具有温度感测功率引脚和辅助感测接头的电阻加热器的制作方法

本公开涉及电阻加热器和温度感测装置，例如热电偶。

背景技术：

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

电阻加热器用于各种应用中以向目标和/或环境提供热量。本领域已知的一种电阻加热器是筒式加热器，其通常由缠绕在陶瓷芯周围的电阻丝加热元件组成。典型的陶瓷型芯限定两个纵向孔，功率/端子引脚(terminalpin)设置在其中。该电阻丝的第一端电连接到一个功率引脚，而电阻丝的另一端电连接到另一个功率引脚。然后将该组件插入具有开口端和封闭端或两个开口端的较大直径的管状金属护套中，从而在护套和电阻丝/芯组件之间形成环形空间。绝缘材料，例如氧化镁(mgo)等，被注入到护套的开口端中，以填充电阻丝和护套的内表面之间的环形空间。

护套的开口端例如通过使用灌注胶(pottingcompound)和/或分立的密封构件来密封。然后，通过型锻或其它合适的工艺压实或压缩整个组件，以减小护套的直径，从而压实和压缩mgo，并至少部分地压碎陶瓷芯，以使芯在引脚周围塌陷，从而确保良好的电接触和热传递。压实的mgo在加热元件和护套之间提供了相对良好的热传递路径，并且它还使护套与加热元件电绝缘。

为了确定加热器应当工作的适当温度，在加热器上或附近放置分立的温度传感器，例如热电偶。向加热器及其环境添加分立的温度传感器可能是昂贵的，并且增加了整个加热系统的复杂性。

技术实现要素：

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

在一种形式中，本公开涉及一种加热器，其包括电阻加热元件、第一功率引脚和第二功率引脚。第一功率引脚与电阻加热元件的第一端形成第一接头。第二功率引脚包括第一引线与第二引线。第一引线与电阻加热元件的第二端形成第二接头，并且限定第一导电材料。第二引线在第一参考区与第一引线形成主感测接头。第二引线限定与第一导电材料不同的第二导电材料，以基于由主感测接头产生的电压变化来测量第一参考区处的温度。

在另一种形式中，第一功率引脚、第二功率引脚的第一引线和电阻加热元件由相同的材料制成。

在又一种形式中，第一和第二引线是不同的镍合金。

在一种形式中，第一功率引脚和第二功率引脚的第一引线由相同的材料制成。

在另一种形式中，加热器还包括与第一功率引脚和第二功率引脚通信的控制器。控制器被配置成在加热模式与测量模式之间切换，其中加热模式用于将功率引导到电阻加热元件，测量模式用于测量由主感测接头产生的电压变化以确定第一参考区处的温度。

在又一种形式中，加热器还包括控制器，该控制器与第一和第二功率引脚通信并且被配置成在不中断到电阻加热元件的功率的情况下测量第一和第二接头处的电压的变化。

在一种形式中，第一功率引脚、第二功率引脚的第一引线和电阻加热元件的泽贝克系数(seebeckcoefficient)基本相同。

在另一种形式中，主感测接头沿着电阻加热元件布置在电阻加热元件的第一端和第二端之间。

在又一种形式中，主感测接头布置在加热器外部。

在一种形式中，第一功率引脚包括第三引线和第四引线。第三引线连接至电阻加热元件的第一端以形成第一接头，并且限定第一导电材料。第四引线在与第一参考区相邻且接近的第二参考区处与第三引线形成第二主感测接头。第四引线限定与第一导电材料和第二导电材料不同的第三导电材料，以作为热电偶操作，并且与主感测接头结合使用，以确定第一和第二参考区之间的温度。

在一种形式中，第二功率引脚的第一引线、第一功率引脚的第三引线和电阻加热元件的泽贝克系数基本相同。

在另一种形式中，加热器还包括围绕主感测接头布置的热扩散器。

在又一种形式中，加热器还包括非导电部分、护套和密封构件。非导电部分限定近端和远端。非导电部分具有至少延伸穿过近端的第一孔和第二孔。第一和第二功率引脚设置在第一和第二孔内，并且电阻加热元件设置在非导电部分周围。护套围绕非导电部分，并且密封构件设置在非导电部分的近端部分处并且至少部分地延伸到护套中。

在一种形式中，本公开涉及一种加热器，其包括电阻加热元件、第一功率引脚和第二功率引脚。电阻加热元件可在加热模式和测量模式下操作。在测量模式中，电阻加热元件感测沿着电阻加热元件的第一参考区处的温度。第一功率引脚与电阻加热元件的第一端形成第一接头。第二功率引脚包括第一引线与第二引线。第一引线与电阻加热元件的第二端形成第二接头，并且限定第一导电材料。第二引线在第二参考区与第一引线形成主感测接头。第二引线限定与第一导电材料不同的第二导电材料，以基于由主感测接头产生的电压变化来测量第二参考区处的温度。

在另一种形式中，加热器还包括与第一功率引脚和第二功率引脚通信的控制器。控制器被配置成在加热模式与测量模式之间切换，其中加热模式用于将功率引导到电阻加热元件，测量模式用于测量电阻加热元件的电阻以确定第一参考处的温度以及用于测量由主感测接头产生的电压变化以确定第二参考区处的温度。控制器被配置成基于第一参考区、第二参考区处的温度、加热器几何形状和递送到加热器元件的功率来计算第三参考区处的温度。

在一种形式中，控制器被配置成使用由主感测接头测量的温度来校准加热元件。

在又一种形式中，主感测接头沿着与加热元件的平面不同的平面形成。

在一种形式中，第一功率引脚、第二功率引脚的第一引线和电阻加热元件限定了具有基本相同的塞贝克系数的一种或多种导电材料。

在一种形式中，本公开涉及一种加热器，其包括电阻加热元件、第一功率引脚和第二功率引脚。第一功率引脚与电阻加热元件的第一端形成第一接头。第二功率引脚包括第一引线与第二引线。第一引线与电阻加热元件的第二端形成第二接头。第二引线在参考区与第一引线形成主感测接头。电阻加热元件、第一功率引脚和第一引线由第一导电材料制成。第二引线由具有与第一导电材料的泽贝克系数不同的泽贝克系数的第二导电材料制成，以基于由主感测接头产生的电压变化来测量参考区处的温度。

在另一种形式中，主感测接头沿着电阻加热元件布置在电阻加热元件的第一端和第二端之间。

在又一种形式中，主感测接头布置在加热器外部。

从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明目的，而非旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图描述其以示例方式给出的各种形式，其中：

图1是根据本公开的教导构造的具有两用功率引脚的电阻加热器的侧视横截面图；

图2是图1的电阻加热器和具有根据本公开的教导构造的引线的控制器的立体图；

图3是示出根据本公开的一种形式构造的开关电路和测量电路的电路图；

图4是根据本公开的教导构造的具有多个加热区的加热器的可替代形式的侧视横截面图；

图5是本公开的一种可替代形式的侧视立面图，示出了根据本公开的教导构造的顺序连接的多个加热器；

图6是根据本公开的教导构造的具有连续可变节距的电阻元件的加热器的另一种形式的侧视横截面图；

图7是根据本公开的教导构造的加热器的另一种形式的侧视横截面图，该加热器具有在多个加热区中具有不同节距的电阻元件；

图8是根据本公开的教导构造的采用加热器的热交换器的侧视横截面图；

图9是示出了根据本公开的教导构造的采用两用功率引脚的层状加热器的侧视横截面图；

图10是示出根据本公开的教导的方法的流程图；

图11是根据本公开的教导构造的用于流体浸没加热的加热器的立体图；

图12是根据本公开的教导的图11的加热器的一部分的侧视横截面图；

图13是示出根据本公开的教导的图10的加热器的各个接头处的示例性温度差的曲线图；

图14是根据本公开的教导构造的本公开的另一形式的立体图，在多个区中具有多个加热器芯；

图15示出了根据本公开的教导的具有主感测接头的加热器；

图16示出了根据本公开的教导的具有两个主感测接头的加热器；

图17a和17b是根据本公开教导的具有主感测接头的筒式加热器的立体图；

图18是根据本公开的教导的具有主感测接头和双线加热元件的管状加热器的立体图；以及

图19示出了根据本公开的教导的具有增强的温度测量特征的主感测接头。

本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在所有附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

参照图1，示出了根据本公开的教导的加热器并总体上由附图标记20表示。这种形式的加热器20是筒式加热器，但是，应该理解，本公开的教导可以应用于下面更详细描述的其它类型的加热器，同时仍然在本公开的范围内。如图所示，加热器20包括具有两个端部24和26的电阻加热元件22，并且电阻加热元件22是金属丝的形式，例如镍铬合金材料。电阻加热元件22缠绕或设置在非导电部分(或这种形式的芯)28周围。芯28限定近端30和远端32，并且还限定延伸穿过至少近端30的第一孔34和第二孔36。

加热器20还包括由第一导电材料制成的第一功率引脚40和由与第一功率引脚40的第一导电材料不相似的第二导电材料制成的第二功率引脚42。此外，电阻加热元件22由不同于第一和第二功率引脚40、42的第一和第二导电材料的材料制成，并且在端部24处与第一功率引脚40形成第一接头50，并且在其另一端部26处与第二功率引脚42形成第二接头52。因为电阻加热元件22在接头50处是与第一功率引脚40不同的材料，且在接头52处是与第二功率引脚42不同的材料，所以有效地形成热电偶接头，并因此检测第一和第二接头50、52处的电压变化(如以下更详细地阐述的)，以在不使用单独的/分立的温度传感器的情况下确定加热器20的平均温度。

在一种形式中，电阻加热元件22是镍铬合金材料，第一功率引脚40是镍合金，第二功率引脚42是镍合金。可替代地，第一功率引脚40可以是铁，第二功率42可以是康铜。本领域技术人员应当理解，任何数量的不同材料及其组合都可以用于电阻加热元件22、第一功率引脚40和第二功率引脚42，只要这三种材料不同并且热电偶接头有效地形成在接头50和52处即可。这里描述的材料仅仅是示例性的，因此不应当被解释为限制本公开的范围。

在一种应用中，加热器20的平均温度可用于检测水分的存在。如果检测到水分，则可以通过控制器(下面将更详细地描述)执行水分管理控制算法，以便以受控的方式去除水分，而不是继续操作加热器20和可能的过早失效。

如进一步所示，加热器20包括围绕非导电部分28的护套60和设置在非导电部分28的近端30处并至少部分地延伸到护套60中以完成加热器组件的密封构件62。此外，介电填充材料64设置在电阻加热元件22和护套60之间。筒式加热器的各种构造和进一步的结构和电气细节在美国专利2,831,951和3,970,822中有更详细的描述，这两个专利与本申请共同转让，其内容通过引用整体并入本文。因此，应当理解，本文所示的形式仅是示例性的，并且不应被解释为限制本公开的范围。

现在参考图2，本公开还包括控制器70，其与功率引脚40、42通信并且被配置成测量第一和第二接头50、52处的电压变化。更具体地，控制器70测量接头50、52处的毫伏(mv)变化，然后使用这些电压变化来计算加热器20的平均温度。在一种形式中，控制器70测量接头50、52处的电压变化，而不中断到电阻加热元件22的功率。这可以通过例如在ac输入功率信号的过零处进行读取来实现。在另一种形式中，功率中断，并且控制器70从加热模式切换到测量模式以测量电压的变化。一旦确定了平均温度，控制器70切换回加热模式，这将在下面更详细地描述。更具体地，在一种形式中，双向晶闸管(triac)用于切换到加热器20的功率，并且在功率信号的过零处或附近收集温度信息。在本公开的范围内，可以采用其它形式的ac开关器件，因此双向晶闸管的使用仅仅是示例性的，不应被解释为限制本公开的范围。

可替代地，如图3所示，fet72用作开关器件和在具有dc电源的fet的截止周期期间测量电压的装置。在一种形式中，使用三个(3)相对大的电阻器73、74和75来形成用于测量电路76的保护电路。应当理解，该开关和测量电路仅仅是示例性的，并且不应当被解释为限制本公开的范围。

再参考图2，一对引线80连接至第一功率引脚40与第二功率引脚42。在一种形式中，引线80的材质相同，例如铜。提供引线80以减少到达控制器70所需的功率引脚的长度，同时由于接头82和84处的不同材料而引入另一接头。在这种形式中，为了使控制器70确定正在测量哪个接头的电压变化，可以采用信号线86和88，使得控制器70在信号线86和88之间切换以识别正在测量的接头。可替代地，可以取消信号线86和88，并且可以忽略或通过控制器70中的软件补偿引线接头82和84两端的电压变化。

现在参照图4，本公开的教导也可应用于具有多个区域90、92和94的加热器20'。每个区包括其自己的一组功率引脚40'、42'和如上所述的电阻加热元件22'(为了清楚起见，仅示出了一个区90)。在这种多区加热器20'的一种形式中，控制器70(未示出)将与每个区的端部96、98和100通信，以检测电压变化，并因此确定该特定区的平均温度。可替代地，控制器70可以仅与端部96通信，以确定加热器20'的平均温度以及是否存在水分，如上所述。尽管示出了三(3)个区域，但是应当理解，可以采用任何数量的区域，同时保持在本公开的范围内。

现在转到图5，本公开的教导还可以应用于多个单独的加热器100、102、104、106和108，其可以是筒式加热器，并且如图所示依次连接。每个加热器包括不相似的功率引脚与电阻加热元件的第一和第二接头，因此每个加热器100、102、104、106和108的平均温度可以由控制器70确定，如上所述。在另一种形式中，加热器100、102、104、106和108中的每一个具有其自己的功率供应引脚，并且单个功率返回引脚连接到所有加热器，以降低这种多加热器实施例的复杂性。在这种形式的筒式加热器中，每个芯将包括容纳用于每个连续加热器的功率供应引脚的通道。

现在参考图6和图7，根据本公开的另一形式，电阻加热元件110的节距可以变化，以提供沿着加热器120的定制的热分布。在一种形式中(图5)，电阻加热元件110限定了沿其长度连续可变的节距。更具体地说，电阻加热元件110具有连续可变的节距，能够适应在紧邻的下一个360度线圈环上的节距p4-p9的增加或减小。电阻加热元件110的连续可变节距提供加热器表面(例如，护套112的表面)的通量密度的逐渐变化。尽管该连续可变间距的原理被示出为应用于具有填充的绝缘材料114的管状加热器，但是该原理也可应用于任何类型的加热器，包括但不限于如上所述的筒式加热器。另外，如上所述，第一功率引脚122由第一导电材料制成，第二功率引脚124由与第一功率引脚122的第一导电材料不相似的第二导电材料制成，而电阻加热元件110由与第一功率引脚122和第二功率引脚124的第一导电材料和第二导电材料不同的材料制成，使得检测第一接头126和第二接头128处的电压变化以确定加热器120的平均温度。

在另一种形式中(图7)，电阻加热元件130在区a、区b和区c中分别具有节距p1、p2和p3。p3大于p1，p1大于p2。电阻加热元件130沿每个区的长度具有恒定的节距，如图所示。类似地，第一功率引脚132由第一导电材料制成，第二功率引脚134由与第一功率引脚132的第一导电材料不相似的第二导电材料制成，而电阻加热元件130由与第一功率引脚132和第二功率引脚134的第一导电材料和第二导电材料不同的材料制成，使得检测第一接头136和第二接头138处的电压变化以确定加热器120的平均温度。

参照图8，这里描述的加热器和两用功率引脚具有多种应用，包括例如热交换器140。热交换器140可包括一个或多个加热元件142，并且加热元件142中的每一个还可包括如上文所示和所述的区域或可变节距电阻加热元件，同时保持在本公开的范围内。应当理解，热交换器的应用仅仅是示例性的，并且本公开的教导可以用于其中提供热同时还需要温度测量的任何应用中，无论该温度是绝对的还是用于诸如如上所述的水分的存在的另一环境条件。

如图9所示，本公开的教导也可以应用于其它类型的加热器，例如层状加热器150。通常，层状加热器150包括施加到基材154上的介电层152、施加到介电层152上的电阻加热层156、施加到电阻加热层156上的保护层158。在电阻层158的迹线的一端和第一引线162(为了清楚起见，仅示出了一端)之间形成了接头160，并且类似地，在另一端处形成了第二接头，并且遵循如上所述的本公开的原理，检测这些接头处的电压变化，以确定加热器150的平均温度。这种层状加热器在美国专利8,680,443中有更详细的说明和描述，该专利与本申请共同转让，其内容通过引用整体并入本文。

根据本公开的教导，替代或附加于上述筒式、管状和层状加热器，也可以使用其它类型的加热器。这些附加类型的加热器可以包括，例如，聚合物加热器、柔性加热器、伴热(heattrace)和陶瓷加热器。应当理解，这些类型的加热器仅仅是示例性的，并且不应当被解释为限制本公开的范围。

现在参照图10，示出了根据本公开的教导的控制至少一个加热器的方法。该方法包括：

(a)激活加热模式，以向功率供应引脚提供功率，功率供应引脚由第一导电材料制成，并且通过功率返回引脚返回功率，功率返回引脚由与第一导电材料不相似的导电材料制成；

(b)向功率供应引脚供应功率，向具有两端并且由与功率供应引脚和功率返回引脚的第一导电材料和第二导电材料不同的材料制成的电阻加热元件供电，电阻加热元件在一端处与功率供应引脚形成第一接头并且在其另一端处与功率返回引脚形成第二接头，并且进一步通过功率返回引脚供应功率；

(c)测量第一接头和第二接头处的电压变化以确定加热器的平均温度；

(d)基于在步骤(c)中确定的平均温度，根据需要调节供应给加热器的功率；以及

(e)重复步骤(a)至(d)。

在该方法的另一种形式中，如虚线所示，当控制器切换到测量模式以测量电压变化时，中断步骤(b)，然后控制器切换回到加热模式。

本公开的又一种形式示于图11至13中，其中示出了用于流体浸没加热的加热器，并且该加热器总体上由附图标记200表示。加热器200包括配置成浸入流体中的加热部分202，加热部分202包括多个电阻加热元件204，以及与加热部分202邻接的至少两个非加热部分206、208。每个非加热部分206、208限定长度并且包括电连接到多个加热元件204的对应的多组功率引脚。更具体地说，每组功率引脚包括由第一导电材料制成的第一功率引脚212和由与第一功率引脚212的第一导电材料不相似的第二导电材料制成的第二功率引脚214。第一功率引脚212在非加热部分206、208内电连接到第二功率引脚214以形成接头220、230和240。如进一步所示，第二功率引脚214延伸进入加热部分202且电连接至对应的电阻加热元件204。此外，第二功率引脚214限定了大于对应的电阻加热元件204的横截面面积，以在第二功率引脚24与电阻加热元件204之间的连接处不产生另一接头或可测量的热量。

如进一步所示，端接部分(terminationportion)250与非加热部分206邻接，且多个第一功率引脚212离开非加热部分206且延伸到端接部分250中以用于电连接到引线和控制器(未示出)。类似于先前的描述，电阻加热元件204中的每一个由不同于第一和第二功率引脚212、214的第一和第二导电材料的材料制成，并且其中第一功率引脚212到第二功率引脚214的接头220、230和240中的每一个被设置在沿着非加热部分206、208的长度的不同位置处。更具体地，并且通过示例的方式，接头220在距离l1处，接头230在距离l2处，并且接头240在距离l3处。

如图13所示，接头220、230和240的温度随时间“t”变化，接头220浸没在流体f中，接头230浸没在流体中但没有那么深，并且接头240没有浸没。因此，检测在接头220、230和240中的每一个处的电压的变化可以提供相对于加热部分202的流体水平的指示。尤其是当流体是烹饪/油炸锅应用中的油时，希望加热部分202在操作期间不暴露于空气，以便不引起火灾。利用根据本公开的教导的接头220、230和240，控制器可以确定液位是否太靠近加热部分202，并且因此断开加热器200的功率。

尽管在该示例中示出了三(3)个接头220、230和240，但是应当理解，可以采用任何数量的接头，同时保持在本公开的范围内，只要接头不在加热部分202中。

现在参照图14，本公开的又一种形式包括如图所示布置在加热器系统270的区中的多个加热器芯300。在该示例性形式中的加热器芯300是如上所述的筒式加热器，然而，应当理解，也可以采用如本文所述的其它类型的加热器。因此，本公开的这种形式的筒式加热器构造不应被解释为限制本公开的范围。

如图所示，每个加热器芯300包括多个功率引脚301、302、303、304和305。与上述形式类似，功率引脚由不同的导电材料制成，更具体地，功率引脚301、304和305由第一导电材料制成，功率引脚302、303和306由与第一导电材料不相似的第二导电材料制成。如进一步所示，至少一个跳线320连接在不同类的功率引脚之间，在该示例中，连接在功率引脚301和功率引脚303之间，以获得跳线320位置附近的温度读数。跳线320可以是例如足以获得指示跳线320的位置附近的温度的毫伏信号的引线或其他导电构件，其也与控制器70通信，如上所示和所述。可以在不同类的功率引脚之间使用任意数量的跳线320，并且在区3和区4之间的功率引脚303和功率引脚305之间的跳线322处示出另一位置。

在该示例性形式中，功率引脚301、303和305分别是相邻功率引脚302、304和306之间的加热器电路的中性支路(neutralleg)。更具体地说，区1中的加热器电路将在功率引脚301和302之间，在这些电源引脚之间具有电阻加热元件(例如，图1中所示的元件22)。区2中的加热器电路将位于功率引脚303和304之间，其中电阻加热元件位于这两个功率引脚之间。类似地，区3中的加热器电路将位于功率引脚305和306之间，电阻加热元件位于这两个功率引脚之间。应当理解，这些加热器电路仅仅是示例性的，并且根据上述筒式加热器的教导并参考图1来构造。

现在参考图15，在一种形式中，加热器400被配置成包括主感测接头，该主感测接头可以布置在加热器400内或加热器400外以用于测量温度。加热器400包括电阻加热元件402、第一功率引脚404和第二功率引脚406。电阻加热元件402具有第一端和第二端。第一功率引脚402连接至电阻加热元件402的第一端以形成第一接头408，且第二功率引脚406连接至电阻加热元件402的第二端以形成第二接头410。第一功率引脚404和第二功率引脚406可操作以通过控制器向加热元件402供应功率。

第二功率引脚406包括第一引线412和第二引线414。第一引线412连接到电阻加热元件402的第二端以形成第二接头410，第二引线414连接到第一引线412以在第一参考区形成主感测接头416。第二引线414被配置成通过第一引线412将电阻加热元件402连接到控制器。

在一种形式中，第一引线412和第二引线414由不相似的导电材料制成，或者更具体地，由具有不同泽贝克系数(seebeckcoefficient)的材料制成。例如，可以使用镍合金、铁、康铜、或类似物的各种组合。第一引线412和第二引线414的材料差异在图15中由不同类型线表示(例如，第二引线414的虚线和第一引线412的点划线)。由于材料不同，主感测接头416实际上是热电偶，以产生电压变化，测量该电压变化以确定第一参考区的温度。因此，在这种形式中，用于连接到电阻加热元件402的接头408和410与感测位置分离。因此，加热器400不限于检测加热元件402的端部处的温度，并且可以在加热器400内的各个位置处检测温度测量。此外，在一种形式中，第一引线412和第二引线414被配置成具有在加热器400外部的主感测接头416。

如关于图2所讨论的，控制器(图15中未示出)与第一功率引脚404和第二功率引脚406通信，并且被配置成经由功率引脚404和406向电阻加热器元件402供应功率。控制器还被配置成基于由感测接头416使用材料的泽贝克系数产生的电压变化来计算第一参考区处的温度。

在一种形式中，电阻加热元件402、第一功率引脚404和第二功率引脚406的第一引线412由相同的导电材料或具有相似的泽贝克特性(即，基本相同的泽贝克系数)的材料制成。因此，由第一接头408和第二接头410产生的电压变化基本上为零，并且由控制器确定的温度测量基于由主感测接头416产生的电压变化。

在另一种形式中，电阻加热元件402、第一功率引脚404和/或第二功率引脚406的第一引线412由不同的导电材料制成。在这种配置下，第二引线414的材料被选择为使得第二引线414的泽贝克系数与电阻加热元件402、第一功率引脚404、第二功率引脚406的第一引线412的泽贝克系数最不相似。因此，主感测接头416被提供作为总体温度测量的最大贡献者，并且来自第一和第二接头408和410的任何温度测量被最小化。

如上所述，可以在功率信号的过零处检测温度。可替代地，控制器被配置成在加热模式与测量模式之间切换，其中加热模式用于将功率引导到电阻加热元件，测量模式用于测量主感测接头处的电压变化以确定参考区处的温度。

参考图16，在一种形式中，加热器420包括两个彼此接近的感测接头，以检测两个感测接头之间的虚拟点处的温度。这里，加热器420包括电阻加热元件422、第二功率引脚424和第一功率引脚426。电阻加热元件422包括第一端和第二端。第一功率引脚426与加热元件422的第一端形成第一接头428，且第二功率引脚424与加热元件422的第二端形成第二接头430。第二功率引脚424以与图15的第二功率引脚406类似的方式配置，且因此包括连接至电阻加热元件422以形成第二接头430的第一引线432，以及连接至第一引线432以在加热器420内的第一参考区处形成第一主感测接头440的第二引线434。

在这种形式中，第一功率引脚426以与第二功率引脚424类似的方式配置，并且包括两条引线(即，第三引线436和第四引线438)以形成感测接头。更特别地，第三导线436连接至电阻加热元件422的第一端以形成第一接头428，并且第四引线438与第三引线436在第二参考区处形成第二主感测接头442。第二主感测接头442设置在加热器420的第二参考区，该第二参考区邻近并靠近具有第一主感测接头440的第一参考区。虽然感测接头440和442设置在加热器420内，但是感测接头440和442也可以设置在加热器420外。

与第二功率引脚424相似，第三引线436的导电材料与第四引线438的导电材料不同，且与第二功率引脚424的第二引线434的导电材料不同。因此，第二主感测接头442实际上是与第一主感测接头结合使用的热电偶，以确定第一和第二参考区之间的温度。此外，电阻加热元件422、第二功率引脚424的第一引线432以及第一功率引脚426的第三引线436是由相同的导电材料或具有相似泽贝克特性的材料制成，使得第一接头428与第二接头430所产生的电压变化基本上为零，且控制器所决定的温度测量是基于感测接头440与442处的电压变化。

控制器(图16中未示出)被配置成经由第一功率引脚426和第二功率引脚424向加热元件422供应功率，并且基于由两个感测接头440和442产生的电压变化来测量在接头440和442之间的虚拟点处的温度。在一种形式中，假定第一和第二参考区处的温度基本上相同，并且因此，由控制器检测的温度与第一和第二参考区之间的虚拟点相关联。

参考图17a和图17b，在一种形式中，主感测接头设置在筒式加热器中，用于测量加热器外部的虚拟点处或加热器内的参考区处的温度。图17a示出了筒式加热器450，其包括金属丝形式的电阻加热元件452、第一功率引脚454和第二功率引脚456。筒式加热器450被配置为包括设置在加热器450外部的两个感测接头，以测量两个感测接头之间的虚拟点处的温度。

更特别地，在一种形式中，电阻加热元件452缠绕或布置在非导电部分(或这种形式的芯)周围，如参考图1所讨论的。第一功率引脚454包括第一引线458和第二引线460。第一引线458连接到电阻加热元件452的第一端以形成第一接头462，并且第二引线460在加热器450外部的第一参考区处与第一引线458形成第一主感测接头464。第二功率引脚456包括第三引线466与第四引线468。第三引线466连接到电阻加热元件452以形成第二接头470。第四引线468连接到第三引线466，以在加热器450外部的第二参考区处形成第二主感测接头472。第一和第二主感测接头464和472彼此相邻且接近地定位。

在一种形式中，电阻加热元件452、第一功率引脚454的第一引线458以及第二功率引脚456的第三引线466由相同的材料或具有相似泽贝克特性的材料制成，并且与第一功率引脚454的第二引线460和第二功率引脚456的第四引线468的材料不同。此外，第一功率引脚454的第二引线460的材料不同于第二功率引脚456的第四引线468的材料。因此，第一和第二主接头464和472作为热电偶操作，以检测两个接头464和472之间的虚拟点处的温度。

图17b示出了筒式加热器480，其具有位于加热器内的一个主感测接头。筒式加热器480包括具有两个端部的电阻加热元件482、第一功率引脚484和第二功率引脚486。第一功率引脚484与加热元件482的第一端形成第一接头488，且第二功率引脚486与加热元件482的第二端形成第二接头490。与图15的加热器类似，第二功率引脚486包括由不同材料制成(即具有不同的泽贝克系数)的第一引线492和第二引线494。第一引线492连接到电阻加热元件482的第二端以形成第二接头490，第二引线494连接到第一引线492以在加热器480内的第一参考区形成主感测接头496。因此，主感测接头490可作为热电偶操作，以测量第一参考区的温度。

在一种形式中，电阻加热元件482、第一功率引脚484和第二功率引脚486的第一引线492由相同的导电材料或具有相似泽贝克特性的材料制成。因此，由第一接头488和第二接头490产生的电压变化基本上为零，并且由控制器确定的温度测量基于由主感测接头490产生的电压变化。

参考图18，本公开的主感测接头也可以用作热通量传感器的一部分，以估计加热器的内表面和加热器的外表面之间的温度。更具体地说，在一种形式中，加热器500可操作以加热流经管道的流体(例如气体)，并且包括电阻加热(即，热)元件502(以虚线示出)、第一功率引脚504和第二功率引脚506。虽然图18中未完全示出，但电阻加热元件502被配置成延伸穿过加热器500，并由盖保护。第一功率引脚504和第二功率引脚506延伸到加热器500的盖中，以分别与加热元件502的第一端形成第一接头以及与加热元件502的第二端形成第二接头。

电阻加热元件502是“双线”加热元件，使得其用作加热器和温度传感器。例如，在与本申请共同转让的美国专利7,196,295中公开了这种双线能力，该专利的全部内容通过引用并入本文。通常，对于双线系统，加热元件502由高电阻温度系数(tcr)材料制成。控制器(图18中未示出)与第一和第二功率引脚504和506通信，并且被配置为测量功率引脚504和506两端的电压(即，mv)变化。使用电压变化，控制器计算电阻加热元件502的平均温度(例如，大约r1)。

第一功率引脚504包括第一引线508和第二引线510，它们由不同的材料制成(即，具有不同的泽贝克系数)。第一引线508与加热元件502形成第二接头，第二引线510与第一引线508在沿着加热器500的外表面(即，r2)(即，沿着与加热元件502的平面不同的平面)的第二参考区处形成主感测接头512。因此，主感测接头512可作为热电偶操作，以基于由感测接头512产生的电压变化测量第二参考区处的温度。电阻加热元件502、第二功率引脚506、第一功率引脚504的第一引线508由相同材料或具有相似泽贝克特性的材料制成。

在一种形式中，控制器被配置为基于加热元件502的温度测量、主感测接头512处的温度以及从控制器递送到加热器500的功率来估计加热器500的内表面(即，第一参考区)与外表面(第二参考区)之间的虚拟点处的温度。更特别地，控制器使用功率引脚506和504两端的电压变化来确定第一参考区处的加热元件的平均温度，如关于双线系统所描述的。控制器还基于由主感测接头512产生的电压变化以及第一引线508和第二引线510的泽贝克系数确定第二参考区的温度。使用这两个测量值、所提供的功率以及加热器几何形状，控制器可以计算在加热器500中的期望位置(例如，加热器内的任何位置)处的第三参考区处的温度。另外，如果加热器500的几何形状是已知的，则控制器也可以被配置为确定加热器500的内表面和外表面之间的热通量。热通量可用于例如检测冷流体的进入区域、调节温度设定点和/或其它合适的系统控制。虽然加热器500被图示为管，但是加热器可以被配置为其他合适的形状(例如，平板)并且仍然在本公开的范围内。

此外，在一种形式中，在加热器500通电之前，加热器500基本上处于室温，使得主感测接头512处于与高tcr元件导线(即，加热元件502)相同或基本上相同的温度。控制器被配置成使用主感测接头512测量温度，并且进一步测量加热元件502的电阻。控制器将加热器500的电阻与由主感测接头512测量的温度相关联，并且使用该基准值来将其它电阻转换成温度，从而校准加热器元件502。

参照图19，主感测接头可以以各种合适的方式配置，以改进沿表面的温度测量。例如，在一种形式中，主感测接头550由不同材料制成的第一引线552和第二引线554形成。感测接头550具有平面形状(即，平坦的)并且被导热材料(例如，铜)的热扩散器556围绕，以改善与表面的热接触并且扩散来自加热元件的热。

本公开的主感测接头作为热电偶操作，以使得能够在加热器内甚至加热器外的不同位置处进行温度测量。因此，温度测量不限于加热元件的端部。此外，加热器不再需要分立的温度传感器，从而降低了加热器的复杂性。

应当注意，本公开不限于作为示例描述和示出的实施例。已经描述了多种修改，并且更多的修改是本领域技术人员的知识的一部分。这些和进一步的修改以及技术等效物的任何替换可以被添加到说明书和附图，而不脱离本公开和本专利的保护范围。