地輸出檢測信號。

請參照圖4所示，其為本發明第四實施例之溫度計結構400的示意圖。圖4中，與圖1相同的構件以相同標號表示。

溫度計結構400同樣包含電路板19、紅外線溫度計(包含熱電堆感應器111及本地感應器113)、濾鏡架13、濾鏡131以及散熱板15，其中該等元件的配置與圖1相同並已說明於上，故於此不再贅述。電路板19、紅外線溫度計、濾鏡架13、濾鏡131以及散熱板15配置於熱遮罩40內部。熱遮罩40同樣是一種可量測待測物溫度的系統的元件。

溫度計結構400與溫度計結構300的差異在於，金屬塊47並非直接貼附於電路板19之第二表面，而是通過導熱路徑48(例如是至少一金屬片或至少一金屬線)連接電路板19及散熱板15至少其中一者，其連接方式與第二實施例的溫度計結構200類似，故於此不再贅述。第四實施例與第 二實施例的差異僅在於熱遮罩40是屬於(例如系統配置有專屬空間或連接位置)系統的元件或構造，例如參照圖5。

此外，第四實施例中，金屬塊47可位於熱遮罩40的內部或外部，並無特定限制。

例如，當金屬塊47位於熱遮罩40的內部時，電路板19與金屬塊47之間的內部空間401可用於配置電源或系統的其他配件。

例如，當金屬塊47位於熱遮罩40的外部時，金屬塊47是額外配置的金屬或該系統之金屬結構(例如於出廠時即配置於系統上)。此時，如第二實施例所述，導熱路徑48較佳在熱遮罩40外形成導熱接點，以利於與金屬塊47接觸。如前所述，該導熱接點可配置成較大面積以增加與金屬塊47的接觸面積。

本發明中，金屬塊17、27、37及47的體積可根據使用環境而調整。例如，當待測物的體積較大且溫度較高時，可選擇較大體積的金屬塊17、27、37及47；反之，當待測物的體積較小且溫度較低時，可選擇較小體積的金屬塊17、27、37及47。

必須說明的是，雖然本發明說明是以咖啡機為例，但本發明並不限於此。本發明的溫度計結構300及400可適用於可量測目標物體溫度的其他系統，並無特定限制，例如，用於監控鍋內溫度的智慧廚具系統。

必須說明的是，雖然上述各實施例中顯示本地感應器113位於散熱板15內部，但本發明並不限於此。其他實施方式中，本地感應器113可配置於散熱板15外部並電性連接電路板19。

某些實施方式中，本發明各實施例的溫度計結構還包含濾光片用於過濾紅外光以外的光譜。該濾光片例如鍍膜於濾鏡131表面或配置於紅外線溫度計11與濾鏡131之間或配置於第二窗口151內，並無特定限制。

可以瞭解的是，本發明各實施例及圖式中的元件個數及尺寸比例等等僅用以說明，並非用以限定本發明。

綜上所述，由於紅外線溫度感應器體積小，其內部的本地溫度容易受到外部環境溫度的影響而浮動，導致準確度降低。有鑑於此，本發明另提出一種配置有額外的金屬塊或導熱路徑的溫度計結構(例如參照圖1至圖4)，以降低內部的參考溫度隨外部溫度的浮動而穩定量測溫度，其中，該金屬塊可直接配置於熱遮罩的內部，或者配置於熱遮罩的外部並通過該導熱路徑連接該金屬塊。藉此，可增加溫度計結構的整體金屬體積，而不容易產生溫度浮動的情形。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之請求項所界定者為準。

100:溫度計結構

10:熱遮罩

101:第一窗口

102:導電路徑

11:紅外線溫度計

111:熱電堆感應器

113:本地感應器

13:濾鏡架

131:濾鏡

15:散熱片

151:第二窗口

17:金屬質量塊

19:電路板

Claims (18)

1. 一種溫度計結構，該溫度計結構包含：一電路板；一紅外線溫度計，配置於該電路板之一第一表面上；一金屬塊，配置於該電路板之一第二表面上，其中該金屬塊之一體積大於該紅外線溫度計之一體積；以及一熱遮罩，包覆該電路板、該紅外線溫度計及該金屬塊並覆蓋於該電路板及該金屬塊的表面，並具有一第一窗口對位該紅外線溫度計。
2. 如請求項1所述之溫度計結構，還包含一散熱板配置於該電路板之該第一表面並介於該紅外線溫度計與該熱遮罩之間，並具有一第二窗口對位該熱遮罩之該第一窗口。
3. 如請求項1所述之溫度計結構，其中該熱遮罩還包含一導電路徑用於電性連接該電路板與一外部元件。
4. 如請求項1所述之溫度計結構，還包含一濾鏡對位於該熱遮罩之該第一窗口。
5. 如請求項1所述之溫度計結構，其中該紅外線溫度計包含：一熱電堆感應器，對位於該熱遮罩之該第一窗口，用於通過該第一窗口接收來自外部的紅外光，以檢測一溫度值；以及一本地感應器，用於檢測該溫度計結構之一參考溫度，以作為推算該熱電堆感應器所檢測之該溫度值的參考。
6. 如請求項1所述之溫度計結構，其中該金屬塊與該電路板之該第二表面之一接觸面積大於該紅外線溫度計之一截面積並小於該電路板之一面積。
7. 一種溫度計結構，該溫度計結構包含：一電路板；一紅外線溫度計，配置於該電路板之一第一表面上；一散熱板，配置於該電路板之該第一表面上並覆蓋該紅外線溫度計；一熱遮罩，包覆該電路板、該紅外線溫度計及該散熱板，並具有一第一窗口對位該紅外線溫度計；以及一導熱路徑，接觸該散熱板及該電路板至少其中一者，並從該熱遮罩內延伸至該熱遮罩外以形成一導熱接點，其中該導熱接點之一面積大於該熱遮罩內之該導熱路徑之一截面積。
8. 如請求項7所述之溫度計結構，其中當該導熱路徑係接觸該電路板時，該導熱路徑接觸該電路板之該第一表面、一側面及相對該第一表面之一第二表面至少其中之一。
9. 如請求項7所述之溫度計結構，其中該散熱板具有一第二窗口對位該熱遮罩之該第一窗口。
10. 如請求項7所述之溫度計結構，其中該導熱路徑不傳輸任何電信號。
11. 如請求項7所述之溫度計結構，其中該熱遮罩還包含一導電路徑用於電性連接該電路板與一外部元件。
12. 如請求項7所述之溫度計結構，還包含一濾鏡對位於該熱遮罩之該第一窗口。
13. 如請求項7所述之溫度計結構，其中該紅外線溫度計包含：一熱電堆感應器，對位於該熱遮罩之該第一窗口，用於通過該第一窗口接收來自外部的紅外光，以檢測一溫度值；以及一本地感應器，用於檢測該溫度計結構的一參考溫度，以作為推算該熱電堆感應器所檢測之該溫度值的參考。
14. 一種可量測待測物溫度的系統，該系統包含：一熱遮罩，結合於該系統並具有一第一窗口；以及一溫度計結構，配置於該熱遮罩內部，並包含：一電路板；一熱電堆感應器，配置於該電路板之一第一表面上並對位該第一窗口；及一散熱板，配置於該電路板之該第一表面上及覆蓋該熱電堆感應器，並具有一第二窗口對位該熱遮罩之該第一窗口；以及一金屬塊，連接該電路板及該散熱板至少其中一者，其中該金屬塊是額外配置或該系統之一金屬結構。
15. 如請求項14所述之系統，其中該金屬塊直接接觸該電路板之一第二表面，且該金屬塊之一體積大於該散熱板之一體積。
16. 如請求項14所述之系統，其中該電路板及該散熱板至少其中一者通過一導熱路徑連接於該金屬塊。
17. 如請求項16所述之系統，其中該金屬塊位於該熱遮罩的內部。
18. 如請求項16所述之系統，其中該金屬塊位於該熱遮罩的外部。

Images