專利名稱：加熱線及其控制的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)交叉引用本專利申請(qǐng)與2004年5月26日提交的名稱為“Heater Wire Control”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)NO.60/574,650有關(guān)，在此引入其以作為參考。本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.119的規(guī)定要求前述相關(guān)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
版權(quán)通告此專利文獻(xiàn)的公開內(nèi)容的一部分含有受到版權(quán)保護(hù)的材料。當(dāng)本專利出現(xiàn)在美國(guó)專利商標(biāo)局的專利文件或記錄中時(shí)，版權(quán)所有人并不反對(duì)他人復(fù)制該專利公開內(nèi)容，但是將保留所有版權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域現(xiàn)代的加熱板和電熱毯都有不需要單獨(dú)的自動(dòng)調(diào)溫器的加熱線。它們分成兩種基本類型一類加熱線具有PTC加熱層，其被設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)體之間，當(dāng)溫度升高時(shí)PTC加熱層的電阻增加，因此電線會(huì)自我限制，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱點(diǎn)；另一類加熱線向用于監(jiān)測(cè)溫度和檢測(cè)局部過(guò)熱點(diǎn)的控制器提供反饋信號(hào)。本發(fā)明與后者相關(guān)，其具有反饋信號(hào)，該信號(hào)響應(yīng)于電線溫度并且當(dāng)部分電線的溫度高于平均溫度時(shí)具有增加的靈敏度。
現(xiàn)有技術(shù)描述第一個(gè)成功的發(fā)明由本發(fā)明的發(fā)明人創(chuàng)造并且在美國(guó)專利No.5,861,610中描述，其使用用于溫度控制的反饋信號(hào)并且同時(shí)使用指示過(guò)熱點(diǎn)的出現(xiàn)的電壓，所述過(guò)熱點(diǎn)使得加熱導(dǎo)體與傳感器線之間的絕緣惡化。把正溫度系數(shù)(PTC)鎳合金傳感器線反繞在加熱線周圍，二者之間具有內(nèi)部絕緣。通過(guò)該絕緣的漏電在傳感器線和加熱線之間提供了電耦合。傳感器線的電阻被測(cè)量并且被用于溫度控制。存在于傳感器線上的AC電壓指示在所述隔離絕緣中存在擊穿。當(dāng)把聚氯乙烯(PVC)用作隔離層時(shí)，在大約160℃時(shí)將發(fā)生很小的漏電。當(dāng)使用聚乙烯時(shí)，隔離層在130℃時(shí)熔化，加熱線和傳感器線發(fā)生接觸。在每種情況下都給控制單元發(fā)出信號(hào)以便對(duì)加熱導(dǎo)體斷電。
一種類似的技術(shù)被Gerrard申請(qǐng)了專利，并且在美國(guó)專利No.6,310,322中公開，其使用第二導(dǎo)體作為加熱器，其間的絕緣具有增強(qiáng)的NTC(負(fù)溫度系數(shù))特性。這兩個(gè)加熱導(dǎo)體通過(guò)二極管連接，因此通過(guò)NTC層的漏電引入負(fù)半周期，它的存在導(dǎo)致斷電。在第二實(shí)施例中，第二導(dǎo)體是PTC傳感器線，例如在上述美國(guó)專利No.5,861,610中所公開的那種。
Barry Keane的美國(guó)專利No.6,222,162教導(dǎo)了一種更小更柔軟的加熱線設(shè)計(jì)，其使用PTC合金的單一導(dǎo)體以便既用來(lái)加熱也用于溫度傳感。在Keane的裝置中，不檢測(cè)由于捆束或折疊所產(chǎn)生的局部過(guò)熱點(diǎn)。其只使用平均溫度來(lái)控制電線溫度。
以上提到的所有文獻(xiàn)都是通過(guò)電壓比較技術(shù)來(lái)測(cè)量電線中的電阻。在生產(chǎn)過(guò)程中，在應(yīng)用這些技術(shù)時(shí)電阻的改變是很小的，關(guān)注的重點(diǎn)是容差。
發(fā)明目的和概要本發(fā)明的目的是提供一種更柔軟的加熱線，其在控制方面采用自恢復(fù)方式，從而防止加熱線的任何部分過(guò)熱以及由于非正常使用或誤用而導(dǎo)致永久性損害。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種控制設(shè)備，其能夠容許控制溫度傳感校準(zhǔn)的長(zhǎng)度改變和制造改變。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是根據(jù)電線上的最熱部分來(lái)控制加熱線，這與傳統(tǒng)上利用電線的平均溫度來(lái)控制加熱線相反。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種控制系統(tǒng)，其對(duì)于沿著電線長(zhǎng)度的任何部分的過(guò)熱情況非常靈敏。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用一種機(jī)構(gòu)來(lái)控制加熱線的溫度和安全性，這種機(jī)構(gòu)是基于時(shí)間的并且不依賴于電壓比較方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為電線的溫度測(cè)量提供高分辨率。
根據(jù)本發(fā)明的一種形式，具有金屬絲線芯的加熱線具有聚乙烯絕緣，其用來(lái)把該金屬絲芯與螺旋纏繞的加熱導(dǎo)體隔離。加熱線通過(guò)固態(tài)開關(guān)(例如三端雙向可控硅開關(guān)元件)與相反極性的干線電壓連接，以便控制輸入到加熱導(dǎo)體的功率。所述導(dǎo)電芯的一端或兩端與電容器和電阻器分壓器電路的結(jié)點(diǎn)電連接。電容器的另一端與中性側(cè)連接，電阻器的另一端與120 VAC的高壓輸入側(cè)連接。這樣，所述電阻器、電容器和導(dǎo)電芯的結(jié)點(diǎn)與主電源具有大約45°相位角的相移關(guān)系。
以一定占空比把功率施加到加熱器，其具有代表不同加熱設(shè)置的通、斷時(shí)間。例如，高設(shè)置具有24秒接通和6秒關(guān)斷，中間設(shè)置具有14秒接通和16秒關(guān)斷。如果發(fā)生過(guò)熱情況，聚乙烯絕緣將熔化并且加熱器與導(dǎo)電芯之間短路，從而有效地把分壓器電容器和電阻器短路，并且迫使傳感相位角與主電源一致。
所述控制器傳感主電源和所述電容電阻結(jié)點(diǎn)的過(guò)零，并且確定該結(jié)點(diǎn)相位相對(duì)于主電源過(guò)零是否在一個(gè)帶時(shí)間(band time)寬度內(nèi)。如果不是，則該控制器不驅(qū)動(dòng)所述固態(tài)功率開關(guān)。
在第二實(shí)施例中，所述絕緣層是具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻的“摻雜的”PVC，即隨著溫度升高，該絕緣層的電阻降低。如在本發(fā)明的第一形式中一樣，所述導(dǎo)電芯與電容器和電阻器分壓器的結(jié)點(diǎn)連接。當(dāng)溫度升高時(shí)，絕緣電阻降低，并且導(dǎo)致該結(jié)點(diǎn)的相位角接近功率輸入相位?？刂蒲b置具有兩個(gè)過(guò)零電路，其測(cè)量這兩個(gè)過(guò)零之間的時(shí)間差并且通過(guò)開關(guān)功率來(lái)控制加熱線，直到對(duì)于多個(gè)設(shè)置當(dāng)中的每一個(gè)獲得兩個(gè)過(guò)零之間的預(yù)定時(shí)間差。
本發(fā)明的一種形式涉及加熱線和用于加熱線的控制電路的組合。所述加熱線優(yōu)選地包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插入在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋該加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層。在一種優(yōu)選形式中，加熱線的聚合物層包括熔化溫度低于約155℃的聚乙烯。在另一種形式中，加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的，其具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻或者正溫度系數(shù)(PTC)電阻。
用于控制施加到加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路優(yōu)選地包括一個(gè)可以與AC功率信號(hào)的一種極性耦合的電容器。一個(gè)電阻器與該電容器串聯(lián)，并且連接到該AC功率信號(hào)的相反極性。該電阻器與該電容器相連從而在該處限定了一個(gè)結(jié)點(diǎn)。傳感導(dǎo)體的一端與該電阻器和該電容器的結(jié)點(diǎn)相耦合。當(dāng)功率被施加到所述加熱線和控制電路時(shí)，該結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出發(fā)生相移的AC功率信號(hào)。
所述控制電路還優(yōu)選地包括第一過(guò)零檢測(cè)器和第二過(guò)零檢測(cè)器，所述第一過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)，所述第二過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)展現(xiàn)在所述電阻器和電容器的結(jié)點(diǎn)處的發(fā)生相移的AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)。
所述控制電路還優(yōu)選地包括一個(gè)時(shí)間差確定器電路(例如一個(gè)減法器電路)，其響應(yīng)于所述第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)并且確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零與所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，并且相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。所述控制電路還優(yōu)選地包括一個(gè)開關(guān)，其響應(yīng)于該控制信號(hào)并且相應(yīng)地控制被提供給加熱線的AC功率信號(hào)的占空比。
在另一種形式中，本發(fā)明涉及加熱線和用于加熱線的控制電路的組合。所述加熱線優(yōu)選地包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插入在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層。在一種優(yōu)選形式中，加熱線的聚合物層包括熔化溫度低于約155℃的聚乙烯。在另一種形式中，加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的，其具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻或者正溫度系數(shù)(PTC)電阻。此外，所述加熱線的加熱導(dǎo)體可以具有正溫度系數(shù)(PTC)電阻。
用于控制施加到加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路優(yōu)選地包括第一電容器，所述第一電容器可以與AC功率信號(hào)的一個(gè)極性相耦合。第一電阻器與所述電容器串聯(lián)，并且連接到該AC功率信號(hào)的相反極性。第一電阻器連接到第一電容器以在該處限定一個(gè)結(jié)點(diǎn)。傳感導(dǎo)體的一端與第一電阻器和第一電容器的該結(jié)點(diǎn)相耦合。當(dāng)功率被施加到加熱線和控制電路時(shí)，該結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)。
所述控制電路還優(yōu)選地包括第一過(guò)零檢測(cè)器和第二過(guò)零檢測(cè)器，所述第一過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并相應(yīng)地產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)，所述第二過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)展現(xiàn)在所述電阻器和電容器的結(jié)點(diǎn)處的該相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)。
本實(shí)施例的控制電路還包括第二電容器和第二電阻器。所述第二電阻器與第二電容器串聯(lián)以便限定其間的串聯(lián)連接。所述串聯(lián)連接具有第一端和相對(duì)的第二端。第二電容器和第二電阻器的串聯(lián)連接的第一端可以與所述AC功率信號(hào)的一個(gè)極性相耦合，第二電容器和第二電阻器的串聯(lián)連接的第二端可以與加熱線的加熱導(dǎo)體相耦合并且在其間限定第二結(jié)點(diǎn)。當(dāng)功率被施加到加熱線和控制信號(hào)時(shí)，所述第二結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出第二相移AC功率信號(hào)。第三過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)展現(xiàn)在所述第二電容器和第二電阻器的串聯(lián)連接的第二結(jié)點(diǎn)處的該第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零，并且相應(yīng)地產(chǎn)生第三過(guò)零信號(hào)。
所述控制電路還優(yōu)選地包括一個(gè)時(shí)間差確定器電路(例如一個(gè)減法器電路)，其響應(yīng)于所述第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)，并且確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，其還響應(yīng)于所述第一過(guò)零信號(hào)和第三過(guò)零信號(hào)，并且確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，并且相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。所述控制電路還優(yōu)選地包括一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)響應(yīng)于該控制信號(hào)，并且相應(yīng)地控制被提供給加熱線的AC功率信號(hào)的占空比。優(yōu)選地，所述時(shí)間差確定器電路包括一個(gè)微處理器，其確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，以便關(guān)于加熱線最熱部分確定加熱線溫度，以及/或者該微處理器確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，以便確定加熱線的平均溫度。
在本發(fā)明的另一種形式中，控制電路控制施加到加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插入在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層。所述控制電路包括與加熱線的傳感導(dǎo)體相耦合的相移電路、第一過(guò)零檢測(cè)器和第二過(guò)零檢測(cè)器，所述相移電路產(chǎn)生經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)，所述第一過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)，所述第二過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)該相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)。
所述控制電路還包括時(shí)間差確定器電路(例如減法器電路)，其響應(yīng)于所述第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)，并且確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和該相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差是否近似為零，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。所述控制電路還包括一個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)響應(yīng)于該控制信號(hào)并且作為響應(yīng)限制被提供給加熱線的AC功率信號(hào)。
在另一種形式中，本發(fā)明涉及加熱線和用于加熱線的控制電路的組合。所述加熱線優(yōu)選地包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插入在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層。在一種優(yōu)選形式中，加熱線的聚合物層包括熔化溫度低于約155℃的聚乙烯。在另一種形式中，加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的，其具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻或者正溫度系數(shù)(PTC)電阻。
用于控制施加到加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路優(yōu)選地包括一個(gè)可以與所述AC功率信號(hào)的一個(gè)極性相耦合的電容器。一個(gè)電阻器與所述電容器串聯(lián)并且連接到該AC功率信號(hào)的相反極性。所述電阻器連接到該電容器以便在該處限定一個(gè)結(jié)點(diǎn)。傳感導(dǎo)體的一端與該電阻器和電容器的結(jié)點(diǎn)相耦合。當(dāng)功率被施加到加熱線和控制電路時(shí)，該結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出一個(gè)經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)。
所述控制電路還優(yōu)選地包括第一過(guò)零檢測(cè)器和第二過(guò)零檢測(cè)器，所述第一過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)，所述第二過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)展現(xiàn)在所述電阻器和電容器的結(jié)點(diǎn)處的所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)。
所述控制電路還優(yōu)選地包括時(shí)間差確定器電路(例如減法器電路)，其響應(yīng)于所述第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)，并且確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差是否近似為零，并且相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。所述控制電路還優(yōu)選地包括一個(gè)開關(guān)，其響應(yīng)于所述控制信號(hào)，并且相應(yīng)地限制被提供給加熱線的AC功率信號(hào)。
本發(fā)明還包括一種對(duì)加熱線進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的方法，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插入在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層。所述方法優(yōu)選地包括以下步驟為加熱線提供AC(交流電)功率信號(hào)；響應(yīng)于加熱線的聚合物層的電阻改變使所述AC功率信號(hào)發(fā)生相移并且作為響應(yīng)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)；以及檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)。
所述方法還包括以下步驟檢測(cè)所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差并且相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)來(lái)控制被提供給加熱線的AC功率信號(hào)的占空比。
在另一種形式中，本發(fā)明包括一種對(duì)加熱線進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的方法，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插入在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層。所述方法優(yōu)選地包括以下步驟為加熱線提供AC(交流電)功率信號(hào)；響應(yīng)于加熱線的聚合物層的電阻改變使所述AC功率信號(hào)發(fā)生相移并且相應(yīng)地產(chǎn)生第一相移AC功率信號(hào)；以及響應(yīng)于加熱線的加熱導(dǎo)體的電阻改變使所述AC功率信號(hào)發(fā)生相移并且相應(yīng)地產(chǎn)生第二相移AC功率信號(hào)。
所述方法還包括以下步驟檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；檢測(cè)第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；以及檢測(cè)第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第三過(guò)零信號(hào)。
所述方法還包括以下步驟響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第三過(guò)零信號(hào)確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，并且相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)來(lái)控制被提供給加熱線的AC功率信號(hào)的占空比。
在另一種形式中，本發(fā)明是一種用于監(jiān)測(cè)和控制加熱線的方法，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插入在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層。所述方法優(yōu)選地包括以下步驟為加熱線提供AC(交流電)功率信號(hào)；在與加熱線的傳感導(dǎo)體的連接處產(chǎn)生經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)；以及檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)。
所述方法還包括以下步驟檢測(cè)所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且相應(yīng)地產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差是否近似為零并且相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。所述方法還包括響應(yīng)于該控制信號(hào)來(lái)限制被提供給加熱線的AC功率信號(hào)的步驟。
通過(guò)下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述和說(shuō)明，采用柔軟加熱線對(duì)電器進(jìn)行溫度和安全性控制的所述方法的優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中使用的加熱線的透視圖；圖2是加熱線和控制電路的一個(gè)實(shí)施例的電氣示意圖；圖3是對(duì)于100英尺線長(zhǎng)度的NTC層的電阻和溫度關(guān)系曲線圖；圖4是示出在功率輸入和傳感器結(jié)點(diǎn)之間的相移的、基于時(shí)間的交流電波形圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明傳感溫度和控制到加熱線的功率的例程的流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一種替換控制方法的流程圖；圖7是示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的電氣示意圖；圖8是示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的電氣示意圖；圖9是示出精確的過(guò)零電路的電氣示意圖；圖10是在第三實(shí)施例中使用的加熱線的透視圖；以及圖11是本發(fā)明的控制電路的一種優(yōu)選形式的詳細(xì)電氣示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述圖1示出了在本發(fā)明中使用的柔軟加熱線的結(jié)構(gòu)。一根細(xì)長(zhǎng)加熱線具有導(dǎo)電芯1，所述導(dǎo)電芯1具有纏繞在聚酯纖維內(nèi)的多條金屬絲線帶。所述導(dǎo)電芯具有0.3歐姆/英尺的低電阻。在導(dǎo)電芯外部壓制了第一聚合物絕緣層2，所述聚合物絕緣層2具有約為140℃的所期望的熔化溫度。這種塑料混合物可以由低密度或高密度聚乙烯制成。加熱導(dǎo)體3螺旋地纏繞在第一絕緣層周圍，選擇該加熱導(dǎo)體的合金、規(guī)格以及每英寸匝數(shù)以便提供期望的每英尺電阻，從而產(chǎn)生加熱所需的瓦數(shù)。根據(jù)產(chǎn)品仔細(xì)選擇瓦特密度。在加熱板中，加熱線設(shè)計(jì)為2瓦/英尺，在電熱毯中，1.2瓦/英尺的瓦特密度是理想的。第二絕緣層4被壓制在所述纏繞組件上，從而提供與外界的電絕緣。具有105℃額定值的PVC通常被用作第二外絕緣層。其壁厚是0.020英寸。值得指出的是，位于加熱線的中心軸處的低電阻導(dǎo)電芯導(dǎo)致具有兩個(gè)導(dǎo)體的最柔軟的加熱線形式。這樣的加熱線可以從Thermocable LTD獲得，并且與其型號(hào)TD 600類似。
參看圖2，加熱導(dǎo)體由細(xì)長(zhǎng)電阻器Rh表示，并且芯電阻Rc被示為與Rh平行。芯電阻Rc的一端與分壓器電連接，所述分壓器由置于主AC電源的兩個(gè)相反極性之間的電容器C1和電阻器R1構(gòu)成。對(duì)于跨越120伏特60赫茲線路的C1為0.12uF以及R1為22KΩ的組件值，在結(jié)點(diǎn)J1處發(fā)生相移。如圖1所示，所述第一聚合物層2沿著加熱線的全長(zhǎng)度縱向接觸。加熱線中的引起第一聚合物層熔化的局部過(guò)熱點(diǎn)使得導(dǎo)電芯與加熱導(dǎo)體接觸，從而使得電容器C1和電阻器R1被短路，并迫使該結(jié)點(diǎn)的相位與主電源零度(0°)一致。
集成電路5被配置成具有兩個(gè)過(guò)零檢測(cè)器電路，該集成電路優(yōu)選地是一個(gè)微處理器(微控制器)，例如由臺(tái)灣省臺(tái)北市的Micro Desigh Technology Co.，Ltd.公司生產(chǎn)的部件No.MDT2010ES。第一過(guò)零檢測(cè)器電路具有優(yōu)選地到120 VAC的大約4.7MΩ的限流電阻器11以測(cè)量主AC電源的過(guò)零。第二過(guò)零檢測(cè)器電路優(yōu)選地具有到芯結(jié)點(diǎn)的大約3.3MΩ的電阻器12以測(cè)量結(jié)點(diǎn)J1的過(guò)零。或者，如果電壓被一個(gè)二極管(圖中未畫出)箝位至Vcc并且被一個(gè)二極管(圖中未畫出)箝位至地以便形成限幅電路，則電阻器12可以具有較低值，其中所述限幅電路提供被集成電路5視為方波的信號(hào)。
集成電路5通過(guò)接通三端雙向可控硅開關(guān)元件6來(lái)控制施加到加熱電阻Rh的功率。電流通過(guò)在每個(gè)功率過(guò)零處協(xié)調(diào)的脈沖被提供給三端雙向可控硅開關(guān)元件6的控制柵極。電容器C2和電阻器R2彼此串聯(lián)并且與三端雙向可控硅開關(guān)元件6的控制柵極連接，以便確保在過(guò)零處只有一個(gè)脈沖操作三端雙向可控硅開關(guān)元件6。在控制程序中，定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器在功率過(guò)零處復(fù)位，并且在結(jié)點(diǎn)J1過(guò)零處終止。通常，該時(shí)間大約是4毫秒。只要該時(shí)間處于所確定的時(shí)間容差之內(nèi)，下一個(gè)過(guò)零脈沖驅(qū)動(dòng)就被發(fā)送到三端雙向可控硅開關(guān)元件柵極電路。下面與優(yōu)選實(shí)施例相結(jié)合對(duì)控制邏輯進(jìn)行更加詳細(xì)的介紹。電源電路7提供穩(wěn)定的5.6伏電壓給低壓電路，其細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域的公知常識(shí)。用戶接口8包括輸入開關(guān)，其在圖2中被示為左、右、下和上，其用于通電和設(shè)置選擇。熱量設(shè)置選擇對(duì)加熱器的加熱比例。占空比的增加使得加熱線所達(dá)到的溫度升高，從而達(dá)到特定的舒適級(jí)別。一個(gè)LCD(液晶顯示器)驅(qū)動(dòng)器電路9通過(guò)數(shù)字通信線10從集成電路5接收數(shù)字指令。該顯示器是背光的，并且其具有數(shù)字和圖標(biāo)以用來(lái)指示對(duì)產(chǎn)品的控制。在1和9之間的數(shù)字加H表示熱量設(shè)置，并且諸如模式和自動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器之類的圖標(biāo)也被顯示給用戶。顯示驅(qū)動(dòng)也可以被合并在具有內(nèi)置顯示驅(qū)動(dòng)器的集成電路中。該顯示器還顯示錯(cuò)誤代碼，并且可以進(jìn)行閃爍以便向用戶警告錯(cuò)誤狀況(例如由于傳感到過(guò)熱電線而斷電)。該顯示驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)可以通過(guò)使用單獨(dú)的傳統(tǒng)集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是本領(lǐng)域的公知常識(shí)，或者其可以作為集成電路5的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如前面所述的微處理器(微控制器)部件No.MDT2010ES。所述LCD還可以是標(biāo)準(zhǔn)的、現(xiàn)貨供應(yīng)的顯示器或者是定制的顯示器。
在第二實(shí)施例中，如圖1所示的第一絕緣層在這里被表示為2’，其由“摻雜的”從而具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的聚合物混合物構(gòu)成，其中該絕緣層的電阻隨著溫度的升高非線性地降低。PVC具有輕微的NTC性質(zhì)，隨著添加劑的添加，其效果更加顯著。所述NTC層2’沿著電線的全長(zhǎng)度在加熱導(dǎo)體3和導(dǎo)電芯1之間起到可變電阻的作用。與第一實(shí)施例中描述的第一絕緣層2的低熔點(diǎn)特性不同，第二實(shí)施例中的第一絕緣層2’的NTC性質(zhì)相對(duì)于溫度改變所述電阻/電容分壓器，從而改變結(jié)點(diǎn)J1的相移。實(shí)際上，具有跨越主線AC輸入端的固定電阻器R1與固定電容器C1的串聯(lián)并且具有與固定電阻器R1并行的可變電阻NTC層2’的電路成為了一個(gè)“移相器”，其根據(jù)NTC層的電阻并且從而根據(jù)加熱線溫度來(lái)改變結(jié)點(diǎn)J1的相位。利用第一實(shí)施例中描述的低熔點(diǎn)絕緣層2，在加熱器和導(dǎo)電芯之間的直接短路或開關(guān)導(dǎo)致突然的相移。利用第二實(shí)施例中的NTC層2’，在芯結(jié)點(diǎn)J1處發(fā)生與NTC層的溫度有關(guān)的連續(xù)改變的相移。通過(guò)主電源的過(guò)零和結(jié)點(diǎn)J1的過(guò)零之間的所測(cè)量的時(shí)間差可以實(shí)現(xiàn)溫度控制。
如圖3所示的溫度與電阻的關(guān)系展現(xiàn)出了隨溫度的非線性改變。實(shí)線描述了當(dāng)整段加熱線處于相同溫度下的對(duì)應(yīng)于100英尺線段的電阻溫度函數(shù)，虛線僅代表當(dāng)溫度升高時(shí)的1英尺加熱線。應(yīng)當(dāng)指出的是，總電阻并不代表加熱線的平均溫度，這是因?yàn)殡娮枧c溫度是相反的非線性關(guān)系，并且所述傳感機(jī)構(gòu)處于并行配置中。大大高于平均溫度的局部加熱線溫度(虛線)對(duì)總電阻起著支配性的作用。對(duì)局部過(guò)熱點(diǎn)的敏感度可以通過(guò)計(jì)算顯示。例如，從圖3的100英尺曲線可以看出，操作在40℃下的具有恒定溫度的加熱線沿著全長(zhǎng)具有96KΩ的阻抗?，F(xiàn)在考慮非正常使用的效果，例如當(dāng)電熱毯被折疊時(shí)，導(dǎo)致加熱線的一英尺的部分保留熱量，從而使得所述一英尺部分的加熱線的溫度升高到140℃。從圖3可以看出，該過(guò)熱點(diǎn)的阻抗是31KΩ。作為兩個(gè)并行阻抗96KΩ和31KΩ計(jì)算出總電阻，結(jié)果是23.4KΩ。這個(gè)結(jié)果小于所選定的在60℃下的24KΩ的最小值，該最小值對(duì)應(yīng)于最大熱量設(shè)置。在允許該過(guò)熱點(diǎn)情況發(fā)生之前，所述控制將已經(jīng)降低了功率。圖3所示的100英尺曲線代表了在正常設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)的NTC層的阻抗。該一英尺曲線代表了由于局部過(guò)熱點(diǎn)而疊加在該100英尺阻抗值上的阻抗。NTC層的電阻與溫度的相反非線性關(guān)系以及上述并行電阻配置的組合提供了一種用于檢測(cè)過(guò)熱點(diǎn)的措施。
阻抗隨溫度的較大改變加上測(cè)量精度的高分辨率緩解了由于加熱線的制造容差而需進(jìn)行校準(zhǔn)的問(wèn)題。再次參看圖3，在最大設(shè)計(jì)溫度為60℃時(shí)，加熱線中的5％的容差僅僅導(dǎo)致1.4℃的誤差。測(cè)量的分辨率可以通過(guò)考慮整個(gè)范圍跨度內(nèi)的相移來(lái)說(shuō)明，如圖4所示。實(shí)線的正弦波曲線是120VAC 60Hz的主電源，長(zhǎng)虛線的正弦波曲線對(duì)應(yīng)于當(dāng)加熱線處于20℃時(shí)在所述信號(hào)結(jié)點(diǎn)處的AC電壓，其具有在主電源過(guò)零之后的4.1毫秒處的過(guò)零，短虛線的正弦波曲線對(duì)應(yīng)于當(dāng)加熱線處于60℃時(shí)在所述信號(hào)結(jié)點(diǎn)處的AC電壓，其具有在主電源過(guò)零之后的2.1毫秒處的過(guò)零。從20℃到60℃的40℃的范圍跨度具有4.1-2.1毫秒的時(shí)間跨度，或者說(shuō)具有2.0毫秒的改變。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘被用于計(jì)數(shù)器/定時(shí)器以便測(cè)量NTC層的溫度時(shí)，具有32.676KHz的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率的集成電路5為0.0306毫秒每周期。在2.0毫秒的整個(gè)跨度內(nèi)，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器在0和65之間遞增。在加熱線溫度范圍的上限(即最臨界段)，在50℃和60℃之間，相移是1毫秒改變或者32個(gè)計(jì)數(shù)，從而導(dǎo)致好于1℃的1/3的測(cè)量分辨率。如圖2的電路圖中的晶體XTL所示的1兆赫的時(shí)鐘頻率是常用的時(shí)鐘頻率，并且可以產(chǎn)生更高的分辨率。
本發(fā)明中的控制裝置和方法的操作可以通過(guò)參照?qǐng)D5的流程圖得到更好的解釋。在通電后，程序被初始化，所有的顯示節(jié)段都被激活2秒，所有的由已編程微處理器5配置的定時(shí)器都被置零(塊13)。直到“打開”按鈕開關(guān)8被按下才把功率提供給加熱器(判定塊14)。此時(shí)，最后的設(shè)置被取回，同樣由已編程微處理器5配置的自動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器被啟動(dòng)，并且設(shè)置初始的默認(rèn)設(shè)置(塊15)。溫度設(shè)置例程允許用戶通過(guò)按壓上、下按鈕開關(guān)8來(lái)遞增/遞減所述設(shè)置。如前所述，當(dāng)按壓所述開關(guān)8時(shí)，所述設(shè)置被遞增(塊17)或遞減(塊18)，顯示器(LCD)發(fā)生改變以便反映當(dāng)前設(shè)置，并且為Tx賦予一個(gè)值以便與時(shí)控的相位差進(jìn)行比較(塊19)。設(shè)置例程獨(dú)立于該控制序列運(yùn)行，并且把Tx值和設(shè)置值放到存儲(chǔ)器中，其中x表示從1到10的設(shè)置。通過(guò)測(cè)量相移時(shí)間T(塊20)以及確定該時(shí)間是否在極限范圍之內(nèi)(塊21)，控制序列開始。如果連接器沒(méi)有被正確地接合或者加熱線被短路，則所述相位時(shí)間會(huì)超出預(yù)期的范圍，并且加熱控制將被中斷，顯示器(LCD)將指示錯(cuò)誤狀況(塊22)。當(dāng)滿足極限檢查之后，把實(shí)際的相位時(shí)間T與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的時(shí)間進(jìn)行比較(塊23)。如果T＞Tx，則溫度低于設(shè)置溫度，并且在下一個(gè)功率過(guò)零時(shí)會(huì)發(fā)生三端雙向可控硅開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)脈沖(塊24)。檢查自動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器的倒計(jì)時(shí)(塊25)，如果該時(shí)間大于預(yù)定時(shí)間(例如10小時(shí))則結(jié)束加熱控制序列，并且關(guān)閉顯示器背光(塊26)。否則，該例程返回到相位測(cè)量(塊20)。
一種進(jìn)行溫度控制的替換方法是利用已經(jīng)確立的相位時(shí)間差的極限來(lái)控制加熱周期的時(shí)間比例。取代加熱到所述時(shí)間小于Tx為止，所述加熱周期具有預(yù)定的占空比，并且把時(shí)間差與同樣在先前例程中預(yù)先確定的Tx進(jìn)行比較。如果對(duì)于任何設(shè)置所述時(shí)間小于Tx，則在冷卻周期期間中斷加熱。上述兩個(gè)控制例程的組合也是可能的。在較低的設(shè)置中使用具有Tx極限的占空比，在較高的設(shè)置中使用對(duì)Tx定時(shí)的控制。例如，如果對(duì)于一個(gè)設(shè)置占空比平均值小于預(yù)期的占空比，那么很有可能電熱毯或加熱板未在均勻的溫度狀況下操作，因此可以降低占空比，從而有效地降低過(guò)熱點(diǎn)的溫度。在這種情況下，可以通過(guò)顯示錯(cuò)誤符號(hào)或圖標(biāo)向用戶通知可能的捆束情況或非正常使用。
再參看圖1，具有NTC傳導(dǎo)層2’的加熱線被構(gòu)造成在長(zhǎng)度方向上與導(dǎo)電芯1和加熱導(dǎo)體3緊密接觸。NTC層2’僅僅有0.0125”厚，因此加熱線具有電容以及電阻成分。在臨界使用范圍內(nèi)，即在30℃以上，電阻成分起主導(dǎo)作用。在20℃和30℃之間，其效果值得考慮。由于電阻成分相對(duì)較高，因此敏感度下降。
上述的占空比控制和相移極限的組合是一種有效的控制方法，其用來(lái)改善在低溫端的控制。下面將進(jìn)行詳細(xì)描述。參看圖6a和6b的流程圖，開始序列與圖5的流程圖相似。隨著通電初始化(塊27)，控制處于等待模式，直到按下開啟/關(guān)閉開關(guān)(塊28)，在開啟之后，最后的設(shè)置被取回，自動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器被置零并且被啟動(dòng)(塊29)。設(shè)置序列與控制序列同時(shí)運(yùn)行，因此對(duì)溫度設(shè)置的調(diào)節(jié)可以在控制被開啟之后的任何時(shí)間進(jìn)行。通過(guò)使用上(塊30)、下(塊31)按鈕開關(guān)8來(lái)改變?cè)O(shè)置，以便從1到10遞增/遞減設(shè)置，從而根據(jù)塊32的設(shè)置為最小預(yù)期時(shí)間差Tx以及“接通”時(shí)間Dx賦值。接通時(shí)間對(duì)于每個(gè)設(shè)置控制占空比。對(duì)于30秒的占空比，舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于從1到10的設(shè)置(即S1-S10)，Dx的范圍可以是從3秒到30秒。設(shè)置5可以具有被賦予Dx的15秒的值。這樣將會(huì)導(dǎo)致在30秒的周期內(nèi)有15秒的接通時(shí)間和15秒的關(guān)斷時(shí)間。設(shè)置7可以為Dx賦予21秒的接通時(shí)間。
參照?qǐng)D6b，控制序列是基于通過(guò)對(duì)Dx賦值所建立的占空比，其中通過(guò)對(duì)最小時(shí)間差Tx賦值來(lái)建立溫度極限。第一步是使得占空比為零，并且使自動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器為零(塊33)。通過(guò)在塊34中的測(cè)量相位時(shí)間差T，控制例程開始。把該時(shí)間與所述溫度范圍的上限和下限進(jìn)行比較(塊35)。如果T超出了這個(gè)范圍，則不允許接通施加給加熱線的功率，并且顯示一則錯(cuò)誤消息(塊36)。如果T在所述極限之內(nèi)，則把T與Tx進(jìn)行比較(判定塊37)。如果像所預(yù)期的那樣T大于Tx，則該溫度處于為所述設(shè)置建立的極限之下，并且加熱周期前進(jìn)到占空比控制。把接通時(shí)間D與為所述設(shè)置建立的接通時(shí)間Dx進(jìn)行比較(塊38)。如果D小于Dx，那么該序列繼續(xù)驅(qū)動(dòng)三端雙向可控硅開關(guān)元件(塊39)，從而為加熱線增加熱量。接著，把從所述控制被開啟以來(lái)所過(guò)去的時(shí)間與10小時(shí)的自動(dòng)關(guān)閉極限進(jìn)行比較。如果在判定塊40中自動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器小于或等于10小時(shí)，則所述例程在控制模式中繼續(xù)，并且返回到相位時(shí)間差測(cè)量(塊34)。如果自動(dòng)關(guān)閉定時(shí)器大于10小時(shí)，則所述控制關(guān)閉(塊47)。如果該相位時(shí)間差小于或等于為所述設(shè)置建立的時(shí)間差極限(在判定塊37中)，則發(fā)生了預(yù)期之外的事件(例如導(dǎo)致過(guò)熱點(diǎn)的加熱線捆束)，并且所述控制進(jìn)入安全模式(塊43)。安全模式的設(shè)計(jì)是為了以較低功率操作加熱線，并且就可能的非正常情況向用戶提出警告。在這種情況下，LCD背光將會(huì)閃爍，以表示控制進(jìn)入了安全模式。
再次參照?qǐng)D2，LCD被發(fā)光二極管16照射，所述發(fā)光二極管被顯示驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)控制。再次參看圖6b的流程圖，安全模式序列中的下一步是把由已編程微處理器5配置的占空比定時(shí)器設(shè)置為零(塊44)，并且把加熱延遲30秒(塊45)，即一個(gè)周期。占空比接通時(shí)間被一個(gè)設(shè)置減少(塊46)。例如，如果所述設(shè)置在8上(即S8)并且為“接通”時(shí)間賦予了24秒，那么該新的“接通”時(shí)間將與設(shè)置7(即S7)相同或者說(shuō)是21秒，從而有效地降低了施加到加熱線的功率。該例程返回到相位差測(cè)量(塊34)，隨著顯示器閃爍和占空比減小，該控制序列繼續(xù)。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，加熱器電流的路線是在相反方向上通過(guò)導(dǎo)電芯，從而電磁場(chǎng)(EMF)被抵消。參看圖7的電路圖，三端雙向可控硅開關(guān)元件6通過(guò)首先連接到芯線的結(jié)點(diǎn)端來(lái)給加熱器供電。另外，利用另一個(gè)三端雙向可控硅開關(guān)元件48把芯線的自由端切換到加熱線。當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)元件48打開的時(shí)候，三端雙向可控硅開關(guān)元件48的柵極通過(guò)串聯(lián)連接的電容器C3和電阻器R3導(dǎo)出電流，所述電容器C3和電阻器R3與加熱器電阻器串聯(lián)。在過(guò)零處發(fā)生切換后，柵極電容器C3和柵極電阻器R3被短路，并且保持電流足以保持該三端雙向可控硅開關(guān)元件接通直到下一個(gè)過(guò)零，屆時(shí)該三端雙向可控硅開關(guān)元件再次接通。三端雙向可控硅開關(guān)元件48、電阻器R3和電容器C3充當(dāng)無(wú)源開關(guān)，并且隨著主電源控制三端雙向可控硅開關(guān)元件6而接通。這樣，不需要附加的或者單獨(dú)的控制信號(hào)來(lái)開關(guān)第二三端雙向可控硅開關(guān)元件48。因此，可以使用三導(dǎo)線控制索而不是四導(dǎo)線控制索。當(dāng)主電源控制三端雙向可控硅開關(guān)元件6未接通，導(dǎo)電芯通過(guò)相位設(shè)置電容器C1與中性側(cè)N隔離，并且通過(guò)相位設(shè)置電阻器R1和NTC層與高電壓L1隔離。相位測(cè)量只有在關(guān)斷模式期間才能進(jìn)行。因此，控制序列將周期性關(guān)斷以進(jìn)行測(cè)量。
在第三個(gè)實(shí)施例中，如圖10所示的加熱線，包括由具有高電阻溫度系數(shù)的合金(例如鎳合金)制成的加熱導(dǎo)體51，所述加熱導(dǎo)體51連接到單獨(dú)的相移電路，以便檢測(cè)加熱線的平均溫度。如圖8所示的控制電路包括三個(gè)過(guò)零檢測(cè)器電路以用來(lái)監(jiān)測(cè)加熱線的平均溫度和最熱溫度。參照?qǐng)D10，加熱導(dǎo)體51螺旋纏繞在低收縮聚酯纖維芯50的周圍。與第二實(shí)施例相同，NTC聚合物層52被壓制在內(nèi)部導(dǎo)體和所述芯之上，并且傳感器(拾取)線53反繞在NTC層之上。PVC套54被壓制在該雙繞組件之上以作為絕緣層。傳感器線53可以與加熱線具有相同的材料，或者可以是不同的合金，并且可以被處理成具有與NTC材料化學(xué)相容的接口。
參看圖10和圖8的電路圖，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。加熱線導(dǎo)體51優(yōu)選地由鎳合金制成，鎳合金隨著溫度的改變其電阻改變很大，并且被認(rèn)為是隨著溫度增加具有正電阻改變的PTC合金。具有95％鎳的合金的電阻系數(shù)是每攝氏度0.45％。加熱導(dǎo)體Rh(PTC)的一端在結(jié)點(diǎn)J2處與三端雙向可控硅開關(guān)元件6的電極連接，另一端與AC主電源的L1連接。PTC移相器由跨接三端雙向可控硅開關(guān)元件觸點(diǎn)的串聯(lián)連接的電容器C3和電阻器R5組成，從而當(dāng)該三端雙向可控硅開關(guān)元件打開時(shí)，與加熱導(dǎo)體電阻Rh成比例的相移在結(jié)點(diǎn)J2處形成。隨著加熱線Rh的溫度升高，電阻也增大，并且當(dāng)所述三端雙向可控硅開關(guān)元件打開時(shí)PTC相移也增大。在所述三端雙向可控硅開關(guān)元件的打開周期期間，J2處的相位通過(guò)第三過(guò)零電阻器49和檢測(cè)器電路被輸入到集成電路5。加熱導(dǎo)體Rh的電阻改變是線性的，這與NTC電阻的更大的非線性改變相反；它的改變比NTC電阻的改變小并且方向相反。
考慮到從20℃的室溫到100℃的加熱線高溫操作的加熱板，對(duì)于如上所述的合金，80℃的溫度改變導(dǎo)致加熱線電阻Rh增大36％。用于緩解肌肉酸痛的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的50瓦加熱板可以包括一個(gè)在室溫68(20℃)下具有287歐姆的電阻的加熱導(dǎo)體Rh以及具有0.47μF的相移器電容器C3和22歐姆的串聯(lián)電阻器R5，這個(gè)電路主要具有電阻性，并且在J2處展現(xiàn)出2.94°角的相移或者130微秒的時(shí)移。當(dāng)加熱板變熱并且加熱線升溫到212(100℃)，加熱線電阻增大36％或者390歐姆，從而引起3.93°角的相移或者181微秒的時(shí)移。在4兆赫時(shí)鐘下，時(shí)間分辨率是16微秒，PTC相移可以控制在176微秒關(guān)斷和160微秒接通處的高極限。由于時(shí)間基礎(chǔ)分辨率較短(僅僅16微秒)，因此精確的過(guò)零測(cè)量是必要的。在圖8所示的電路圖中，過(guò)零電路被示為電阻器49；然而，為了達(dá)到分辯16微秒間隔所需的精度，使用了更加精密的電路。圖9顯示了一個(gè)有源過(guò)零電路，其將移相器結(jié)點(diǎn)(例如J2)處的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為尖銳的方波，所述方波在很短的時(shí)間周期內(nèi)以很陡的角度穿過(guò)集成電路5的輸入端口的閾值。參看圖5，串聯(lián)連接的電阻器R3和二極管D1形成一個(gè)分壓器，以便偏置NPN晶體管T1。當(dāng)該晶體管接通時(shí)，晶體管T1的集電極實(shí)質(zhì)上被拉到地(即邏輯低)；當(dāng)T1打開時(shí)，R4將集電極和到集成電路5的輸入端口的輸入拉到大約+5伏(即邏輯高)，從而產(chǎn)生能被集成電路5精確檢測(cè)的方波。圖8所示的由電阻器11、12和49代表的每個(gè)過(guò)零電路都可以被圖9所示的電路代替。來(lái)自檢測(cè)器電阻器11的輸出信號(hào)在過(guò)零處設(shè)置60Hz AC的主電源時(shí)間基礎(chǔ)；來(lái)自檢測(cè)器電阻器12的過(guò)零在時(shí)間上測(cè)量相對(duì)于加熱板最熱點(diǎn)的來(lái)自NTC移相器的過(guò)零；來(lái)自檢測(cè)器電阻器49的過(guò)零在時(shí)間上測(cè)量來(lái)自PTC加熱元件上的移相器的過(guò)零，以便確定平均溫度并且提供穩(wěn)定的高溫極限。
圖11所示是所述控制電路的一種優(yōu)選形式，其特別與前面參照?qǐng)D10描述的加熱線一起使用，所述控制電路和加熱線當(dāng)中的每一個(gè)都是根據(jù)本發(fā)明形成的。部件編號(hào)和組件值被提供在圖中示出的每個(gè)組件的旁邊，圖11所示的電路與圖2、7和8所示的電路之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是很明顯的。微處理器(微控制器)對(duì)應(yīng)于前面圖中的集成電路5，并且優(yōu)選地是前述的部件No.MDT2010ES。前面示出的顯示驅(qū)動(dòng)電路(IC)被配置為已編程微處理器(微控制器)的一部分。前面所示的LCD在圖11中對(duì)應(yīng)于一系列發(fā)光裝置LD1-LD5。過(guò)零檢測(cè)器電路優(yōu)選地利用圖9所示的電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且在圖11中被顯示為包括NPN晶體管Q2-Q4及其相關(guān)分立組件的電路。一個(gè)4MHz晶體振蕩器被用作該微處理器(微控制器)的外部振蕩器。
用于對(duì)所述微處理器(微控制器)進(jìn)行編程的優(yōu)選的源代碼在附錄中提供，并且被合并在此以作為本發(fā)明公開的一部分，其中該微處理器優(yōu)選地是前述的部件No.MDT2010ES。
可以設(shè)想，在本公開中描述的元件的其它組合也是可能的，并且落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在第一實(shí)施例中被描述為絕緣體并且在第二、第三實(shí)施例中具有NTC特性的內(nèi)導(dǎo)電聚合物層也可以由具有PTC特性的熱敏導(dǎo)電混合物制成。已經(jīng)證明，相移可以被測(cè)量出具有增加或減小特性，并且在第三實(shí)施例的情況中可以具有增加的和減小的信號(hào)以及線性的和非線性的特征。
在這里結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，以便提供對(duì)本發(fā)明的理解?？梢园ㄐ薷暮驮鰪?qiáng)的其他配置和實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，并且被認(rèn)為落在本發(fā)明的范圍或精神之內(nèi)。
附錄用于微控制器部件No.MDT2010ES的源代碼中的操作程序;***** 文件變量定義*********RS00 EQU 00HRS01 EQU 01HRS02 EQU 02HRS03 EQU 03HRS04 EQU 04HRS05 EQU 05HRS06 EQU 06HRS07 EQU 07HRS08 EQU 08HRS09 EQU 09HRS0A EQU 0AHRS0B EQU 0BHRS0C EQU 0CHRS0D EQU 0DHRS0E EQU 0EHRS0F EQU 0FHRS10 EQU 10HRS11 EQU 11HRS12 EQU 12HRS13 EQU 13HRS14 EQU 14HRS15 EQU 15H;***** I/O變量定義 *********PAB1 EQU 016HPAB2 EQU 00FHPAB3 EQU 036HPAB4 EQU 056H;***** 數(shù)據(jù)變量定義*********CON_3 EQU 3CHCON_4 EQU 78HCON_6 EQU 0FAHVAL_1 EQU 40HVAL_2 EQU 02HVAL_3 EQU 01HVAL_4 EQU 1EHVAL_5 EQU0FAHV1 EQU 08HV2 EQU 0FHV3 EQU 26HV4 EQU 77HW1 EQU 10HW2 EQU 11HN1 EQU 32HN_L_L EQU0C8HN_T_L EQU0BEHN_L_2 EQU0BEHN_T_2 EQU0ACHN_L_3 EQU0AAH
N_T_3 EQU94HN_L_H EQU92HN_T_H EQU7AHR1 EQU0AHR2 EQU05HR3 EQU01HR4 EQU02HR5 EQU04HR6 EQU02H;***** 比特變量定義*********A1 EQU00HA2 EQU01HA3 EQU02HA4 EQU03HA5 EQU04HA6 EQU05HA7 EQU06HA8 EQU07HA9 EQU00HAA EQU01HB1 EQU00HB2 EQU01HB3 EQU02HB4 EQU03HB5 EQU04HB6 EQU05HB7 EQU06HB8 EQU07HC1 EQU00HC2 EQU01HC3 EQU02HD1 EQU00HD2 EQU01HD1 EQU02H;************** RSOC比特 *****************PA2EQU07HPA1EQU06HPA0EQU05HNOT_TO EQU04HNOT_PD EQU03HZ EQU02HDC EQU01HC EQU00H;**************** 選項(xiàng)比特 **********************NOT_RBPU EQU07HINTEDG EQU06HTOCS EQU05HTOSE EQU04HPSAEQU03HPS2EQU02HPS1EQU01HPS0EQU00H;**********************************************************************
ORG3FFHGOTO S1 ORG00HGOTOS1RST_UNIT；MOVLW 001HMOVWF RS09MOVLW 000HMOVWF RS0ARST_REGCLRFRS03CLRF RS02CLRF RS01CLRFRS14CLRFRS12CLRFRS15CLRFRS11RETLW 00H;************************* 延遲1子例程******************************DELAY_1MOVLW VAL_4MOVWF RS08DLY_2DECFSZ RS08，1GOTO DLY_2DECFSZ RS07，1GOTO DELAY_1RETLW 00H;************************* 延遲2子例程******************************DELAY_2MOVLW VAL_1MOVWF RS08DLY_1DECFSZRS08，1GOTO DLY_1DECFSZRS07，1GOTO DELAY_2RETLW 00H;*************************** CM子例程 ******************************CMCLRF RS0ECLRF RS00CLRF RS06CLRF RS05CLRF RS04CLRF RS10CNMOVLW CON_6
SUBWF RS0E，0BTFSS RS0C，CRETLW 00HMOVLW CON 6SUBWF RS0E，1INCFRS00，1MOVLW CON 6SUBWF RS00，0BTFSS RS0C，CRETLW 00HMOVLW CON_6SUBWF RS00，1INCFRS06，1RETLW 00HTMNMOVLW CON_4SUBWF RS00，0BTFSS RS0C，CRETLW 00HMOVLW CON_4SUBWF RS00，1INCFRS06，1CLRFRS15MOVLW CON_3SUBWF RS06，0BTFSS RS0C，CRETLW 00HMOVLW CON_3SUBWF RS06，1INCFRS05，1INCFRS10，1MOVLW CON_3SUBWF RS05，0BTFSS RS0C，CRETLW 00HMOVLW CON_3SUBWF RS05，1INCFRS04，1RETLW 00H;********************* 激活 ****************************ACT1INCF RS00，1CALL TMNBTFSC RS02，B2GOTO N_LNTOBSFRS09，H5MOVLW VAL_3MOVWF RS07CALL DELAY_1
BCF RS09，H5INCF RS11，1MOVF RS11，0XORLW 03HBTFSC RS0C，ZGOTO STOMOVLW VAL_3MOVWF RS07CALL DELAY_1GOTO NTOSTOCLRF RS11SN_HBTFSC RS09，A3RETLW 00HBTFSS RS09，A5GOTO N_ERETLW 00HN_LBTFSS RS09，A3RETLW 00HMOVLW VAL_2MOVWF RS07CALL DELAY_2BTFSS RS0A，A9GOTO N_ERETLW 00H;************************* PROW子例程 ******************************N_EINCF RS15，1MOVF RS15，0XORLW R6BTFSS RS0C，ZRETLW 00HBSF RS02，B8RETLW 00H;***************** D子例程****************F_DCALL CNMOVLW R4SUBWF RS06，0BTFSS RS0C，CRETLW 00HBTFSS RS02，B4GOTO D_DBCF RS02，B4CLRF RS06
RETLW 00HD_DBSF RS02，B4CLRF RS06RETLW 00H;*********************************** 開始 *****************************S1MOVLW PAB1TRIS RS09MOVLW PAB2TRIS RS0ACLRF RS13CALL RST_UNITCALL CMCT1BTFSC RS09，A3GOTO CT1CT2BTFSS RS09，A3GOTO CT4CT3BTFSC RS09，A3GOTO CT3CT4BTFSS RS09，A3GOTO CT1MOVLW VAL_2MOVWF RS07CALL DELAY_2BTFSS RS0A，A9GOTO FA3CT5CALL CMCT6BTFSS RS0A，AAGOTO CT8CALL CNMOVLW R3SUBWF RS06，0BTFSC RS0C，CGOTO CT7BTFSS RS0A，AAGOTOCT8GOTO CT6CT7BSF RS02，B5CT8
BTFSS RS0A，AAGOTO CT8MOVLW VAL_5MOVWF RS07CALL DELAY_2BTFSS RS0A，AAGOTOCT8CT9BCF RS09，A4INCF RS03，1;***************** 電平 ********************S_L1MOVF RS03，0XORLW 01HBTFSC RS0C，ZGOTO S_L3MOVF RS03，0XORLW 02HBTFSC RS0C，ZGOTO S_L4MOVF RS03，0XORLW 03HBTFSC RS0C，ZGOTO S_L5MOVF RS03，0XORLW 04HBTFSC RS0C，ZGOTO S_L6CALL RST_UNITS_L2BTFSC RS0A，AAGOTO S_L2GOTO CT8S_L3MOVLW PAB3TRIS RS09BCF RS09，A8BSF RS09，A7CLRF RS14BSF RS14，D2GOTO S_L7S_L4MOVLW PAB3TRIS RS09BSF RS09，A8BCF RS09，A7CLRF RS14BSF RS14，D1GOTO S_L7
S_L5MOVLW PAB4TRIS RS09BSF RS09，A8BCF RS09，A6CLRF RS14BSF RS14，D1GOTO S_L7S_L6MOVLW PAB4TRIS RS09BCF RS09，A8BSF RS09，A6CLRF RS14GOTO S_L7S_L7CLRF RS12BSF RS02，B8BSF RS02，B8BTFSS RS02，B5GOTO DT1BSF RS02，B3;****************** 模式子例程 **********************H1BTFSC RS02，B3GOTO H2BTFSCRS02，B3GOTO H2CALL CMBSF RS02，B3H2INCF RS12，1MOVF RS12，0XORLW 3CHBTFSS RS0C，ZGOTO H3CLRF RS12BCF RS02，B8H3BTFSC RS09，A3GOTO H3H4CLRF RS0EBTFSC RS02，B8GOTO H6INCF RS00，1CALL TMNH5
BTFSS RS09，A3GOTO H5INCF RS00，1CALL TMNH6BTFSC RS09，A3GOTO A5CLRF RS0EBSF RS0C，PA0CALL DP1BCF RS0C，PA0BSF RS02，B8BTFSS RS01，C1GOTO H6BTFSC RS01，C4GOTO H5BSF RS01，C4GOTO H6H7BCF RS01，C3BCF RS01，C4H8CALL ACT1BTFSC RS02，B8GOTO FA1H9BTFSS RS09，A3GOTO H6CALL ACT1BTFSC RS02，B8GOTO FA1HABTFSS RS02，B3GOTO WT1HBBTFSS RS02，B5GOTO H9MOVLW R2SUBWF RS06，0BTFSS RS0C，CGOTO WT7GOTO HAHCMOVLW R1SUBWF RS04，0BTFSS RS0C，C
GOTO WT7HDCLRF RS13CALL RST_UNITCALL CMHEBTFSS RS0A，AAGOTO HCBCF RS09，A4GOTOCT8HFCALL F_DBTFSC RS02，B4GOTO H10BCF RS09，A4GOTO HBH10BSF RS09，A4GOTO HB;********************* 超時(shí) ***************************WT1BTFSS RS14，D2GOTO WT2MOVLW V3GOTO WT6WT2BTFSS RS14，D1GOTO WT3MOVLW V4GOTO WT6WT3BTFSS RS14，D1GOTO WT4MOVLW V2GOTO WT6WT4MOVLW V1GOTO WT6WT5SUBWF RS10，0BTFSS RS0C，CGOTO WT7WT6CLRF RS12BSF RS02，B8BSF RS02，B3
BCF RS02，B3GOTO WT7WT7BTFSC RS0A，AAGOTO WT8BCF RS02，B8GOTO H2WT8BTFSC RS02，B8GOTO H2BTFSS RS0A，AAGOTO H2GOTOCT8;******************* 故障模式 ***********************FA1INCF RS13，1MOVF RS13，0XORLW R5BTFSC RS0C，ZGOTO FA3CALL RST_UNITFA2BTFSC RS0A，AAGOTO FA2GOTO CT8FA3CALL CMMOVLW PAB4TRIS RS09FA4CALL F_DBTFSC RS02，B4GOTO FA5BCF RS09，A8BSF RS09，A6GOTO FA4FA5BCF RS09，A8BCF RS09，A6GOTO FA4;*************** 檢測(cè)測(cè)試 *************DT1BTFSC RS09，A3GOTO DT1DT2BTFSS RS09，A3
GOTO DT2MOVLW VAL_2MOVWF RS07CALL DELAY_2BTFSS RS0A，A9GOTO DT5DT3BTFSC RS09，A3GOTO DT3CLRF RS0EDT4BTFSC RS09，A3GOTO DT5BTFSC RS09，A2GOTO DT4MOVLW N1SUBWF RS0E，0BTFSC RS0C，CGOTO H1DT5BSF RS02，B8GOTO FA1NOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOP
NOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOP
NOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPDP1BTFSC RS02，B1
GOTO DP8DP2BTFSS RS09，A3GOTO DP3BTFSC RS01，C3BSF RS02，B8BSF RS01，C3RETLW 00HDP3BTFSC RS09，A2GOTO DP2BTFSS RS02，B3GOTO DPEBTFSC RS01，C2GOTO DPEBTFSC RS02，B1GOTO DP9DP4 BTFSS RS14，D2GOTO DP5MOVLW N_T_LGOTO DP8DP5BTFSS RS14，D1GOTO DP6MOVLW N_T_2GOTO DP8DP6BTFSS RS14，D1GOTO DP7MOVLW N_T_3GOTO DP8DP7MOVLW N_T_HDP8SUBWF RS0E，0BTFSC RS0C，CGOTO DPEBSF RS02，B1GOTO DPEDP9BTFSS RS14，D2GOTO DPAMOVLW N_L_L
GOTO DPDDPABTFSS RS14，D1GOTO DPBMOVLW N_L_2GOTO DPDDPBBTFSS RS14，D1GOTO DPCMOVLW N_L_3GOTO DPDDPCMOVLW N_L_HDPDSUBWF RS0E，0BTFSS RS0C，CGOTO DPEBCF RS02，B1GOTO DPEDPEMOVLW N1SUBWF RS0E，0BTFSC RS0C，CRETLW 00HBSF RS02，B8RETLW 00HEND
權(quán)利要求
1.一種組合，包括加熱線，其包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體；傳感導(dǎo)體；插入在該加熱導(dǎo)體和該傳感導(dǎo)體之間的聚合物層；以及覆蓋該加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，以及用于控制施加到該加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路，該控制電路包括電容器，其可以與該AC功率信號(hào)的一個(gè)極性相耦合；電阻器，其與該電容器串聯(lián)連接并且與該AC功率信號(hào)的相反極性連接，該電阻器與該電容器相連接以便在該處限定一個(gè)結(jié)點(diǎn)，該傳感導(dǎo)體的一端與該電阻器和該電容器的該結(jié)點(diǎn)相耦合，當(dāng)功率被施加到該加熱線和控制電路時(shí)，該結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出一個(gè)經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)；第一過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；第二過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)展現(xiàn)在所述電阻器和電容器的所述結(jié)點(diǎn)處的所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)的時(shí)間差確定器電路，其確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差并且作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)的開關(guān)，其作為響應(yīng)控制被提供給該加熱線的所述AC功率信號(hào)的占空比。
2.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述加熱線的聚合物層包括具有低于約155攝氏度的熔化溫度的聚乙烯。
3.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)。
4.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有正電阻溫度系數(shù)(PTC)。
5.一種組合，包括加熱線，其包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體；傳感導(dǎo)體；插入在該加熱導(dǎo)體和該傳感導(dǎo)體之間的聚合物層；以及覆蓋該加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，以及用于控制施加到該加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路，該控制電路包括第一電容器，其可以與AC功率信號(hào)的一個(gè)極性相耦合；第一電阻器，其與第一電容器串聯(lián)連接并且連接到該AC功率信號(hào)的相反極性，第一電阻器與第一電容器連接以便在該處限定第一結(jié)點(diǎn)，所述傳感導(dǎo)體的一端與第一電阻器和第一電容器的第一結(jié)點(diǎn)相耦合，當(dāng)功率被施加到所述加熱線和控制電路時(shí)，所述第一結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出第一相移AC功率信號(hào)；第一過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；第二過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)在第一電阻器和第一電容器的第一結(jié)點(diǎn)處展現(xiàn)出的第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；第二電容器；第二電阻器，其與第二電容器串聯(lián)以便限定與之的串聯(lián)連接，所述串聯(lián)連接具有第一端和相對(duì)的第二端，第二電容器和第二電阻器的該串聯(lián)連接的第一端可以和所述AC功率信號(hào)的所述一個(gè)極性相耦合，第二電容器和第二電阻器的該串聯(lián)連接的第二端可以和所述加熱線的加熱導(dǎo)體相耦合并且在該處限定第二結(jié)點(diǎn)，當(dāng)功率被施加到所述加熱線和控制信號(hào)時(shí)，所述第二結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出第二相移AC功率信號(hào)；第三過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)在第二電容器和第二電阻器的所述串聯(lián)連接的第二結(jié)點(diǎn)處展現(xiàn)出的第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第三過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)的時(shí)間差確定器電路，其確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，該時(shí)間差確定器電路進(jìn)一步響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第三過(guò)零信號(hào)并且進(jìn)一步確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，該時(shí)間差確定器電路作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)的開關(guān)，其作為響應(yīng)控制被提供給所述加熱線的所述AC功率信號(hào)的占空比。
6.如權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述加熱線的聚合物層包括具有低于約155攝氏度的熔化溫度的聚乙烯。
7.如權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)。
8.如權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有正電阻溫度系數(shù)(PTC)。
9.如權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述時(shí)間差確定器電路包括微處理器，其確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差以便關(guān)于加熱線的最熱部分確定加熱線的溫度。
10.如權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述時(shí)間差確定器電路包括微處理器，其確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差以便確定加熱線的平均溫度。
11.一種監(jiān)測(cè)并控制加熱線的方法，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，所述方法包括以下步驟為該加熱線提供AC(交流電)功率信號(hào)；響應(yīng)于該加熱線的聚合物層的電阻改變對(duì)該AC功率信號(hào)進(jìn)行相移，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)；檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；檢測(cè)所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)來(lái)控制被提供給該加熱線的所述AC功率信號(hào)的占空比。
12.一種監(jiān)測(cè)并控制加熱線的方法，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，所述方法包括以下步驟為該加熱線提供AC(交流電)功率信號(hào)；響應(yīng)于該加熱線的聚合物層的電阻改變對(duì)該AC功率信號(hào)進(jìn)行相移，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一相移AC功率信號(hào)；響應(yīng)于該加熱線的加熱導(dǎo)體的電阻改變對(duì)該AC功率信號(hào)進(jìn)行相移，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二相移AC功率信號(hào)；檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；檢測(cè)所述第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；檢測(cè)所述第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第三過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第三過(guò)零信號(hào)確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)來(lái)控制被提供給該加熱線的所述AC功率信號(hào)的占空比。
13.一種監(jiān)測(cè)并控制加熱線的方法，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，所述方法包括以下步驟為該加熱線提供AC(交流電)功率信號(hào)；在到該加熱線的傳感導(dǎo)體的連接處產(chǎn)生經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)；檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；檢測(cè)所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差是否近似為零，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)限制被提供給該加熱線的所述AC功率信號(hào)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層包括具有低于約155攝氏度的熔化溫度的聚乙烯。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層包括具有低于約155攝氏度的熔化溫度的聚乙烯。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層包括具有低于約155攝氏度的熔化溫度的聚乙烯。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有正電阻溫度系數(shù)(PTC)。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有正電阻溫度系數(shù)(PTC)。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述加熱線的聚合物層是半導(dǎo)電的并且具有正電阻溫度系數(shù)(PTC)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述加熱導(dǎo)體具有正電阻溫度系數(shù)(PTC)。
24.一種用于控制施加到加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，所述控制電路包括與該加熱線的傳感導(dǎo)體相耦合并且產(chǎn)生經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)的相移電路；第一過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；第二過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)的時(shí)間差確定器電路，其確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)的開關(guān)，其控制被提供給該加熱線的所述AC功率信號(hào)的占空比。
25.一種用于控制施加到加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，所述控制電路包括與該加熱線的傳感導(dǎo)體相耦合并且產(chǎn)生第一相移AC功率信號(hào)的第一相移電路；與該加熱線的加熱導(dǎo)體相耦合并且產(chǎn)生第二相移AC功率信號(hào)的第二相移電路；第一過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；第二過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；第三過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第三過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)的時(shí)間差確定器電路，其確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第一相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，該時(shí)間差確定器電路進(jìn)一步響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第三過(guò)零信號(hào)并且進(jìn)一步確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述第二相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差，該時(shí)間差確定器電路作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)的開關(guān)，其作為響應(yīng)控制被提供給所述加熱線的所述AC功率信號(hào)的占空比。
26.一種用于控制施加到加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路，所述加熱線包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體、傳感導(dǎo)體、插在加熱導(dǎo)體和傳感導(dǎo)體之間的聚合物層以及覆蓋加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，所述控制電路包括與該加熱線的傳感導(dǎo)體相耦合并且產(chǎn)生經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)的相移電路；第一過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；第二過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)的時(shí)間差確定器電路，其確定所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差是否近似為零，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)的開關(guān)，其作為響應(yīng)限制被提供給該加熱線的所述AC功率信號(hào)。
27.一種組合，包括加熱線，其包括具有預(yù)定電阻的加熱導(dǎo)體；傳感導(dǎo)體；插入在該加熱導(dǎo)體和該傳感導(dǎo)體之間的聚合物層；以及覆蓋該加熱導(dǎo)體、聚合物層和傳感導(dǎo)體的外絕緣層，以及用于控制施加到該加熱線的AC(交流電)功率信號(hào)的控制電路，該控制電路包括電容器，其可以與該AC功率信號(hào)的一個(gè)極性相耦合；電阻器，其與該電容器串聯(lián)連接并且與該AC功率信號(hào)的相反極性連接，該電阻器與該電容器相連接以便在該處限定一個(gè)結(jié)點(diǎn)，該傳感導(dǎo)體的一端與該電阻器和該電容器的該結(jié)點(diǎn)相耦合，當(dāng)功率被施加到該加熱線和控制電路時(shí)，該結(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出一個(gè)經(jīng)過(guò)相移的AC功率信號(hào)；第一過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)所述AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第一過(guò)零信號(hào)；第二過(guò)零檢測(cè)器，其檢測(cè)展現(xiàn)在所述電阻器和電容器的所述結(jié)點(diǎn)處的所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零并且作為響應(yīng)產(chǎn)生第二過(guò)零信號(hào)；響應(yīng)于第一過(guò)零信號(hào)和第二過(guò)零信號(hào)的時(shí)間差確定器電路，其確定在所述AC功率信號(hào)的過(guò)零和所述相移AC功率信號(hào)的過(guò)零之間的時(shí)間差是否近似為零，并且作為響應(yīng)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及響應(yīng)于該控制信號(hào)的開關(guān)，其作為響應(yīng)限制被提供給該加熱線的所述AC功率信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的控制裝置和方法，其可用于柔軟的加熱線，所述加熱線包括具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)層的導(dǎo)電芯和螺旋纏繞在絕緣外套之內(nèi)的加熱導(dǎo)體。所述導(dǎo)電芯與控制電路相耦合，相對(duì)于AC電源的相移指示加熱線的溫度。所述NTC層的非線性特性增強(qiáng)了沿著加熱線長(zhǎng)度的任何地方的局部過(guò)熱點(diǎn)的檢測(cè)。通過(guò)測(cè)量在兩個(gè)過(guò)零之間的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)精確的溫度測(cè)量，并且到加熱器的功率補(bǔ)償加熱線的非正常使用(比如捆束)。這種加熱線控制特別適用于諸如加熱板和電熱毯之類的電器。
文檔編號(hào)B23K13/08GK101035644SQ200580016928
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者J·W·韋斯 申請(qǐng)人:韋斯控制裝置公司