浮质产生装置中的浮质形成基质的检测的制作方法
【专利摘要】提供一种浮质产生装置，其包括：加热器元件(20)，所述加热器元件构造成加热浮质形成基质(2)；功率源(40)，所述功率源连接到加热器元件；和控制器(30)，所述控制器连接到加热器元件并连接到功率源，其中，控制器构造成控制从功率源供给到加热器元件的功率，以将加热器元件的温度保持在目标温度，并且控制器构造成将从功率源供给到加热器元件的功率的测量值或从功率源供给到加热器元件的能量的测量值与功率或能量的测量值阈值相比较，以检测靠近加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近加热器元件的浮质形成基质的材料特性。
【专利说明】浮质产生装置中的浮质形成基质的检测
【技术领域】
[0001]本说明书涉及浮质产生装置，并且具体地涉及用于供使用者吸入的浮质产生装置，例如发烟装置。本说明书涉及用于以有成本效益且可靠的方式检测浮质产生装置中的浮质形成基质的存在或特性的装置和方法。
【背景技术】
[0002]传统的端部点燃的香烟由于在抽吸期间烟草和包装材料在可能超过800摄氏度的温度下进行的燃烧而输送烟。在这些温度下，烟草通过热解和燃烧而被热降解。燃烧的热量释放和产生各种气态燃烧产物和来自烟草的蒸馏物。这些产物被抽吸通过香烟，并且冷却和凝结而形成与发烟相关的含有味道和香味的烟。在燃烧温度下，不但产生味道和香味，而且产生多种不期望的化合物。
[0003]电加热的发烟装置是已知的，其本质上是浮质产生系统，所述浮质产生系统在比传统的端部点燃的香烟的温度低的温度下操作。W02009/118085中公开了这种电发烟装置的示例。W02009/118085公开了一种电发烟系统，在所述电发烟系统中，浮质形成基质通过加热器元件加热，以产生浮质。加热器元件的温度被控制成处于特定的温度范围内，以便确保基质不会产生和释放不期望的挥发性化合物，并且同时释放其它的期望的挥发性化合物。
[0004]期望的是在浮质产生装置(例如浮质产生装置)中以便宜且可靠的方式提供一种基质检测功能。基质检测是有益的，例如用于在没有基质时防止启动加热器元件和用于防止加热不适当的基质。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，提供一种浮质产生装置，所述浮质产生装置包括:
[0006]加热器元件，所述加热器元件构造成加热浮质形成基质；
[0007]功率源，所述功率源连接到加热器元件；和
[0008]控制器，所述控制器连接到加热器元件并连接到功率源，其中，控制器构造成控制从功率源供给到加热器元件的功率，以将加热器元件的温度保持在目标温度，并且控制器构造成将从功率源供给到加热器元件的功率力或从功率源供给到加热器元件的能量的测量值与功率或能量的测量值阈值相比较，以检测靠近加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近加热器元件的浮质形成基质的材料特性。
[0009]本文中所使用的“浮质产生装置”指的是一种与浮质形成基质相互作用以产生浮质的装置。浮质形成基质可以是浮质产生制品的一部分，例如是发烟制品的一部分。浮质产生装置可以是这样的发烟装置，即，所述发烟装置与浮质产生制品的浮质形成基质相互作用以产生可通过使用者的嘴直接吸入到使用者的肺中的浮质。浮质产生装置可以是保持器。
[0010]本文所中使用的术语“浮质形成基质”指的是一种能够释放挥发性化合物的基质，所述挥发性化合物可以形成浮质。这样的挥发性化合物可以通过加热浮质形成基质而释放。浮质形成基质可以便利地是浮质产生制品或发烟制品的一部分。
[0011]本文所使用术语“浮质产生制品”和“发烟制品”指的是包括能够释放可以形成浮质的挥发性化合物的浮质形成基质的制品。例如，浮质产生制品可以是这样的发烟制品，即，所述发烟制品产生可通过使用者的嘴直接吸入到使用者的肺中的浮质。浮质产生制品可以是一次性。下文中通常使用术语“发烟制品”。发烟制品可以是或可以包括烟草梗。
[0012]功率或能量的测量值可以是功率或能量的任何测量值，包括在预定的时间周期上或在预定数量的测量循环上的平均功率、功率或能量的变化率、或在预定的时间周期上或在预定数量的测量循环上所供给的功率或能量的累积测量值。
[0013]在一个实施例中，能量的测量值是在预定的时间周期上的归一化的能量。在另一个实施例中，能量的测量值是在预定的时间周期上的归一化的能量的下降率。
[0014]使加热器元件达到目标温度并保持目标温度所需的功率或能量的量取决于加热器元件的热耗率。这很大程度上取决于加热器元件周围的环境。如果基质靠近或接触加热器元件，则与没有基质靠近加热器元件的情况相比，将影响加热器元件的热耗率。在一个实施例中，该装置构造成接收浮质形成基质而使浮质形成基质与加热器元件接触。然后，加热器元件通过传导将热量传送给基质。该装置可以构造成使得在使用过程中基质包围加热器元件。
[0015]控制器可以构造成在功率或能量的测量值小于功率或能量的测量值阈值的情况下将从功率源供给到加热器元件的功率减小到零。如果将加热器元件的温度保持在目标温度所需的能量的数量比预期的小，则这可能是因为在装置中没有浮质形成基质，或者可能是因为不适当的基质(例如，先前使用过的基质)在装置中。先前使用过的基质将典型地具有比新的基质低的含水量和浮质形成物含量，并且因此从加热器元件吸收更少的能量。在任一种情况下，通常期望的是停止将功率供给到加热器。
[0016]功率源可以是任何适当的功率源，例如诸如电池的DC电压源。在一个实施例中，功率源是锂离子电池。可替代地，功率源可以是镍金属氢化物电池、镍镉电池或锂基电池，所述锂基电池例如是锂钴电池、锂铁磷酸盐电池或锂聚合物电池。功率可以作为脉冲信号供给到加热器元件。可以通过改变功率信号的占空比或脉冲宽度来调节输送到加热器元件
的功率量。
[0017]控制器可以构造成基于加热器元件的电阻的测量值来监测加热器元件的温度。这允许在不需要额外的感测硬件的情况下检测加热器元件的温度。
[0018]加热器的温度可以在诸如每几毫秒的预定的时间周期监测。这可以连续地进行或仅在电力供给到加热器元件时的期间进行。
[0019]该浮质产生装置可以包括数据输出器件，并且所述控制器构造成向数据输出器件提供检测到靠近加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近加热器元件的浮质形成基质的材料特性的记录。基质检测记录可以用于防止在临床分析期间使用不合适的数据。例如，浮质产生装置可以包括连接到控制器的无线通信装置或连接到控制器的通用串行总线(USB)插口。可替代地，浮质产生装置可以构造成每次浮质产生装置通过适当的数据连接件再充电时将数据从存储器传递到电池充电装置中的外部存储器。该浮质产生装置可以设有用于该目的的特定触头。[0020]浮质产生装置也可以包括非易失性存储器。该控制器可以构造成在存储器中存储基质检测记录。在所述记录被传送到更大更持久的外部存储器或直接传送到数据处理装置之前，存储器可以为记录提供临时数据存储。
[0021]在一个实施例中，控制器构造成在功率源的充电操作期间向数据输出器件提供检测到靠近加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近加热器元件的浮质形成基质的材料特性的记录。浮质产生装置可以连接到具有用于更长期地存储基质检测记录的更大的存储器的充电装置。
[0022]浮质产生装置可以是电发烟装置。浮质产生装置可以是包括电加热器的电加热的发烟装置。术语“电加热器”指的是一个或多个电加热器元件。
[0023]电加热器可以包括单个加热器元件。或者，电加热器可以包括多于一个的加热器元件。一个或多个加热器元件可以适当地布置成最有效地加热浮质形成基质。
[0024]电加热器可以包括电阻材料。适当的电阻材料包括但不限于:诸如掺杂陶瓷的半导体、电“导”陶瓷(例如，二硅化钥)、碳、石墨、金属、金属合金和由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。这样的复合材料可以包括掺杂或未掺杂的陶瓷。
[0025]适当的掺杂陶瓷的示例包括掺杂的碳化硅。适当的金属的示例包括钛、锆、钽和来自钼族的金属。适当的金属合金的示例包括:不锈钢；含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝合金、含钛合金、含锆合金、含铪合金、含铌合金、含钥合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金，含镓合金、含猛合金、含金合金和含铁合金；以及基于镍、铁、钴、不锈钢、Timetai?和铁锰铝系合金的超合金。在复合材料中，依据能量转移动力学和所需要的外部物理化学特性，电阻材料可以任选地被嵌入到绝缘材料中、用绝缘材料包封或用绝缘材料涂覆，或者反之亦然。或者，电加热器可以包括红外线加热器元件、光子源或感应加热器元件。
[0026]电加热器可以采取任何适当的形式。例如，电加热器可以采取加热片的形式。或者，电加热器可以采取具有不同的导电部分的壳体或基底的形式，或可以采取电阻金属管的形式。或者，可以是如上所述的一个或多个加热针或杆，所述一个或多个加热针或杆延伸通过浮质形成基质的中心。或者，电加热器可以是盘式(端部)加热器或盘式加热器与加热针或杆的组合。其它可替代物包括:电热丝或加热丝，例如，N1-Cr (镍-铬)、钼、金、银、钨或合金线；或加热板。任选地，加热器元件可以布置在刚性载体材料中或布置在刚性载体材料上。在一个这样的实施例中，电阻加热器可以使用温度和电阻率之间有限定关系的金属来形成。在这种示例性装置中，金属可以形成为位于适当的绝缘材料(例如陶瓷材料)上的轨迹，然后被夹持在另一种绝缘材料(例如玻璃)中。以这种方式形成的加热器可以用于在操作期间加热和监测加热器的温度。
[0027]电加热器可以包括散热器或储热器，所述储热器包括能够吸收并存储热并且随后随着时间向浮质形成基质释放热的材料。散热器可以由任何适当的材料形成，所述材料例如是适当的金属或陶瓷材料。在一个实施例中，这种材料具有较高的热容量(显热蓄热材料)，或者这种材料能够经由诸如高温相变的可逆过程吸热并随后放热。适当的显热蓄热材料包括:硅胶，氧化铝，碳，玻璃毡，玻璃纤维，矿物质，诸如铝、银或铅的金属或合金，和诸如纸张的纤维素材料。经由可逆相变放热的其它适当的材料包括:石蜡，醋酸钠，萘，蜡，聚环氧乙烷，金属，金属盐，共晶盐的混合物或合金。
[0028]散热器或储热器可以布置成使得散热器或储热器与浮质形成基质直接接触，并且可以将储存的热直接传递给基质。或者，储存在散热器或储热器中的热可以借助诸如金属管的热导体传递到浮质形成基质。
[0029]电加热器可以借助传导加热浮质形成基质。在使用过程中，电加热器可以至少部分地与基质或上面布置有基质的载体接触。或者，来自电加热器的热可以借助导热元件传导到基质。
[0030]在一个实施例中，功率供给到电加热器，直到电加热器的一个或多个加热器元件达到介于约250°C和440°C之间的温度为止。可以使用任何适当的温度传感器和控制电路，以控制一个或多个加热器元件的加热，以使其达到介于约250°C和440°C之间的温度，包括上述双重用途的加热器。这与烟草和香烟包装材料的燃烧可以达到800°C传统香烟形成鲜明对比。
[0031 ] 控制器可以包括可编程的微处理器。在另一个实施例中，控制器可以包括专用的电子芯片，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。通常，能够提供能够控制加热器元件的信号的任何装置都可以与本文所述的实施例一起使用。在一个实施例中，控制器构造成监测加热器元件的温度和目标温度之间的差，以检测通过加热器元件的气流的变化，所述气流的变化指示使用者吸入。
[0032]浮质形成基质可以被包含在发烟制品中。在操作期间，含有浮质形成基质的发烟制品可以被完全容纳在浮质产生装置内。在该情况下，用户可以在浮质产生装置的嘴件上进行抽吸。嘴件可以是浮质产生装置的放到用户的嘴中以便直接吸入由浮质产生制品或浮质产生装置所产生的浮质的任何部分。浮质通过嘴件传送到用户的嘴中。或者，在操作期间，含有浮质形成基质的发烟制品可以被部分地容纳在浮质产生装置内。在该情况下，用户可以直接在发烟制品的嘴件上进行抽吸。
[0033]发烟制品可以具有基本圆筒形的形状。发烟制品可以是基本长形的。发烟制品可以具有长度和与长度基本垂直的圆周。浮质形成基质可以具有基本圆筒形的形状。浮质形成基质可以是基本长形的。浮质形成基质也可以具有长度和与长度基本垂直的圆周。浮质形成基质可以被接收在浮质产生装置的滑动接收器中，使得浮质形成基质的长度与浮质产生装置中的气流方向基本平行。
[0034]发烟制品的总长度可以介于约30mm和约IOOmm之间。发烟制品的外径可以介于约5mm和约12mm之间。发烟制品可以包括过滤塞。过滤塞可以位于发烟制品的下游端部处。过滤塞可以是醋酸纤维素过滤塞。在一个实施例中，过滤塞的长度为约7_，但是长度可以介于约5mm与约IOmm之间。
[0035]在一个实施例中，发烟制品的总长度为约45mm。发烟制品的外径可以为约7.2mm。另外，浮质形成基质的长度可以为约10_。或者，浮质形成基质的长度可以为约12_。另夕卜，浮质形成基质的直径可以介于约5_和约12_之间。发烟制品可以包括外部包装纸。另外，发烟制品可以在浮质形成基质和过滤塞之间包括间隔。该间隔可以是约18_，但是可以在约5mm至约25mm的范围内。
[0036]浮质形成基质可以是固体浮质形成基质。或者，浮质形成基质可以包括固体成分和液体成分二者。浮质形成基质可以包括含有烟草的材料，所述含有烟草的材料包括挥发性烟草芳香化合物，所述挥发性烟草芳香化合物在加热时从基质释放。或者，浮质形成基质可以包括非烟草材料。浮质形成基质还可以包括浮质形成物，所述浮质形成物促进形成稠密且稳定的浮质。适当的浮质形成物的示例是丙三醇和丙二醇。
[0037]如果浮质形成基质是固体浮质形成基质，则固体浮质形成基质可以包括例如以下中的一种或多种:粉末，颗粒，丸粒，碎片，实心条、带或片，它们含有以下物质中的一种或多种:香草叶，烟叶，烟草叶脉的碎片，再造烟叶，均质烟草，挤压烟草和膨胀烟草。固体浮质形成基质可以具有松散的形式，或可以设置在适当的容器或盒中。任选地，固体浮质形成基质可以包括额外的烟草或非烟草的挥发性芳香化合物，以在加热基质时被释放。固体浮质形成基质也可以包括胶囊，所述胶囊例如包括额外的烟草或非烟草的挥发性芳香化合物，并且这样的胶囊可以在加热固体浮质形成基质期间熔化。
[0038]本文中所使用的均质烟草指的是通过使颗粒状烟草结块而形成的材料。均质烟草可以具有片的形式。基于干重，均质烟草材料可以具有大于5%的浮质形成物含量。可替代地，按重量计算，基于干重，均质烟草材料可以具有介于5%和30%之间的浮质形成物含量。均质烟草材料片可以通过使颗粒状烟草结块而形成，所述颗粒状烟草通过研磨或以其它方式粉碎烟草叶片和烟草叶梗中的一种或两种而获得。可替代地或另外地，均质烟草材料片可以包括在例如处理、搬运和运输烟草期间所形成的烟草粉尘、烟草细屑和其它颗粒状烟草副产品中的一种或多种。均质烟草材料片可以包括:一种或多种内在粘结剂(即，烟草内源性粘结剂)；一种或多种外在粘结剂(即，烟草外源性粘结剂)；或所述内在粘结剂和所述外在粘结剂的组合，以帮助使颗粒状烟草结块；可替代地或另外地，均质烟草材料片可以包括其它添加剂，所述其它添加剂包括但不限于烟草和非烟草纤维、浮质形成物、润湿齐U、增塑剂、调味剂、填料、水溶剂和非水溶剂以及它们的组合。
[0039]在尤其优选的实施例中，浮质形成基质包括均质烟草材料的聚集起皱片。本文所使用的术语“起皱片”指的是具有多个基本平行的脊部或皱纹的片。优选地，当浮质产生制品已经组装好时，基本平行的脊部或皱纹沿着或平行于浮质产生制品的纵向轴线延伸。这有利地帮助聚集均质烟草材料的起皱片以形成浮质形成基质。然而，应理解的是，用于包含在浮质产生制品中的均质烟草材料的起皱片可以可替代地或另外地具有布置成在浮质产生制品已经组装好时相对于浮质产生制品的纵向轴线成锐角或钝角的多个基本平行的脊部或皱纹。在某些实施例中，浮质形成基质可以包括均质烟草材料的聚集片，所述聚集片基本在其整个表面上具有基本均匀的纹理。例如，浮质形成基质可以包括均质烟草材料的聚集起皱片，所述聚集起皱片包括多个基本平行的脊部或皱纹，所述多个基本平行的脊部或皱纹在片的整个宽度上基本均匀地间隔开。
[0040]任选地，固体浮质形成基质可以设置在热稳定的载体上或嵌入到热稳定的载体中。载体可以采取粉末、颗粒、丸粒、碎片、实心条、带或片的形式。或者，载体可以是管状载体，所述管状载体具有布置在其内部表面上或布置在其外部表面上或布置在其内部表面和外部表面二者上的固体基质的薄层。这种管状载体可以由例如纸或纸质材料、无纺碳纤维毡、低质量的开目金属筛或穿孔的金属箔或任何其它热稳定的聚合物基体形成。
[0041]固体浮质形成基质可以例如以片、泡沫、凝胶或浆体的形式布置在载体的表面上。固体浮质形成基质可以布置在载体的整个表面上，或者可替代地，固体浮质形成基质可以布置成图案，以便在使用期间提供不均匀的香味输送。
[0042]虽然以上参照的是固体浮质形成基质，但是对于本领域的技术人员而言将清楚的是，其它形式的浮质形成基质可以与其它实施例一起使用。例如，浮质形成基质可以是液体浮质形成基质。如果提供液体浮质形成基质，则浮质产生装置优选地包括用于保持液体的器件。例如，液体浮质形成基质可以被保持在容器中。可替代地或另外地，液体浮质形成基质可以被吸入到多孔载体材料中。多孔载体材料可以由任何适当的吸收塞或本体制成，例如泡沫金属或塑性材料、聚丙烯、涤纶、尼龙纤维或陶瓷。液体浮质形成基质可以在使用浮质产生装置之前被保持在多孔载体材料中，或者可替代地，液体浮质形成基质材料可以在使用期间或在就要使用之前被释放到多孔载体材料中。例如，液体浮质形成基质可以设置在胶囊中。胶囊的壳体优选地在加热时熔化，并将液体浮质形成基质释放到多孔载体材料中。胶囊可以任选地容纳有与液体结合的固体。
[0043]或者，载体可以是其中已经包含有烟草成分的无纺织物或纤维束。无纺织物或纤维束可以例如包括碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生物纤维。
[0044]浮质产生装置仍然还可以包括进气口。浮质产生装置仍然还可以包括排气口。浮质产生装置仍然还可以包括冷凝室，用于允许形成具有期望特征的浮质。
[0045]浮质产生装置优选地是手持式浮质产生装置，所述手持式浮质产生装置可被用户舒适地保持在单只手的手指之间。浮质产生装置可以具有基本圆筒形的形状。浮质产生装置可以具有多边形的横截面和形成在一个面上的凸出按钮:在这个实施例中，浮质产生装置的从平面到相对的平面测量的外径可以介于约12.7_和约13.65_之间；浮质产生装置的从边缘到相对的边缘测量(即，从浮质产生装置的一侧上的两个面的交线到另一侧上的相对应的两个面的交线)到的外径可以介于约13.4_和约14.2_之间；并且浮质产生装置的从按钮的顶部到相对的底部平面测量到的外径可以介于约14.2_和约15_之间。浮质产生装置的长度可以介于约70mm和120mm之间。
[0046]在另一方面的实施例中，提供一种用于在浮质产生装置中检测靠近加热器元件的浮质形成基质的存在或浮质形成基质的材料特性的方法，所述浮质产生装置包括:加热器元件，所述加热器元件构造成加热浮质形成基质；和连接到加热器元件的功率源，所述方法包括:
[0047]控制从功率源供给到加热器元件的功率，以将加热器元件的温度保持在目标温度；将从功率源供给到加热器元件的功率或从功率源供给到加热器元件的能量的测量值与功率或能量的测量值阈值相比较；以及，基于比较步骤的结果，确定靠近加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近加热器元件的浮质形成基质的材料特性。
[0048]功率或能量的测量值可以是功率或能量的任何测量值，包括在预定的时间周期上或在预定数量的测量循环上的平均功率、功率或能量的变化率、或在预定的时间周期上或在预定数量的测量循环上所供给的功率或能量的累积测量值。
[0049]在一个实施例中，能量的测量值是在预定的时间周期上的归一化的能量。在另一个实施例中，能量的测量值是在预定的时间周期上的归一化的能量的下降率。
[0050]该方法还可以包括以下步骤:在功率或能量的测量值小于功率或能量的测量值阈值的情况下，将从功率源供给到加热器元件的功率减小到零。如果使加热器元件温度达到目标温度并保持在目标温度所需的能量数量小于预期的能量数量，则这可能是因为在装置中没有浮质形成基质，或者可能是因为是不适当的基质(例如，先前使用过的基质)在装置中。在任一种情况下，通常期望的是停止将功率供给到加热器。
[0051]该方法可以包括以下步骤:基于加热器元件的电阻的测量值来监测加热器元件的温度。
[0052]在又一个实施例中，提供一种计算机可读程序，当在计算机或其它适当的处理装置上执行所述计算机可读程序时，执行上述方法。本说明书包括可以实施为软件产品的实施例，所述软件产品适于在具有可编程控制器及其它需要的硬件元件的浮质产生装置上运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]现在将参照附图详细地说明示例，其中:
[0054]图1是示出了根据一个实施例的浮质产生装置的基本元件的示意图；
[0055]图2是示出了一个实施例的控制元件的示意图；
[0056]图3是示出了对于靠近加热器元件的新基质、旧基质和没有基质而言需要供给到加热器元件以将温度维持在目标水平的不同的归一化能量的曲线图；和
[0057]图4示出了用于判定在装置中是否存在适当的基质的控制序列。
【具体实施方式】
[0058]在图1中，以简化的方式示出了电加热的浮质产生系统100的实施例的内部。特别地，没有按比例绘制电加热的浮质产生系统100的元件。为了简化图1，已经省略了与理解本系统无关的元件。
[0059]电加热的浮质产生系统100包括外壳10和浮质形成基质2，所述浮质形成基质2例如是香烟。浮质形成基质2被推入到外壳10内，以与加热器元件20形成热接近。浮质形成基质2将在不同的温度下释放一系列挥发性化合物。从浮质形成基质2释放的挥发性化合物中的某些仅通过加热处理形成。每种挥发性化合物都将在特征释放温度以上被释放。通过将电加热的浮质产生系统100的最大操作温度控制成低于挥发性化合物中的某些的释放温度，可以避免释放或形成这些烟雾组分。
[0060]另外，外壳10包括电源40，例如可充电锂离子电池。控制器30连接到加热器元件
20、电源40、抽吸检测器32和图形用户界面36，所述图形用户界面36例如是显示器。
[0061]控制器30控制用户界面36以显示系统信息，例如电池电量、温度、浮质形成基质2的状态、其它信息或它们的组合。
[0062]抽吸检测器32是任选的元件，并且检测装置中的气流，所述气流指示用户进行抽吸。抽吸检测器将这种抽吸发信号给控制器30。
[0063]控制器30还控制加热器元件20的最大操作温度。加热器元件的温度可以由专用的温度传感器检测。但是在这个实施例中，加热器元件的温度通过监测其电阻率来确定。一段金属丝的电阻率取决于其温度。电阻率P随着温度升高而增大。实际电阻率P特征将依据合金的确切成分和加热器元件20的几何构造而改变，并且可以在控制器中使用按经验确定的关系。因而，在任何给定时间的电阻率P的知识可以用于推断加热器元件20的实际操作温度。
[0064]加热器元件的电阻R = V/I ;其中，V是加热器元件两端的电压，I是流过加热器元件20的电流。电阻R取决于加热器元件20的构造以及温度，并且由以下关系式表达:
[0065]R= P ⑴ *L/S 等式 I[0066]其中，p (T)是随温度变化的电阻率，L是长度，并且S是加热器元件20的横截面积，L和S对于给定的加热器元件20的构造而言是固定的，并且可以测量到。因而，对于给定的加热器元件设计而言，R与P (T)成比例。
[0067]加热器元件的电阻率P (T)可以以多项式的形式表达如下:
[0068]P ⑴=P 0*(1+α J+α 2T2)等式 2
[0069]其中，P ^是在基准温度TO下的电阻率，并且\和％是多项式系数。
[0070]因而，已知加热器元件20的长度和横截面积，能够通过测量加热器元件电压V和电流I确定电阻R，并且因此能够确定在给定温度下的电阻率P。该温度可以简单地从用于正使用的加热器元件的特征电阻率与温度的关系的查找表获得，或通过评估以上等式(2)的多项式获得。优选地，该过程可以通过在适用于烟草的温度范围内以一个或多个(优选地两个)的线性近似表示电阻率P与温度关系的曲线来简化。这简化了对温度的评估，这对于具有有限的计算资源的控制器30而言是期望的。
[0071]图2是示出了图1的装置的控制元件的框图。图2也示出了浮质产生装置与外部装置58的连接。控制器30包括测量单元50和控制单元52。测量单元构造成确定加热器元件20的电阻R。
[0072]测量单元50将电阻测量值传送给控制单元52。然后，控制单元52通过拨动开关54控制从电池40至加热器元件20的电力供应。控制器可以包括微处理器以及离散电子元件。
[0073]在准备控制的过程中，选取用于电加热的浮质产生系统100的目标操作温度的值。该选取是基于应当释放和不应当释放的挥发性化合物的释放温度。然后，该预定值被存储在控制单元52中。控制单元52包括非易失性存储器56。
[0074]控制器30通过控制从电池至加热器元件20的电能供给而控制加热器元件20的加热。通过切换开关54，电力作为脉冲信号提供。信号的脉冲宽度或占空比可以通过控制单元52调制，以改变供给到加热器元件的能量。
[0075]在使用过程中，控制器30测量加热器元件20的电阻率P。然后，控制器30通过比较测量到的电阻率P与查找表而将加热器元件20的电阻率转化成加热器元件的实际操作温度的值。这可以通过测量单元50或通过控制单元52来完成。在接下来的步骤中，控制器30比较所推导出的实际操作温度与目标操作温度。如果实际操作温度低于目标操作温度，则控制单元52为加热器元件20供给额外的电能，以便升高加热器元件20的实际操作温度。如果实际操作温度高于目标操作温度，则控制单元52减少供给到加热器元件20的电能，以便将实际操作温度降低降低到目标操作温度。
[0076]控制单元可以实施任何适当的控制技术来调节温度，例如简单的恒温反馈回路或比例、积分、微分(PID)控制策略。
[0077]达到目标温度并将加热器元件保持在目标温度所需要的能量取决于是否存在靠近加热器元件20的基质材料2并取决于基质的特性。图3示出了作为时间的函数的供给到加热器元件的归一化能量的变化。曲线60是装置中具有新的基质时的归一化能量，曲线61是装置中没有基质时的归一化能量。归一化能量是针对初始能量测量值归一化的在固定的时间间隔期间所供给的能量。归一化的能量测量值将诸如环境稳定、气流和湿度的环境条件的影响降到最低。[0078]可以看到，在两种情况下，输送到加热器元件的电力在将加热器元件升高至目标温度的初始高电力时段之后随时间单调地降低。然而，图3示出了在T = 10秒处在装置中具有新的基质的情况下所供给的能量是装置中没有基质时所供给的能量的约两倍。新的基质和先前加热的基质之间的能量供给的差别是较小的，但仍然是可检测到的。在一个实施例中，归一化能量的差可以是在T = 5秒处测量，并且准确地判定是否存在基质。
[0079]控制器能够计算到预定时间的供给到加热器元件的归一化能量，并且从该归一化能量能够判定装置中是否存在预期的或合适的基质。
[0080]图4示出了控制处理的示例，所述控制处理可以通过控制单元52执行，以判定装置中是否存在基质。该处理是循环处理，并且在步骤400开始。在步骤410中，循环轮数(round number)递增。在该处理的开始,循环轮数设定为零。每次完成控制循环，循环轮数都在步骤410中递增。在步骤420，处理依据循环轮数的值而出现分支。在初始循环中，当循环轮数等于一时，处理进入步骤430。在步骤430，初始能量，S卩，到目前为止供给到加热器的能量被设定为能量。这个初始能量用于使随后的能量测量值归一化。然后，处理进入步骤440并返回到步骤410。随后的循环从步骤420直接到步骤440，直到达到决策循环为止。每个循环都可以以固定的时间间隔执行，例如，每隔一秒。决策循环与控制器被构造成比较归一化能量与预期的值或阈值以判定是否存在基质的时间相对应。在图3中由虚线64示出归一化能量的阈值。在这个示例中，决策循环是循环五，并且在装置被接通之后的10秒发生。在决策循环中，处理从步骤420进入步骤450。在步骤450中，归一化能量被计算为从装置被接通之后供给的能量除以初始能量和决策循环轮数(在这个示例中为五)的乘积。然后，在步骤460中比较计算出的归一化能量与阈值。如果归一化能量超过阈值，则控制单元判定存在适当的基质，并且装置可以继续使用。如果归一化能量没有超过阈值，则控制单元判定没有基质(或有不合适的基质)，并且控制单元继而通过保持开关54打开来防止电力供给到加热器元件。
[0081]图4中所示的处理仅是用于判定浮质产生装置中是否存在适当的基质的处理的一个示例。可以使用供给到加热器元件的电力或能量的其它测量值，并且可以使用归一化或非归一化的数据。做出判定的时间也是选择的事情。必须在根据需要提早判定以便提早采取措施的优点和获得可靠结果的需要之间进行平衡。
[0082]电力或能量的测量值可以与多个阈值相比较。这可以用于区分不同类型的基质，或区分有不合适的基质和没有任何基质。
[0083]除了对于浮质产生装置的动态控制有益以外，由控制器30确定的基质检测数据对临床试验中的分析目的也是有益的。图2示出了控制器30与外部装置58的连接。基质检测数据可以被导出到外部装置58(连同任何其它捕获的数据一起)，并且可以被进一步从外部装置58转移到其它外部处理或数据存储装置。浮质产生装置可以包括任何适当的数据输出器件。例如，浮质产生装置可以包括连接到控制器30或存储器56的无线通信装置或连接到控制器30或存储器56的通用串行总线(USB)插座。可替代地，浮质产生装置可以构造成每次浮质产生装置通过适当的数据连接件再充电时将数据从存储器传递到电池充电装置中的外部存储器。电池充电装置可以提供较大的存储器以用于长期存储抽吸数据，并且可以随后连接到适当的数据处理装置或连接到通信网络。
[0084]上述的示例性实施例仅作为示例而不作为限制。鉴于上述示例性实施例，对于本领域的技术人员而言现在将显而易见的是与以上示例性实施例一致的其它实施例。
【权利要求】
1.一种浮质产生装置，其包括: 加热器元件，所述加热器元件构造成加热浮质形成基质； 功率源，所述功率源连接到所述加热器元件；和 控制器，所述控制器连接到所述加热器元件并连接到所述功率源，其中，所述控制器构造成控制从所述功率源供给到所述加热器元件的功率，以将所述加热器元件的温度保持在目标温度，并且所述控制器构造成将从所述功率源供给到所述加热器元件的功率或从所述功率源供给到所述加热器元件的能量的测量值与功率或能量的测量值阈值相比较，以检测靠近所述加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近所述加热器元件的浮质形成基质的材料特性。
2.根据权利要求1所述的浮质产生装置，其中，所述能量的测量值是在预定的时间周期上的归一化的能量或归一化的能量的下降率。
3.根据权利要求1或2所述的浮质产生装置，其中，所述控制器构造成在所述功率或能量的测量值小于所述功率或能量的测量值阈值的情况下将从所述功率源供给到所述加热器元件的功率减小到零。
4.根据以上权利要求中任一项所述的浮质产生装置，其中，所述浮质产生装置构造成接收与所述加热器元件接触的浮质形成基质。
5.根据以上权利要求中任一项所述的浮质产生装置，其中，所述控制器构造成基于所述加热器元件的电阻的测量值来监测所述加热器元件的温度。
6.根据以上权利要求中任一项所述的浮质产生装置，其中，所述浮质产生装置是电发烟装置。
7.根据以上权利要求中任一项所述的浮质产生装置，其中，所述浮质产生装置包括数据输出器件，并且其中，所述控制器构造成向所述数据输出器件提供检测到靠近所述加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近所述加热器元件的浮质形成基质的材料特性的记录。
8.根据权利要求7所述的浮质产生装置，其中，所述控制器构造成在所述功率源的充电操作期间向所述数据输出器件提供检测到靠近所述加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近所述加热器元件的浮质形成基质的材料特性的记录。
9.一种用于在浮质产生装置中检测靠近加热器元件的浮质形成基质的存在或浮质形成基质的材料特性的方法，所述浮质产生装置包括:加热器元件，所述加热器元件构造成加热浮质形成基质；和连接到所述加热器元件的功率源，所述方法包括: 控制从所述功率源供给到所述加热器元件的功率，以将所述加热器元件的温度保持在目标温度；将从所述功率源供给到所述加热器元件的功率或从所述功率源供给到所述加热器元件的能量的测量值与功率或能量的测量值阈值相比较；以及，基于比较步骤的结果，确定靠近所述加热器元件的浮质形成基质的存在或靠近所述加热器元件的浮质形成基质的材料特性。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤:在功率或能量的测量值小于功率或能量的测量值阈值的情况下，将从所述功率源供给到所述加热器元件的功率减小到零。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述能量的测量值是在预定的时间周期的上归一化的能量或归一化的能量的下降率。
12.根据权利要求9、10或11所述的方法，还包括以下步骤:基于所述加热器元件的电阻的测量值来监测所述加热器元件的温度。
13.一种计算机程序，当在计算机或其它适当的处理装置上执行所述计算机程序时，执行根据权利要求9至12中 任一项所述的方法。
【文档编号】A24F47/00GK104010530SQ201280060088
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】P·塔隆 申请人:菲利普莫里斯生产公司