CN102436278A - 电加热器及其控制装置 - Google Patents

Abstract

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，进一步包括电阻检测电路和加热控制电路：所述电阻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阻值；所述加热控制电路用于根据所述加热电路的当前电阻值，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。

Description

电加热器及其控制装置

技术领域

本发明涉及电加热器，尤其涉及一种基于电阻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，进一步包括电阻检测电路和加热控制电路：

所述电阻检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电阻值；

所述加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电阻值，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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值高于第一预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值低于第二预定阀值时，所述加热控制电路闭合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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值低于第三预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值高于第四预定阀值时，所述加热控制电路闭合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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值低于至少一预定阀值时，所述加热控制电路提高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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值高于至少一预定阀值时，所述加热控制电路提高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，所述控制装置还包括：

控制元件，用于在交流电处于预定波段时不导通；

脉冲电路，用于在所述交流电处于不导通状态的所述预定波段时，向所述加热电路施加一脉冲；

所述电阻检测电路，通过所述脉冲来检测所述加热电路的当前电阻值。

根据本发明所述的电加热器，所述控制元件为单向控制元件，用于在所述交流电处于正半波时导通，所述交流电处于负半波时不导通；

所述控制装置还包括过零检测电路，用于在所述交流电由正半波过第一零点至负半波时，检测出所述第一零点；

所述脉冲电路，用于在所述过零检测电路检测出所述交流电处于所述第一零点时，向所述加热电路施加一脉冲。

根据本发明所述的电加热器，所述控制元件为双向控制元件，用于在若干周期的所述交流电中处于某一半波时不导通，而在若干周期的所述交流电的其他半波时导通；

所述控制装置还包括过零检测电路，用于在若干周期的所述交流电由导通半波过第二零点至不导通半波时，检测出所述第二零点；

所述脉冲电路，用于在所述过零检测电路检测出所述交流电处于所述第二零点时，向所述加热电路施加一脉冲。

本发明还提供一种应用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：

电阻检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电阻值；

加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电阻值，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，通过电阻检测电路来检测加热电路的电阻值变化，再由加热控制电路根据所述电阻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。

附图说明

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电加热器的控制装置的结构示意图；

图4A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4B是本发明第二实施例中电加热器的交流电示意图；

图4C是本发明第二实施例中电加热器的逻辑控制图；

图5A是本发明第三实施例中电加热器的控制装置的结构示意图；

图5B是本发明第三实施例中电加热器的交流电示意图；

图6是本发明第四实施例中电加热器的温度与电阻值的关系曲线图；以及

图7是本发明第四实施例中电加热器的工作状态曲线图。

具体实施方式

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，即电阻的当前温度改变时，当前电阻值也会相对变化。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进一步包括电阻检测电路11和加热控制电路12：

电阻检测电路11，用于在加热电路20工作时，检测加热电路20的当前电阻值。

加热控制电路12，用于根据加热电路20的当前电阻值，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。

图3是本发明第一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：

控制元件13，用于在输入电加热器100的交流电处于预定波段时不导通，所述预定波段可以每个交流电周期的一个半波、一个四分之一波等，也可以是若干交流电周期的一个全波、一个半波、一个四分之一波等。所述交流电优选为220V的市电。

脉冲电路14，用于在交流电处于不导通状态的预定波段时，向加热电路20施加一脉冲。

电阻检测电路11，通过所述脉冲来检测加热电路20的当前电阻值。

加热控制电路12，用于根据加热电路20的当前电阻值，来控制加热电路20工作。

图4A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，所述电加热器100采用厚膜电加热器，所述控制元件13采用单向控制元件131，所述单向控制元件131用于在交流电处于正半波时导通，交流电处于负半波时不导通。该单向控制元件131优选为单向可控硅，利用单向可控硅作为开关管，具有开关速度快，无触点开关，寿命长等特点。

控制装置10还包括过零检测电路15，该过零检测电路15用于在交流电由正半波过第一零点至负半波时，检测出该第一零点。

脉冲电路14，用于在过零检测电路15检测出交流电处于第一零点时，向加热电路20施加一脉冲。

电阻检测电路11，通过脉冲来检测加热电路20的当前电阻值。

加热控制电路12，用于根据加热电路20的当前电阻值，来控制加热电路20工作。

上述第二实施例的工作原理为：如图4B和图4C所示，市电(220V交流电)输入电加热器100，当交流电处于正半波时，单向控制元件131导通，电加热器100工作，当交流电处于负半波时，单向控制元件131不导通，此时为测量电阻时间。当交流电由正半波过零点至负半波时，采用过零检测电路15来检测交流电零点，检测到零点后，通过电路板的辅助电源给加热电路20施加一个脉冲，而后优选采用桥式电路测量加热电路20的阻值，并与预设定的值进行比较判断，若高于或低于预定电阻值，可通过开关元件断开或者闭合施加在加热电路20的电源。

图5A是本发明第三实施例中电加热器的控制装置的结构示意图，所述电加热器100采用厚膜电加热器，所述控制元件13采用双向控制元件132，该双向控制元件132用于在若干周期的交流电中处于某一半波时不导通，而在若干周期的交流电的其他半波时导通。

控制装置10还包括过零检测电路15，用于在若干周期的交流电由导通半波过第二零点至不导通半波时，检测出该第二零点。

脉冲电路14，用于在过零检测电路15检测出交流电处于第二零点时，向加热电路20施加一脉冲。

上述第三实施例的工作原理为：采用过零检测电路15检测交流电的零点，如图5B所示，在若干个零点周期内，只间隙性地触发双向控制元件132导通，在不导通的半波内，通过电路板的辅助电源给加热电路20施加一个脉冲，优选采用桥式电路测量加热电路20的阻值，当然还可以通过其他方法来检测加热电路20的阻值；并与预设定的值进行比较判断。

当然，本发明还可以采用其他其它方法测量加热电路20的阻值，不给加热电路20施加脉冲，而是利用加热电路20的电阻特性，通过常规方式计算得出。例如，所述电阻检测电路11可进一步包括：电压检测子电路，用于检测加热电路20的当前电压值；电流检测子电路，用于检测加热电路20的当前电流值；电阻计算子电路，用于将加热电路20的当前电压值除以加热电路20的当前电流值，计算出加热电路20的当前电阻值。具体可采用伏安法、桥式电路、半偏法、等效替代法、分压法、公式计算法等，此处不再赘述。

在本发明第四实施例中，加热电路20具有正电阻温度系数特性。当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻值高于第一预定阀值(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。当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻值低于第二预定阀值(预定值b)时，加热控制电路12闭合施加在加热电路20的电源。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，当控制装置10检测到加热电路20的电阻值高于预定值a时，控制装置10内部的开关断开加热电路20的电源，此时电加热器100停止工作；由于电加热器100的自身散热或被加热物体的吸热，加热电路20的温度将逐渐降低，加热电路20的电阻也随之降低，当控制装置10检测到加热电路20的电阻值低于预定值b时，控制装置10内部的开关闭合加热电路20的电源，此时电加热器100开始工作；因此电加热器100在预定值a与b之间，循环地断开、加热。

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正常工作电阻值是c，将预定值a的值大于电加热器100正常工作时的电阻值c，预定值b小于电加热器100正常工作的电阻值c；即a＞c＞b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。当液体烧干或部分烧干时，电加热器100处于非常正常情况，此时的阻值因温度的升高而升高，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，导致损坏。

在要求电加热器100恒温的场合时，假设电加热器100恒温相应的电阻值是c，当c和a与b的差值相当小于时，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。(预定值a＞b)

例如，一厚膜电加热器100，常温加热电路20电阻值(T1＝25℃)是R1＝20Ω，加热电路20的TCR＝1500PPM，电加热器100使用温度是T2＝350℃在电加热器100正常工作时的电阻值是：R2＝29.75Ω；

R₂＝R₁+R₁×(T₂-T₁)×a(a是电阻温度系数)

控制装置10设定两个预定的电阻值，预定值a＝29.75Ω预定值b＝28.0Ω

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度，此时加热电路20的电阻值达到29.75Ω；控制装置10检测到此数据后，即时断开加热电路20的电源，电加热器100停止工作；加热电路20电阻值开始下降，当控制装置10检测到加热电路20的电阻值达到28.0Ω时，即时闭合加热电路20的电源，电加热器100开始工作，如图6所示。

用电加热器100的功率和时间来表示电加热器100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℃升温到350℃时间t1，电加热器100从停止工作到开始工作时间为t2，如图7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。

在本发明第五实施例中，加热电路20具有负电阻温度系数特性。当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻值低于第三预定阀值(预定值d)时，加热控制电路12断开施加在加热电路20的电源；当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻值高于第四预定阀值(预定值e)时，加热控制电路12闭合施加在加热电路20的电源。具有负电阻温度系数的电加热器100工作时，加热电路20的电阻值会随着温度的升高而变小，当控制装置10检测到加热电路20的电阻值低于预定值d时，控制装置10内部的开关断开加热电路20的电源，电加热器100停止工作；由于电加热器100的自身散热或被加热物体的吸热，加热电路20的温度将逐渐降低，而加热电路20的电阻值会随之升高，当控制装置10检测到加热电路20的电阻值高于预定值e时，控制装置10内部的开关闭合加热电路20的电源，电加热器100开始工作；因此电加热器100在预定值d与e之间，循环地断开、加热。

在防止电加热器100干烧损坏的场合时，例如液体电加热器100；假设电加热器100正常工作电阻值是c，将预定值d的值小于电加热器100正常工作时的电阻值c，预定值e大于电加热器100正常工作的电阻值c；即e＞c＞d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。当液体烧干或部分烧干时，电加热器100处于非常正常情况，此时的阻值因温度的升高而降低，达到预定值d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，导致损坏。

在要求电加热器100恒温的场合时，假设电加热器100恒温相应的电阻值是c，当c和d与e的差值相当小于时，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。

在本发明第六实施例中，加热电路20具有正电阻温度系数特性。当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻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；当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻值低于至少一预定阀值时，加热控制电路12提高加热电路20的功率输出，直到电加热器100达到预期的温度。

在本发明第七实施例中，加热电路20具有负电阻温度系数特性。当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻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；当电阻检测电路11检测到加热电路20的当前电阻值高于至少一预定阀值时，加热控制电路12提高加热电路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，通过电阻检测电路来检测加热电路的电阻值变化，再由加热控制电路根据所述电阻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。

Claims (10)

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，进一步包括电阻检测电路和加热控制电路：

所述电阻检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电阻值；

所述加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电阻值，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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值高于第一预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值低于第二预定阀值时，所述加热控制电路闭合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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值低于第三预定阀值时，所述加热控制电路断开施加在所述加热电路的电源；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值高于第四预定阀值时，所述加热控制电路闭合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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值低于至少一预定阀值时，所述加热控制电路提高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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻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；

当所述电阻检测电路检测到所述加热电路的当前电阻值高于至少一预定阀值时，所述加热控制电路提高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，所述控制装置还包括：

控制元件，用于在交流电处于预定波段时不导通；

脉冲电路，用于在所述交流电处于不导通状态的所述预定波段时，向所述加热电路施加一脉冲；

所述电阻检测电路，通过所述脉冲来检测所述加热电路的当前电阻值。

8.根据权利要求7所述的电加热器，其特征在于，所述控制元件为单向控制元件，用于在所述交流电处于正半波时导通，所述交流电处于负半波时不导通；

所述控制装置还包括过零检测电路，用于在所述交流电由正半波过第一零点至负半波时，检测出所述第一零点；

所述脉冲电路，用于在所述过零检测电路检测出所述交流电处于所述第一零点时，向所述加热电路施加一脉冲。

9.根据权利要求7所述的电加热器，其特征在于，所述控制元件为双向控制元件，用于在若干周期的所述交流电中处于某一半波时不导通，而在若干周期的所述交流电的其他半波时导通；

所述控制装置还包括过零检测电路，用于在若干周期的所述交流电由导通半波过第二零点至不导通半波时，检测出所述第二零点；

所述脉冲电路，用于在所述过零检测电路检测出所述交流电处于所述第二零点时，向所述加热电路施加一脉冲。

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：

电阻检测电路，用于在所述加热电路工作时，检测所述加热电路的当前电阻值；

加热控制电路，用于根据所述加热电路的当前电阻值，来控制所述加热电路工作。

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