一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置，属于电子烟温度检测技术领域。热电偶安装在电子烟具壳体上部腔体的底端，热电偶的热电偶热端引出线通过导线连接到双金属温控变阻器电阻输入端，热电偶冷端引出线通过热电偶冷端补偿导线与双金属温控变阻器内的金属丝接触，双金属温控变阻器的电阻输入端同时连接控制器的IN端，双金属温控变阻器的电阻输出端同时连接控制器的OUT端。双金属温控变阻器安装在电子烟具壳体下部腔体的底部。本发明专利技术将双金属丝制成立式或平面螺旋状，通过双金属丝与热电偶冷端进行热传递，双金属受热产生形变带动变阻器滑片转动，进而改变变阻器阻值，对热电偶冷端温度升高造成的影响进行补偿。偿。偿。

【技术实现步骤摘要】
一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置


[0001]本专利技术涉及一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置，属于电子烟温度检测


技术介绍

[0002]电子烟在使用过程中需要快速给烟弹进行加热且温度恒定到350℃以上，使烟液迅速雾化。由于烟弹加热片的温度控制会对电子烟烟弹雾化情况产生影响，进而影响电子烟的抽吸感受，所以要对电子烟稳定实时测温及进一步控温。由于电子烟具有体积小、重量轻、便携，低功耗的特点，对电子烟烟弹加热片进行测温，常规测温元件不再适用，如热电阻具有反应慢，热敏传感器测温稳定性差等缺点。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置，用于解决电子烟采用热电偶测温时热电偶冷端温度不为0℃，且波动变化，导致热电偶测温存在误差的问题。
[0004]热电偶测温具有结构简单，体积小，动态性能好，精确度较高，测温范围宽，温度信号便于传递与处理的特点，所以本装置电子烟采用热电偶进行测温。
[0005]本装置基于热电偶测温，热电偶测温原理为两种不同金属导体形成闭合回路，利用其在不同温度中产生的塞贝克效应进行测温，导体两端产生的温差越大，产生的热电势也越大。热电势由接触电势和温差电势组成。接触电势是两种性质不同的导体相接触时，电子由密度大的导体向密度小的扩散，达到动态平衡时产生的电动势。温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的电动势。
[0006]导体AB冷端温度为t，热端温度为t0，导体AB两端会产生热电势E
AB
(t，t0)，同一导体产生的温差电势为e
A
(t，t0)、e
B
(t，t0)，公式如下：
[0007][0008]不同导体产生的接触电势：e
AB
(t)、e
AB
(t0),公式如下：
[0009][0010]e为单位电荷，K为玻尔兹曼常数,δA和δB分别为导体A和B的汤姆逊系数，N
A
、N
B
—分别为导体A、B在接点温度为T时的电子密度，T为两导体接触处的热力学温度。
[0011]热电偶测温的热电势为接触电势和温差电势之和，
[0012][0013]据上式可知，热电偶金属材料一定时，热电偶的热电势E
AB
(t，t0)为温度t和t0的关于函数f
AB
(T，0)差值。当导体一端温度t0一定时，f
AB
(t
0,
0)为一固定常数C，E
AB
(t，t0)＝f
AB
(t,0)
‑
C，当C＝0时，热电偶的热电势只与热端温度t有关。
[0014]为使热电偶的热电势只与热端温度有关，需要让热电偶冷端为0℃，冷端温度改变会导致测温存在误差。在实际电子烟测温时，存在以下几因数会影响冷端温度：电子烟未使用时，热电偶的冷端受到环境温度的影响，初始温度一般与环境温度一致，并不为0℃；电子烟开启后，加热片间歇性加热，抽吸电子烟时，口腔温度对烟具存在间断性热传导，冷端温度升高且波动变化。对于实际使用中，冷端温度偏离0℃且波动的情况，必须对冷端温度的变化所引起的测量误差予以补偿。进行冷端温度补偿的方法有以下几种：1.采用补偿导线法，延长冷端补偿导线，但是电子烟空间较小，热电偶冷热端间距过小，并不能达到显著降低冷端温度的效果；2、采用冷端恒温法，将冷端放在冰点槽或是恒温箱中，电子烟具有便携、随时使用的特性，此法并不适用；3、采用计算修正法，将测得的热电势值加上冷端温度对应的电势值，即可得到实际温度电势值，当电子烟开始使用时，由于使用环境温度未知，且用户抽吸频率的不同，电子烟烟具冷端温度升高波动且未知，所以此法不适用4、利用模拟补偿法，通过设计模拟电路，对冷端温度变化的产生的电势差进行动态检测及补偿，使得热电偶测温装置能较准确的测出加热片的实际温度，进而实现电子烟加热温度的精准控制。
[0015]本装置冷端温度补偿采用模拟补偿法，假设实际热电偶的热电势E
t
可等效为电源E和电源内阻R
′
，将热电偶等效为电阻R
热
，根据基尔霍夫电流定律可知由等效电源E经内阻R
′
流出的电流为I。假设热电偶AB冷端温度为t，热端温度为t0，由热电偶中间温度定律可得：热电势E
t
＝f
AB
(t0，0)
‑
f
AB
(t，0)，冷端温度t升高，则f
AB
(t，0)增大，热电势E
t
减小，导致流过热电偶的电流I2减小。为对减小的电流值ΔI2进行补偿，本专利技术采用模拟补偿法进行补偿，具体方法是在热电偶两端并联上一个双金属温控变阻器R，流过其电流为I1。电路中电流I等于流过双金属温度变阻器R的电流I1和流过热电偶R
热
的电流I2之和，公式为：I＝I1+I2。当热电偶冷端温度由t变为t1，温度变化量为Δt＝t1‑
t，该双金属温度变阻器R的阻值随温度变化量Δt变化，该阻值变化导致的电流变化为ΔI1。此时电路中电流I＝(I2‑
ΔI2)+(I1+ΔI1)，当ΔI1＝ΔI2，则电路中电流I恒定不变，从而达到热电偶冷端温度补偿的目的。
[0016]为使ΔI1＝ΔI2，达到电流的动态补偿，需要让该双金属温控变阻器阻值R随温度变化量Δt线性变化，制该变阻器的理想材料为纯金属。为了使该并联的电阻材料不仅为纯金属，其他电阻材料也可应用在热电偶测温的冷端补偿中，本专利技术设计了双金属温控变阻器，利用双金属丝受热产生形变，带动双金属温度变阻器滑片在其他种电阻材料的环状电
阻上移动，通过改变两接线端子之间的电阻长度，使得变阻器阻值随温度线性变化，调节流过双金属温度变阻器的电流变化量ΔI1，对流过热电偶的电流减小值ΔI2进行补偿，使得电路中总电流I不变，实现对热电偶冷端温度升高产生误差的电路补偿。
[0017]为解决在电子烟使用热电偶测温时，热电偶冷端温度不为0℃且变化，对热电偶测温造成误差的影响，本专利技术提出了采用模拟补偿法，在热电偶两端并联上一个双金属温控变阻器R，利用双金属对冷端温度进行传导，并通过立式螺旋双金属丝77或平面螺旋双金属丝88受热产生形变，带动金属变阻器滑片72或可变电阻滑片83移动，改变双金属温控变阻器R的阻值，进而改变流过变阻器的电流大小，对热电偶冷端温度升高导致流过它的电流减小值进行补偿，达到冷端温度补偿的目的。实现使用热电偶对烟具加热片的准确测温，进而实时控制烟具加热温度，控制烟液雾化情况，保证用户抽吸感受，提高烟具品质，达到烟具批量化生产的目的。
[0018]本专利技术采用的技术方案是：一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置，其特征在于：包括感应励磁线圈1、烟弹加热片2、烟弹3、热电偶4、控制器5、电池6、热电偶冷端补偿导线7、双金属温控变阻器8、电子烟具壳体9，热电偶热端引出线20，热电偶冷端引出线21；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置，其特征在于：包括感应励磁线圈(1)、烟弹加热片(2)、烟弹(3)、热电偶(4)、控制器(5)、电池(6)、热电偶冷端补偿导线(7)、双金属温控变阻器(8)、电子烟具壳体(9)，热电偶热端引出线(20)，热电偶冷端引出线(21)；感应励磁线圈(1)缠绕在电子烟具壳体(9)上部腔体上，加热片(2)固定在烟弹(3)外圈并对烟弹(3)进行加热，热电偶(4)安装在电子烟具壳体(9)上部腔体的底端，热电偶(4)的热电偶热端引出线(20)通过导线连接到双金属温控变阻器(8)电阻输入端，热电偶冷端引出线(21)通过热电偶冷端补偿导线(7)与双金属温控变阻器(8)内的金属丝接触，双金属温控变阻器(8)的电阻输入端同时连接控制器(5)的IN端，双金属温控变阻器(8)的电阻输出端同时连接控制器(5)的OUT端，控制器(5)与电池(6)连接，双金属温控变阻器(8)安装在电子烟具壳体(9)下部腔体的底部。2.根据权利要求1所述的一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置，其特征在于：所述的双金属温控变阻器(8)包括：电阻输入端子Ⅰ(71)、金属电阻滑片(72)、滑片绝缘连接环(73)、环状电阻Ⅰ(74)、中心固定轴(75)、固定螺栓(76)、立式螺旋双金属丝(77)、电子烟导热套管Ⅰ(78)、连接固定器Ⅰ(79)；电阻输入端子Ⅰ(71)固定在环状电阻Ⅰ(74)上缺口两侧任意一端的表面，金属电阻滑片(72)首端可在环状电阻Ⅰ(74)的表面滑动，其末端与滑片绝缘连接环(73)一端固定连接，滑片绝缘连接环(73)置于中心固定轴(75)上端，滑片绝缘连接环(73)另一端与立式螺旋双金属丝(77)固定连接，环状电阻Ⅰ(74)与电子烟导热套管Ⅰ(78)通过固定螺栓(76)连接，中心固定轴(75)下端穿过立式螺旋双金属丝(77)中部固定在电子烟导热套管Ⅰ(78)底部，立式螺旋双金属丝(77)设在电子烟导热套管Ⅰ(78)内部，其末端固定在电子烟导热套管Ⅰ(78)底部，立式螺旋双金属丝(77)转动时，带动滑片绝缘连接环(73)及金属电阻滑片(72)以中心固定轴(75)为转轴在环状电阻Ⅰ(74)的表面发生转动，电子烟导热套管Ⅰ(78)底部安装连接固定器Ⅰ(79)，热电偶冷端补偿导线(7)通过连接固定器Ⅰ(79)伸入电子烟导热套管Ⅰ(78)内部且与立式螺旋双金属丝(77)接触，电阻输入端子Ⅰ(71)通过导线分别与热电偶热端引出线(20)、控制器(5)的IN端连接，金属电阻滑片(72)连接到控制器(5)的OUT端。3.根据权利要求2所述的一种热电偶测温的冷端温度自动补偿装置，其特征在于：金属电阻滑片(72)为金属材料，滑片绝缘连接环(73)为绝缘非...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焰，孙世娜，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：