专利名称：电加热器及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电加热器，尤其涉及一种基于电流检测进行加热控制的电加热器及其控制装置。
背景技术：
传统电加热器，主要采用辅助传感器的方式，比如热敏电阻、机械式温度开关等， 来检测传感器电阻或温度等参数，进而对加热线路进行加热控制。受限于传感器的灵敏度、 寿命、反应时间、故障率等因素，经常出现控制失效的情况，导致加热器不能正常工作。另外，现有厚膜电加热器的特点升温迅速，根据功率密度的不同，几秒可以达到几百度的温度；升温的速度远超过目前传感器的响应时间，因此厚膜电加热器经常出现因温度过高，烧坏线路的情况。综上可知，现有电加热器在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种电加热器及其控制装置，其能够利用自身的电阻特性实现加热控制，以保证电加热器正常工作。为了实现上述目的，本发明提供一种电加热器，包括有加热电路，具有正或负电阻温度系数特性；控制装置，进一步包括电流检测电路和加热控制电路所述电流检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电流值；所述加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电流值，来控制所述加热电路工作。根据本发明所述的电加热器，所述加热电路具有正电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值低于第一预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源。根据本发明所述的电加热器，所述加热电路具有负电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值高于第二预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源。根据本发明所述的电加热器，所述加热电路具有正电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值低于至少一预定阀值时，所述加热控制电路降低所述加热电路的功率输出。根据本发明所述的电加热器，所述加热电路具有负电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值高于至少一预定阀值时，所述加热控制电路降低所述加热电路的功率输出。
根据本发明所述的电加热器，所述电加热器为厚膜加热器。根据本发明所述 的电加热器，所述电流检测电路采用检测电流电阻加运算放大器、电流互感器、电压互感器、模块型霍尔电流传感器或者隔离放大器，来检测所述加热电路的当前电流值。根据本发明所述的电加热器，所述控制装置还包括开关元件，用于断开或闭合施加在所述加热电路的电源；延时电路，用于当施加在所述加热电路的电源断开时，启动延时电路计时，所述延时电路开始计时直至预定时间段后，控制所述开关元件闭合。根据本发明所述的电加热器，所述开关元件采用电磁继电器或者双向可控硅。
本发明还提供一种应用于所述电加热器的控制装置，所述电加热器的加热电路具有正或负电阻温度系数特性，所述控制装置包括所述电流检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电流值；所述加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电流值，来控制所述加热电路工作。本发明不需要外加传感器，而是利用加热电路自身的正或负电阻温度系数特性， 通过电流检测电路来检测加热电路的电流值变化，再由加热控制电路根据所述电流值变化来实现对加热电路的工作控制，所述工作控制优选为断开、闭合施加在加热电路的电源，或者控制电加热器的功率输出，从而达到电加热器的恒温、防止干烧损坏的效果。相对于现有辅助传感器的控制方式，本发明电加热器的加热控制方案具有灵敏度高、寿命长、反映时间短、故障率低等明显优势，从而能够最大限度地保证电加热器正常工作。
图1是本发明电加热器的结构示意图；图2是本发明优选的厚膜电加热器的结构示意图；图3是本发明第一实施例中控制装置的电流检测电路的示意图；图4是本发明第二实施例中电加热器的控制装置的结构示意图；图5A是本发明第三实施例中电加热器的温度与电阻值的关系曲线图；图5B是本发明第三实施例中电加热器的温度与电流值的关系曲线图；图5C是本发明第三实施例中保温(延时)工作状态曲线图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图1示出了本发明电加热器的结构，所述电加热器100主要包括有控制装置10和加热电路20，其中加热电路20，具有正或负电阻温度系数特性，即加热电路的温度改变时，当前电阻值也会相对变化，根据欧姆定律，当前的电流值也会变化。所述加热电路20可以是PTC(正温度系数热敏电阻)，NTC(负温度系数热敏电阻)或者厚膜加热电路，优选为厚膜加热电路。
控制装置10，其分别连接外部的电源200和加热电路20，控制装置10进一步包括电流检测电路11和加热控制电路12 电流检测电路11，用于在加热电路20工作时，检测加热电路20的当前电流值。加热控制电路12，用于根据加热电路20的当前电流值，来控制加热电路20工作。 所述工作控制优选为断开、闭合施加在加热电路20的电源200，或者控制电加热器100的功率输出，从而达到电加热器100的恒温、防止干烧损坏的效果。加热控制电路12可通过软件或单片机编程进行控制加热电路20工作。所述控制装置10与加热电路20串联在电加热器100的整个工作线路中，本发明的电加热器100可应用于液体、气体、对流加热、辐射加热等多种场合。而且本发明电加热器100也可以结合传统传感器一起工作，可达到更好的效果。图2是本发明优选的厚膜电加热器的结构示意图，所述厚膜电加热器100除了包括控制装置10和加热电路20之外，还包括用于承载加热电路20的基板30、电极引出装置 40。本实施例中基板30的形状为圆盘形，当然基板30也可为方形、多边形、管状等各种形状。厚膜电加热器100的基板30，可以是不锈钢、陶瓷、微晶玻璃等材质制成，而不锈钢基板必须在其中基板上面增加绝缘层，并将加热电路20敷设在绝缘层上面。本厚膜电加热器 100的控制装置10采用微功耗高精度IC (Integrated Circuit，集成电路)控制，IC供电采用很窄脉冲供电，具有待机电流小，微功耗等特点。经过多次试验，本厚膜电加热器100特别适用于流体加热；对于流体加热时，产生局部温度过高、局部干烧的保护与传统保护器相比较，具有明显的优势。而且，本发明的响应速度快，在发热盘达到设定的参数后，立即断开线路，相应时间小于几毫秒(ms)。图3是本发明第一实施例中控制装置的电流检测电路的示意图，所述电流检测电路11优选采用检测电流电阻Rsense与运算放大器AMP的结合方式，该电流电测电路11具有成本低、精度较高、体积小的优势。当然，电流检测电路11还可以采用其他方案，例如采用电流互感器、电压互感器、模块型霍尔电流传感器(如Allegro电流传感器)或者隔离放大器(如AVAGO的光耦隔离放大器、TI的电容式隔离放大器、ADI的西格玛德尔塔式隔离放大器等)，来检测加热电路20的当前电流值，此处不再赘述。图4是本发明第二实施例中电加热器的控制装置的结构示意图，所述控制装置10 包括电流检测电路11、加热控制电路12、开关元件13以及延时电路14，其中开关元件13，用于断开或闭合施加在加热电路20的电源200。延时电路14，用于当施加在加热电路20的电源断开时，启动延时电路14计时，所述延时电路14开始计时直至预定时间段后，控制开关元件13闭合。当施加在加热电路20 的电源200断开时，加热控制电路12控制开关元件13的常开触点与延时电路14接通，延时电路14开始计时直至预定时间段后，控制开关元件13闭合，即接通施加在加热电路20 的电源200。所述开关元件13可采用电磁继电器或者双向可控硅等。开关元件13优选采用电磁继电器，因为继电器有常开、常闭触点，在控制装置10 内置一延时开关控制电路，继电器的常开触点与延时电路14连通，当电加热器100断开加热时，常开触点与延时电路14接通，开始计时，在延时要求的时间后，延时开关动作，使电磁继电器吸合，电加热器100开始工作；电加热器100会在要求的温度范围之内循环地断开、加热；达到保持温度一致，起到恒温的目的。启动延时电路14和开关元件13，也可采用单片机或软件进行控制。当然，本发明不一定采用延时开关电路，也可以采用其它的方式，比如降低加热电路20的功率等方法。在本发明第三实施例中，加热电路20具有正电阻温度系数特性；当电流检测电路 11检测到加热电路20的当前电流值低于第一预定阀值(预定值a)时，加热控制电路12断开施加在加热电路20的电源200。具有正电阻温度系数的电加热器100正常工作时，加热电路20的电阻值会随着温度的升高而变大，根据欧姆定律，在加热电路20上的电流值会变小，当控制装置10检测到加热电路20的电流值低于预定值a时，控制装置10内部的开关元件13断开加热电路20的电源200，这时电加热器100停止工作。在防止电加热器100干烧损坏的场合时，例如液体电加热器；假设电加热器100正常工作所需电流是c，将预定值a的值低于电加热器100正常工作时的电流值c，即c > a 时，此时的电加热器100在正常情况下，都处于正常的工作状态。当液体部分烧干或液体全干时，电加热器100处于非正常情况，此时的电流值因电阻值升高而下降，达到预定值a时， 控制装置10断开加热电路20，电加热器100停止工作，防止了电加热器100因温度过高而损坏。例如，一厚膜电加热器，常温加热电路20的电阻值(Tl = 25 0C )是Rl = 20 Ω， 加热电路20 TCR = 1500ΡΡΜ，根据欧姆定律，采用220VAC的交流电时，相应的初始电流是 11Α，假设电加热器100使用温度是Τ2 = 350°C在电加热器正常工作时的电阻值是R2 = 29. 75 Ω，相应的工作电流是7. 395Α ；控制装置10设定一个预定的值a = 7. 38 (理论计算，当温度达到352°C时)，当电加热器100通电后，电加热器100开始工作，加热电路20的温度逐渐升高，一段时间后，温度达到350°C，此时加热电路20的电阻值达到29. 75 Ω ；此时加热电路20中的电流减少接近预定值7. 38Α，温度继续升高，电流继续变小，达到预定值7. 38Α时，即时断开加热电路20的电源200，电加热器100停止工作，如图5Α和图5Β所示。还可用电加热器100的功率和时间来表示电加热器的工作和停止，电加热器100 的工作电压以220VAC为例，加热电路20从常温25°C升温到350°C时间tl，电加热器20从延时时间(停止工作到开始工作时间)为t2，如图5C所示。电加热器100根据预定值，循环地断开、闭合，达到客户要求的防止干烧损坏或恒温的情况。在本发明第四实施例中，加热电路20具有负电阻温度系数特性。当电流检测电路 11检测到加热电路20的当前电流值高于第二预定阀值(预定值b)时，加热控制电路12断开施加在加热电路20的电源200。具有负电阻温度系数的电加热器100正常工作时，加热电路20的电阻值会随着温度的升高而变小，根据欧姆定律，在加热电路20上的电流值会变大，当控制装置10检测到加热电路20的电流值高于预定值b时，控制装置10内部的开关元件13断开加热电路20的电源200，电加热器100停止工作。在防止电加热器100干烧损坏的场合时，例如液体电加热器；假设电加热器正常工作所需电流是c，将预定值b的值高于电加热器100正常工作时的电流值c，即b > c时，此时的电加热器100在正常情况下，都处于正常的工作状态。当液体部分烧干或液体全干时，电加热器100处于非正常情况，此时的电流因阻值降低而增大，达到预定值b时，控制装置10断开电加热器100线路，电加热器100停止工作，防止了电加热器100因温度过高而损坏。在本发明第五实施例中，加热电路20具有正电阻温度系数特性；当电流检测电路 11检测到加热电路20的当前电流值低于至少一预定阀值时，加热控制电路12降低加热电路20的功率输出，直到电加热器100达到预期的温度。在本发明第六实施例中，加热电路20具有负电阻温度系数特性；当电流检测电路 11检测到加热电路20的当前电流值高于至少一预定阀值时，加热控制电路12降低加热电路20的功率输出，直到电加热器100达到预期的温度。综上所述，本发明不需要外加传感器，而是利用加热电路自身的正或负电阻温度系数特性，通过电流检测电路来检测加热电路的电流值变化，再由加热控制电路根据所述电流值变化来实现对加热电路的工作控制，所述工作控制优选为断开、闭合施加在加热电路的电源，或者控制电加热器的功率输出，从而达到电加热器的恒温、防止干烧损坏的效果。相对于现有辅助传感器的控制方式，本发明电加热器的加热控制方案具有灵敏度高、寿命长、反映时间短、故障率低等明显优势，从而能够最大限度地保证电加热器正常工作。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种电加热器，其特征在于，包括有加热电路，具有正或负电阻温度系数特性；控制装置，进一步包括电流检测电路和加热控制电路所述电流检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电流值；所述加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电流值，来控制所述加热电路工作。
2.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述加热电路具有正电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值低于第一预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源。
3.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述加热电路具有负电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值高于第二预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源。
4.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述加热电路具有正电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值低于至少一预定阀值时，所述加热控制电路降低所述加热电路的功率输出。
5.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述加热电路具有负电阻温度系数特性；当所述电流检测电路检测到所述加热电路的当前电流值高于至少一预定阀值时，所述加热控制电路降低所述加热电路的功率输出。
6.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述电加热器为厚膜加热器。
7.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述电流检测电路采用检测电流电阻加运算放大器、电流互感器、电压互感器、模块型霍尔电流传感器或者隔离放大器，来检测所述加热电路的当前电流值。
8.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述控制装置还包括开关元件，用于断开或闭合施加在所述加热电路的电源；延时电路，用于当施加在所述加热电路的电源断开时，启动所述延时电路开始计时，所述延时电路开始计时直至预定时间段后，控制所述开关元件闭合。
9.根据权利要求8所述的电加热器，其特征在于，所述开关元件采用电磁继电器或者双向可控硅。
10.一种应用于如权利要求1 9任一项所述电加热器的控制装置，所述电加热器的加热电路具有正或负电阻温度系数特性，其特征在于，所述控制装置包括所述电流检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电流值；所述加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电流值，来控制所述加热电路工作。
全文摘要
本发明公开了一种电加热器及其控制装置，所述电加热器包括有加热电路，具有正或负电阻温度系数特性；控制装置，进一步包括电流检测电路和加热控制电路所述电流检测电路用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电流值；所述加热控制电路用于根据所述加热电路的当前电流值，来控制所述加热电路工作。借此，本发明电加热器能够利用自身的电阻特性实现加热控制，以保证电加热器正常工作。
文档编号G05D23/30GK102298406SQ20111024814
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者张克勇, 白淑龙 申请人:张克勇