本發(fā)明涉及對煙支加熱而不燃燒的電子吸煙器具，尤其涉及一種能保持恒溫狀態(tài)的采用金屬加熱片的電子吸煙器的溫度控制裝置。

背景技術(shù)：

盡管大家都知道吸煙有害健康，但是就目前來說，全球的煙民數(shù)量還占總?cè)丝跀?shù)量的五分之一之多。這是因為人們對抽煙已經(jīng)形成了一種習慣，而且相互相應(yīng)，很難戒除。針對這種情況，一種電加熱型的吸煙器具，電子吸煙器具誕生了，這種電子吸煙器具是通過加熱而不燃燒煙草的方式向消費者提供尼古丁和煙草特征香氣，滿足煙民的抽煙需求，同時又可大幅度降低主流煙氣中焦油和有害物質(zhì)的釋放量。應(yīng)用這種電子吸煙器具在抽煙間歇期間煙芯處于不加熱狀態(tài)，因而基本沒測流煙氣，大大降低了二手煙的危害，是未來煙草市場發(fā)展的主流趨勢。

目前的電子吸煙器具的加熱片一般都是采用陶瓷制作，通過溫度傳感器進行溫度檢測，從而實現(xiàn)溫度控制。然而在電子吸煙器具中，溫度傳感器檢測到的溫度與陶瓷片本身的溫度有一定的誤差，由于溫度調(diào)節(jié)不夠精確，影響消費者的口感。其次，陶瓷加熱片硬度不夠大，不方便清洗加熱片上多余的煙葉。

因此，市場亟需一種能精確進行溫度控制并保持恒溫，而且加熱片易于清洗的電子吸煙器具，以彌補上述問題的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可實現(xiàn)精確控制溫度，保持在恒溫的工作狀態(tài)，而且易清洗的采用金屬加熱片的電子吸煙器溫度控制裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種電子吸煙器溫度控制裝置，包括用于加熱煙支的金屬加熱片和對所述加熱片進行溫度控制的控制裝置，所述控制裝置通過采集所述加熱片的實時電阻值來調(diào)節(jié)所述加熱片的溫度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開的電子吸煙器溫度控制裝置采用金屬材料制作的加熱片，由于金屬材料的電阻率與溫度有著很好的線性比例關(guān)系，因此通過檢測金屬加熱片的電阻值就能得到加熱片的實際溫度，而不是現(xiàn)有技術(shù)中溫度傳感器所測得的加熱片周圍的環(huán)境溫度。得到加熱片的實際溫度后，就可實現(xiàn)對加熱片的工作溫度進行精確控制，具有溫度準確，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)點，從而可以根據(jù)消費者的不同口感進行精確調(diào)節(jié)(不同的溫度對應(yīng)不同的口感)。其次，由于金屬的導(dǎo)熱性能要比陶瓷好的多，所以本發(fā)明的采用金屬加熱片的電子吸煙裝置從開機到達到所需的溫度的等待時間很短，可以控制在5s以內(nèi)。而且，采用金屬材料做加熱片，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、硬度強、環(huán)保衛(wèi)生、節(jié)省成本等特點。

較佳地，所述控制裝置包括功率驅(qū)動單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、控制單元以及實時電阻檢測單元。

所述功率驅(qū)動單元分別與電源和所述加熱片電性連接，所述控制單元分別與所述功率驅(qū)動單元和所述實時電阻檢測單元電性連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于把所述實時電阻檢測單元輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給所述控制單元；

所述實時電阻檢測單元用于檢測所述加熱片的實時電阻，所述控制單元根據(jù)加熱片的實時電阻值調(diào)節(jié)所述功率驅(qū)動單元的輸出功率。

所述功率驅(qū)動單元在控制單元的控制下根據(jù)需要把電源的能量轉(zhuǎn)換成加熱片所需的能量，實現(xiàn)精確控溫，并保護金屬加熱片不被燒毀。

較佳地，所述控制單元通過輸出不同占空比的脈沖寬度調(diào)制波來調(diào)節(jié)所述功率驅(qū)動單元的輸出功率?？刂茊卧肞WM波對功率驅(qū)動單元進行調(diào)制，諧波小、動態(tài)響應(yīng)快、電源功率因數(shù)高、控制電路相對簡單、成本低而且對噪聲的抵抗能力強。

較佳地，所述實時電阻檢測單元采用電壓比較法檢測加熱片的實時電阻。

較佳地，所述實時電阻檢測單元包括串聯(lián)的第一電壓比較電路和第二電壓比較電路，所述第一電壓比較電路用于檢測加熱片電壓，所述第二電壓比較電路用于產(chǎn)生一與所述加熱片電壓進行比較的比較電壓。

較佳地，所述第一電壓比較電路包括相串聯(lián)的第一分壓電阻和第二分壓電阻，所述第一分壓電阻和所述第二分壓電阻串聯(lián)連接后一端接地，另一端與所述加熱片的正極連接，所述加熱片電壓從所述第一分壓電阻和第二分壓電阻的連接接點處輸出，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出到控制單元。

較佳地，所述第二電壓比較電路包括第一采樣電阻、第一限流電阻和第二限流電阻；所述第一采樣電阻串聯(lián)連接在電源正極端與第一電壓比較電路之間，從該第一采樣電阻兩端輸出的比較電壓分別通過所述第一限流電阻和所述第二限流電阻經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出到所述控制單元。

采用上述結(jié)構(gòu)的采用電壓比較法檢測加熱片的實時電阻的電路，結(jié)構(gòu)簡單，精確度高，成本低，響應(yīng)速度快。

較佳地，所述實時電阻檢測單元還包括與所述第一電壓比較電路和所述第二電壓比較電路串聯(lián)的開關(guān)模塊，所述開關(guān)模塊與所述控制單元電性連接，根據(jù)控制單元的控制信號改變開關(guān)模塊的工作狀態(tài)，不至于使加熱片一直工作在加熱狀態(tài)，實現(xiàn)對加熱片的保護。

較佳地，所述開關(guān)模塊為開關(guān)三極管，具有壽命長、安全可靠、沒有機械磨損、開關(guān)速度快、體積小等優(yōu)點。

較佳地，所述實時電阻檢測單元采用伏安法檢測加熱片的實時電阻。

更進一步地，所述實時電阻檢測單元包括采集加熱片電壓的電壓檢測單元和采集加熱片回路電流的電流檢測單元。

更進一步地，所述電壓檢測單元包括串聯(lián)的第五分壓電阻和第六分壓電阻，串聯(lián)后的所述第五分壓電阻和所述第六分壓電阻并聯(lián)在加熱片的兩端，加熱片電壓從所述第五分壓電阻和所述第六分壓電阻的連接點輸出，并經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元到控制單元。

更進一步地，所述電流檢測單元包括與所述加熱片串聯(lián)的第二采樣電阻和與該第二采樣電阻串聯(lián)的電流采樣模塊，所述電流采樣模塊采集經(jīng)過第二采樣電阻的電流，并經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出到控制單元。

采用上述機構(gòu)的采用伏安法檢測加熱片的實時電阻的實時電阻檢測單元，具有結(jié)構(gòu)簡單，易維修，響應(yīng)速度快的優(yōu)點。

較佳地，所述加熱片為中間設(shè)置空心的框形結(jié)構(gòu)，減小了載流面積，降低了等待時間，有效提高了加熱片的效率；在所述加熱片的頭部設(shè)有尖端，方便固定煙支。

較佳地，所述加熱片的工作溫度范圍為100℃-600℃。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明電子吸煙器的溫度控制裝置中的加熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為本發(fā)明電子吸煙器的溫度控制裝置的控制關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3所示為本發(fā)明電子吸煙器的溫度控制裝置的實施例中采用電壓比較法檢測加熱片的實時電阻的電路連接結(jié)構(gòu)圖。

圖4所示為本發(fā)明電子吸煙器的溫度控制裝置的實施例中采用伏安法檢測加熱片的實時電阻的電路連接結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)特征、實現(xiàn)原理及所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。

一種采用金屬加熱片的電子吸煙裝置，如圖1所示，包括用于加熱煙支的金屬加熱片10和對所述加熱片10進行溫度控制的控制裝置，所述控制裝置通過采集所述加熱片10的實時電阻值來調(diào)節(jié)所述加熱片的溫度。

所述加熱片10為金屬材料所制，所述控制裝置通過采集所述加熱片10的實時電阻值來控制所述加熱片10的溫度。

采用金屬材料所制的加熱片具有結(jié)構(gòu)簡單、加工簡便、硬度強、環(huán)保衛(wèi)生、易清潔等特點?；谠摻饘俨牧纤谱鞯募訜崞?0，本發(fā)明采用無溫度傳感技術(shù)對加熱片10的工作溫度進行精確控制。利用金屬材料在加熱時，電阻率的微小變化，然后通過矢量控制算法控制輸出功率，最終達到精確控溫的目的。這種方法硬件簡單，溫度準確，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性高。具體原理如下：

由某種材料制成的橫截面均勻的導(dǎo)體，如果長度為L、橫截面積為S，則這段導(dǎo)體的電阻為：R＝ρL/S，式中ρ為電阻率，S為橫截面積，R為電阻值，L為導(dǎo)線的長度。導(dǎo)體材料的電阻率決定于材料的自身性質(zhì)。各種材料的電阻率都隨溫度而變化。在通常溫度范圍內(nèi)，金屬材料的電阻率隨溫度作線性變化，變化關(guān)系可以表示為：ρ＝ρ0(1+αt)，式中ρ與ρ0分別是t℃和0℃時的電阻率；α是電阻率的溫度系數(shù)，與材料有關(guān)。

對關(guān)系式ρ＝ρ0(1+αt)兩邊同乘以L/S，就得到金屬導(dǎo)體電阻隨溫度的變化關(guān)系：R＝R0(1+αt)，式中R與R0分別是t℃和0℃時的電阻值；α是電阻率的溫度系數(shù).將公式變換一下，即可得出溫度與電阻之間的關(guān)系為：t＝(R-R0)/(R0*α)。所以只要知道金屬材料發(fā)熱時的電阻值，就可以計算出金屬材料的溫度值，而且采用這種方式測出來的溫度為材料本身的溫度，精確度高。

具體采用哪種型號的金屬材料做加熱片10在本發(fā)明中不作具體限制，本實施例優(yōu)選的幾種不銹鋼材料的型號為：SS304、SS316、SS317。由于采用金屬材料做加熱片10，相比陶瓷加熱片等材料，此材料硬度非常高，不易損壞，因此可以直接在加熱片上清除多余煙葉。

本發(fā)明的控制裝置即是根據(jù)上述測溫原理，通過檢測金屬加熱片10的實時電阻值來檢測金屬加熱片10的實時溫度，從而達到對溫度的精確控制的目的，具體為：

如圖2所示，所述控制裝置包括功率驅(qū)動單元，控制單元，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(ADC)以及實時電阻檢測單元。

所述功率驅(qū)動單元分別與電源和所述加熱片10電性連接，用于把電源的能量轉(zhuǎn)換成加熱片10所需能量，所述控制單元分別與功率驅(qū)動單元和實時電阻檢測單元電性連接，在本實施例中，所述控制單元采用ARM Cortex-M3核微控制器，當然，本發(fā)明也不對控制器的具體型號作以限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)喜好或者其他特殊考慮選用其他系列或型號的控制器。所述ADC設(shè)置在所述控制單元和實時電阻檢測單元之間，用于把實時電阻檢測單元所輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成控制單元所能識別的數(shù)字信號。

所述實時電阻檢測單元用于檢測加熱片10的實時電阻，把檢測值經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸給控制單元，所述控制單元根據(jù)加熱片的實時電阻值根據(jù)上述的計算公式算出加熱片10當前的溫度，調(diào)節(jié)所述功率驅(qū)動單元的輸出功率。

在本實施例中，控制單元通過輸出不同占空比的PWM波來調(diào)節(jié)所述功率驅(qū)動單元的輸出功率，具有諧波小、動態(tài)響應(yīng)快、電源功率因數(shù)高、控制電路相對簡單、成本低而且對噪聲的抵抗能力強的優(yōu)點。

實時電阻檢測單元在檢測電阻時可以通過各種可實現(xiàn)的電路去實現(xiàn)，本發(fā)明采用以下兩種具體的實施方式，電壓比較法檢測加熱片的實時電阻和伏安法檢測加熱片的實時電阻，具體如下：

所述電壓比較法檢測加熱片的實時電阻的電路結(jié)構(gòu)為：請參看圖3，包括串聯(lián)的第一電壓比較電100和第二電壓比較電路200，所述第一電壓比較電路100用于檢測加熱片電壓，所述第二電壓比較電路200用于產(chǎn)生一與所述加熱片電壓進行比較的比較電壓。通過加熱片電壓與比較電壓的比值，以及產(chǎn)生比較電壓的電阻得出加熱片10的實時電阻值。

所述第一電壓比較電路100包括串聯(lián)連接在一起的第一分壓電阻R1和第二分壓電阻R2，第一分壓電阻R1和第二分壓電阻R2串聯(lián)連接后一端接地，另一端與加熱片10的正極端連接，所述加熱片電壓從所述第一分壓電阻R1和第二分壓電阻R2的連接點G1處輸出，經(jīng)由ADC輸出到控制單元。

所述第二電壓比較電路200包括第一采樣電阻R101，第一限流電阻R3和第二限流電阻R4；所述第一采樣電阻R101串聯(lián)連接在電源正極端與第一電壓比較電路100之間，從該第一采樣電阻R101兩端輸出的比較電壓分別通過所述第一限流電阻R3和第二限流電阻R4經(jīng)由ADC輸出到所述控制單元。

上述電壓比較法檢測加熱片10的實時電阻的電路的具體工作過程為：電源接通后，通過第一限流電阻R3和第二限流電阻R4把分壓信號也即是比較電壓信號傳輸給ADC，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由ADC把測得的比較電壓值信號傳輸給控制單元；通過第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2分壓后把加熱片10電壓信號傳輸給ADC，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由ADC把測得的加熱片10的電壓值信號傳輸給控制單元；然后通過公式：R＝U*R1/U1計算出金屬加熱片10的電阻，其中R即為加熱片的實時電阻，U為所述加熱片電壓，U1為比較電壓，R1為采樣電阻阻值。

測出加熱片10的實時電阻后控制單元即可根據(jù)公式t＝(R-R0)/(R0*α)得出加熱片的實時溫度。當金屬加熱片溫度大于或者小于設(shè)定值時，控制單元自動調(diào)節(jié)功率驅(qū)動單元的輸出功率，即調(diào)節(jié)PWM波的占空比，從而恒定溫度。

利用上述電壓比較法檢測加熱片的實時電阻的電路，還包括與所述第一電壓比較電路100和第二電壓比較電路200串聯(lián)的開關(guān)模塊300，所述開關(guān)模塊300與所述控制單元電性連接。在本實施例中，所述開關(guān)模塊300為開關(guān)三極管，所述三極管通過一限流電阻R7與控制單元連接，電源接通后，控制單元通過所述限流電阻R7輸出高電平，三極管導(dǎo)通。

請參看圖4，本發(fā)明采用伏安法檢測加熱片的實時電阻的原理為，通過檢測加熱片10的回路電流和加熱片的輸出電壓來計算出加熱片的實時電阻，具體的電路結(jié)構(gòu)包括采集加熱片電壓的電壓檢測單元400和采集加熱片回路電流的電流檢測單元500。

所述電壓檢測單元400包括串聯(lián)連接的第五分壓電阻R5和六分壓電阻R6，所述串聯(lián)連接的第五分壓電阻R5和第六分壓電阻R6并聯(lián)在加熱片10的兩端，加熱片電壓從所述第五分壓電阻R5和第六分壓電阻R6的連接點G2輸出，并經(jīng)由ADC到控制單元。

所述電流檢測單元500包括與所述加熱片10串聯(lián)的第二采樣電阻R201，和與該第二采樣電阻R201兩端連接的電流采樣模塊600，所述電流采樣模塊600采集經(jīng)過第二采樣電阻R201的電流，并經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出到控制單元。本實施例中的電流采樣模塊600采用電流采樣IC，搭建電路簡單，維護方便。

上述采樣伏安法對加熱片電阻進行適時檢測的電路工作過程為：通過第五分壓電阻R5和第六分壓電阻R6分壓后把加熱片10的輸出電壓信號送給ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后傳輸?shù)娇刂茊卧?，得到加熱?0的電壓值；通過電流采樣模塊600和第二采樣電阻R201檢測到加熱片10的回路電流信號，并經(jīng)ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)娇刂茊卧?，得到加熱片的回路電流值。然后通過公式：R＝U/I計算出金屬加熱片10的電阻。其中U為金屬加熱片電壓，I為流過金屬加熱片的電流。

檢測到加熱片10的實時電阻值后就可實施對加熱片10的溫度控制，具體控溫原理過程在利用電壓比較法進行電阻檢測的實施方式中已有詳細交待，在此不再累述。

為了提高控制精度，本發(fā)明中電路中所用到的電阻的精度在±1％以內(nèi)，也就是說第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第一限流電阻R3、第二限流電阻R4、第五分壓電阻R5、第六分壓電阻R6、第一采樣電阻R101以及第二采樣電阻R201的精度均控制在±1％以內(nèi)。

本發(fā)明中所述述加熱片10的工作溫度范圍為100℃-600℃，消費者可以根據(jù)不同的口感調(diào)節(jié)相應(yīng)的溫度。

請參看圖1，由于加熱片10采用金屬材料所制，為了提高加熱片的效率，縮短等待時間，所述加熱片10為中間設(shè)置空心的框形結(jié)構(gòu)，而且在所述加熱片10的頭部設(shè)有尖端11，使用時煙支插在尖端上，方便固定。