带有用于超温保护的光学传感器的加热器制造技术

带有用于超温保护的光学传感器的加热器。加热器包括加热元件和包括耦合器和光学传感器的传感器组件。从加热元件发出的波长直接穿过耦合器到达光学传感器。光学传感器提供用于限制加热元件功率的超温反馈信号，以避免加热元件的超温状态。

Heater with optical sensor for over temperature protection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有用于超温保护的光学传感器的加热器
本专利技术涉及加热器，更具体地说，涉及包括超温保护的加热器。
技术介绍
加热器被广泛用于工业、商业和消费领域。加热器通常包括一个或多个加热元件，在应用中，该加热元件由电源供电以散发热量。
技术实现思路
与加热器相关的一个挑战涉及将加热器的输入能量保持在会导致超温状态的水平以下。例如，来自电源的线电压的变化会导致加热器超温。超温情况可能会导致加热元件永久损坏。避免加热器中的超温情况的先前尝试包括使用热电偶来监视加热元件。热电偶位于加热元件附近，并提供表示加热元件温度的反馈。控制器可以响应于来自热电偶的反馈来调节对加热器的驱动功率，以维持期望的温度和/或避免超温情况。不幸的是，热电偶可能需要系统中的最小气流才能可靠运行。如果流经热电偶的气流低于最低水平，则热电偶可能无法足够迅速地检测到加热元件中的温度升高，从而无法防止超温的情况并损坏加热元件。即使在有足够的空气流量供热电偶使用的系统中，热电偶和/或控制器的响应时间在某些系统中也可能不够快，无法防止出现超温情况。为了避免加热器中的超温情况，还尝试使用红外传感器。在已知的配置中，红外传感器被定位成间接感测从加热器发出并沿着设置有加热器的玻璃管透射的光。但是，再次，红外传感器可能没有足够快地感测加热元件中的温度升高以防止超温情况。在一个实施例中，提供了一种系统。该系统包括：加热元件。传感器组件，该传感器组件包括：耦合器，其具有被配置为直接从加热元件接收加热元件波长的观察口；以及光学传感器，其被配置为通过耦合器的观察口直接接收加热元件波长。被配置为响应于加热元件波长而提供超温反馈信号，该超温反馈信号表示加热元件的温度；加热器控制单元被配置为将加热元件驱动至期望温度，加热器控制单元还被配置为响应于超温反馈信号来限制输送到加热元件的功率。在相关的实施例中，观察口可以具有与由加热元件的外部尺寸限定的区域相交的中心轴线。在另一个相关的实施例中，加热元件可以设置在其中具有开口的壳体中，并且耦合器可以耦合至壳体以通过该开口接收加热元件的波长。在又一个相关实施例中，该系统可以进一步包括：温度传感器，其被配置为向加热器控制单元提供温度反馈信号；加热器控制单元，其被配置为响应于温度反馈信号将加热元件驱动至期望温度。在又一个相关实施例中，光学传感器可以是红外(IR)传感器。在又一个相关实施例中，加热器控制单元可包括功率控制单元和功率限制器，该功率控制单元配置成提供控制信号以将加热元件驱动到期望温度，并且功率限制器配置成通过响应于超温反馈信号来限制控制信号，而限制输送到加热元件的功率。在另一个相关实施例中，加热器控制单元还可包括开关，该开关被配置为响应于来自功率控制单元的控制信号而将功率从电源切换到加热元件。在另一个进一步的相关实施例中，该系统可以进一步包括温度传感器，该温度传感器被配置为向功率控制单元提供温度反馈信号，该功率控制单元被配置为响应于温度反馈信号来提供控制信号。在又一个相关实施例中，耦合器可以通过支架耦合到光学传感器。在另一相关实施例中，可以在耦合器和光学传感器之间设置空气间隙。在又一个相关实施例中，该系统可以进一步包括耦合至光学传感器以向传感器提供冷却剂的冷却剂软管。在另一个实施例中，提供了一种系统。该系统包括：布置在壳体中的加热元件，该壳体中具有开口；传感器组件，包括：耦合器，其耦合到所述壳体并且具有观察口，所述观察口被配置为通过所述壳体中的所述开口直接从所述加热元件接收加热元件的波长，所述观察口的中心轴线与由加热元件的外部尺寸限定的区域相交；光学传感器，被配置为直接通过耦合器的观察口接收加热元件的波长，该光学传感器被配置为响应于加热元件的波长而提供超温反馈信号，该超温反馈信号表示加热元件的温度；温度传感器，被配置为提供温度反馈信号；加热器控制单元，其被配置为响应于温度反馈信号将加热元件驱动至期望的温度，加热器控制单元还被配置成响应于超温反馈信号来限制传递到加热元件的功率。在相关实施例中，加热器控制单元可以包括功率控制单元和功率限制器，该功率控制单元被配置为提供控制信号以将加热元件驱动至期望温度，并且该功率限制器被配置为通过响应于超温反馈信号限制控制信号，而限制输送至加热元件的功率。在另一个相关实施例中，加热器控制单元还可包括开关，该开关被配置为响应于来自功率控制单元的控制信号而将功率从电源切换到加热元件。在另一个实施例中，提供了一种保护加热元件免受超温情况影响的方法。该方法包括：将功率从电源输送到加热元件，以达到加热元件的期望温度；直接从加热元件接收波长；感测波长以提供表示加热元件的实际温度的温度反馈信号；当加热元件的实际温度超过预定的超温阈值时，响应于温度反馈信号限制从电源到加热元件的功率。在相关实施例中，该方法可以进一步包括感测加热元件的温度以提供温度反馈信号，其中响应于温度反馈信号从电源供应电力。附图说明如在附图中所示，根据本文公开的特定实施例的以下描述，本文公开的前述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中，在所有不同的视图中，相似的附图标记指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在图示本文公开的原理上。图1A示意性地示出了根据本文公开的实施例的加热器系统。图1B是图1A所示的加热器系统的一部分的剖视图，示出了加热器元件和光学传感器组件。图2是根据本文公开的实施例的光学传感器组件的实施例的侧视图。图3是根据本文公开的实施例的系统的框图。具体实施方式通常，根据整个公开的实施例的加热器包括加热元件和传感器组件，该传感器组件包括耦合器和光学传感器。从加热元件发出的光直接穿过耦合器到达光学传感器。光学传感器提供超温反馈信号，用于当超温反馈信号超过预定阈值时限制对加热元件的功率。通过这种配置，光学传感器的响应时间足够快，以避免出现超温情况。此配置还允许系统在接近(但不能超过)会导致超温情况的温度下运行。图1示意性地示出了加热器系统100的实施例，该加热器系统100包括加热器102、电源104、加热器控制单元106以及包括耦合器110和光学传感器112的传感器组件108。加热器102包括例如导电加热元件114，导电加热元件114包裹在芯体116周围，例如呈蛇形图案。芯体116可以是陶瓷管或其他构造，其配置成在应用中承受由加热元件114产生的热量。加热元件114设置在壳体118中，该壳体118适合于应用，并且在一些实施例中，加热元件114还可以被布置在管120中，例如透明的石英管状套筒。为了简化和便于说明，在图1中示出了加热器系统100，仅包括单个加热元件114。然而，应理解，根据本申请，与本公开一致的系统可包括任何数量的加热元件。电源104可以是并且在一些实施例中可以是能够根据需要提供电压和电流输出以为给定加热器元件114供电的任何电源，例如在0V至1000V以及更高的范围内，并且可以在一些实施例中将线电流提供给加热器控制单元106。加热元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n加热元件；/n传感器组件，所述传感器组件包括：/n耦合器，其具有被配置为直接从加热元件接收加热元件波长的观察口；以及/n光学传感器，其被配置为通过所述耦合器的观察口直接接收所述加热元件波长，所述光学传感器被配置为响应于所述加热元件波长而提供超温反馈信号，所述超温反馈信号表示所述加热元件的温度；以及/n加热器控制单元，其被配置为将所述加热元件驱动至期望的温度，所述加热器控制单元还被配置为响应于所述超温反馈信号来限制输送至所述加热元件的功率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170428 US 15/582,2741.一种系统，包括：
加热元件；
传感器组件，所述传感器组件包括：
耦合器，其具有被配置为直接从加热元件接收加热元件波长的观察口；以及
光学传感器，其被配置为通过所述耦合器的观察口直接接收所述加热元件波长，所述光学传感器被配置为响应于所述加热元件波长而提供超温反馈信号，所述超温反馈信号表示所述加热元件的温度；以及
加热器控制单元，其被配置为将所述加热元件驱动至期望的温度，所述加热器控制单元还被配置为响应于所述超温反馈信号来限制输送至所述加热元件的功率。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述观察口具有与由所述加热元件的外部尺寸限定的区域相交的中心轴线。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热元件被设置在其中具有开口的壳体中，并且其中所述耦合器耦合至所述壳体以通过所述开口接收所述加热元件波长。


4.根据权利要求1所述的系统，还包括：
温度传感器，被配置为向加热器控制单元提供温度反馈信号，所述加热器控制单元被配置为响应于所述温度反馈信号将所述加热元件驱动至所述期望温度。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学传感器是红外传感器。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热器控制单元包括功率控制单元和功率限制器，所述功率控制单元被配置为提供控制信号以将所述加热元件驱动至所述期望温度，并且所述功率限制器被配置为通过响应于超温反馈信号限制控制信号，限制输送至所述加热加热元件的功率。


7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述加热器控制单元还包括开关，所述开关被配置为响应于来自所述功率控制单元的控制信号而将功率从电源切换到所述加热元件。


8.根据权利要求6所述的系统，还包括：
温度传感器，被配置为向所述功率控制单元提供温度反馈信号，所述功率控制单元被配置为响应于所述温度反馈信号而提供所述控制信号。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦合器通过支架耦合至所述光学传感器。

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·B·阿罗尔德，罗纳德·T·里滕豪斯，安·M·莉比，
申请(专利权)人：图特科有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US