專利名稱：自我溫控保護(hù)加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其是以創(chuàng)新的加熱元件及與之相連作用的溫控器構(gòu)成一種自我溫控保護(hù)加熱器，達(dá)到比傳統(tǒng)加熱器更能瞬間提供大能量、面積小、效率高且具有定溫自我保護(hù)的功能。
背景技術(shù)：
熱能是世界上不可缺少的能源，從地?zé)?、陽光等自然界熱源溫暖地球上的種種生物，以至于我們?nèi)祟愖嫦劝l(fā)現(xiàn)能用火熟食，驅(qū)趕寒夜及野獸，皆是仰賴熱能帶給我們的好處。
而被動(dòng)地仰賴自然熱源散發(fā)熱能，或只以生火取得熱量的方式，已無法滿足昌盛的現(xiàn)代文明，現(xiàn)今人類掌握能源科技的能力提升，得以利用科學(xué)知識(shí)，工業(yè)生產(chǎn)出各種加熱器，使熱能取得更方便，更及時(shí)符合所需額定熱度。而隨著人造電力普及世界各處，最常被使用及提起的加熱器、常是指將電能轉(zhuǎn)換成熱能的一種電熱元件，不論在軍事、工業(yè)或民生上，它都是一個(gè)重要且必備的元件，加熱器所耗用的能源占全世界能源很大的比例，開發(fā)一個(gè)高效率、成本低廉的加熱元件是大家追求的目標(biāo)。
目前市而上有各式各樣的加熱器。但以市電(交流電)供電的加熱器而言還是以“電熱絲”(鎳鉻線)為主，如圖1電熱爐結(jié)構(gòu)分解圖所示，這類利用電熱絲10加熱的電器，其電熱絲10外必隔空套設(shè)一層金屬加熱體30，加熱的電熱絲10透過周圍空間20，烘熱金屬加熱體30，再由該金屬加熱體30接觸受加熱物，雖然它有成本低廉，但存有如以下所述許多缺點(diǎn)。
1、熱效率低由于熱的傳遞方式可分為傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)速度依序?yàn)閭鲗?dǎo)＞對(duì)流＞幅射，而由于電熱絲帶電故不能直接接觸被加熱物，熱的傳遞方式是以幅射為主，對(duì)流為補(bǔ)，以周圍空間內(nèi)氣體與金屬加熱體的熱對(duì)流，再與幅射傳熱到金屬加熱體，金屬加熱體的受熱傳熱路徑無法像傳導(dǎo)方式直接，很多的熱能散到無用的地方，且由于熱傳遞速率低，使電熱絲和被加熱物間溫度落差大，考慮到電熱絲會(huì)被燒毀，電熱絲不能一味加大，如此供電瓦特?cái)?shù)較小、被加熱物達(dá)到所需溫度時(shí)間拉長(zhǎng)，散到無用地區(qū)的熱能更多，效率更低，而若另以電熱絲纏繞于絕緣體(云母片)上，外面再以云母片當(dāng)絕緣體，貼于被加熱物上者，此方式固然能密切接觸，不會(huì)漏電到被加熱物，符合傳導(dǎo)性，但云母片非熱的良導(dǎo)體，熱傳遞仍不易。
2、安全性低因電熱絲在高溫中會(huì)燒熱發(fā)紅，容易產(chǎn)生火源造成災(zāi)害，且會(huì)燃燒空氣中的氧氣，持續(xù)造成微量的氣體燃燒污染，何況如電湯匙等用以煮水煮食的家電產(chǎn)品，其金屬加熱管外層金屬易受熱微量溶入溶液中，使飲用者體內(nèi)逐漸累積有害金屬物質(zhì)。
鑒于現(xiàn)有加熱器有上述種種缺點(diǎn)，本發(fā)明人乃積極研究改進(jìn)之道，經(jīng)過一番艱辛的發(fā)明過程，于是提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種自我溫控保護(hù)加熱器，其以“厚膜金屬化基板(Thick Film Metalized Substrate)方法制作，是于平面陶瓷(陶瓷A12O3)基板上，以厚膜材料印制燒結(jié)，以導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)線，以電阻Rx當(dāng)發(fā)熱體，同時(shí)以導(dǎo)電油墨或低歐姆值油墨印制溫度效應(yīng)電阻(Rs)。以陶瓷基板(是熱的良導(dǎo)體)當(dāng)絕緣體及傳熱介質(zhì)，可直接貼在被加熱物上，瞬間可提供大的瓦特?cái)?shù)(如圖2的尺寸即可提升100W)，由于油墨燒結(jié)于850℃，故可耐溫度到500℃附近度不會(huì)變質(zhì)，能直接傳導(dǎo)熱能到被加熱物，熱效率比現(xiàn)有加熱器高，此為本發(fā)明的主要目的。
再者，本發(fā)明的自我溫控保護(hù)加熱器，其低阻抗油墨(Thick Film Paste)尤其是導(dǎo)體油墨(Conductor Paste)阻抗對(duì)溫度的變化率(TemperatureCoefficient Resistance TCR)高，其變化就可用來對(duì)應(yīng)溫度的變化，使溫度調(diào)控極有彈性，且溫控器內(nèi)的溫度感應(yīng)器在同一基板上，加上控制線路可以精確控制基板溫度不超出設(shè)定的最大溫度，如此在設(shè)計(jì)上可以使加熱器瞬間能提供很大的瓦特?cái)?shù)，基板本身到達(dá)最大設(shè)定溫度時(shí)會(huì)先自我保護(hù)，待基板上溫度傳到被加熱物溫度下降時(shí)，再導(dǎo)通電熱電力，如此在基板上可恒溫在一設(shè)定溫度上，待被加熱物到達(dá)所需溫度時(shí)，反饋一信號(hào)來共同控制電熱供電導(dǎo)通，達(dá)到瞬間能提供大瓦特?cái)?shù)，自我保護(hù)及恒溫控制的功能，此為本發(fā)明的又一目的。
再者，本發(fā)明此種自我溫控保護(hù)加熱器，整體控制線路不必任何變壓器就可達(dá)成500℃以下的保護(hù)設(shè)定，耐電壓范圍廣，不易因高壓高溫?zé)龎模捎梢粸V波器串接橋式整流器將交流電整流的電源電路、一控制加熱器(即后文所述的陶瓷傳導(dǎo)電熱產(chǎn)生器)導(dǎo)通的信號(hào)觸控開關(guān)、一個(gè)陶瓷加熱器(基板上印有加熱器Rx+溫度感應(yīng)電阻Rs)、一信號(hào)放大電路、一溫度設(shè)定電路、一偵測(cè)參考電路，及一個(gè)控制電路連接而成完整的熱溫控制系統(tǒng)，詳細(xì)構(gòu)成容后敘述，其具有易于實(shí)施特點(diǎn)，此為本發(fā)明的再一目的。
另外，本發(fā)明的此種自我溫控保護(hù)加熱器，由于陶瓷本身具有傳熱耐溫，又屬于絕緣體，其以陶瓷直接接觸被加熱物，不用擔(dān)心會(huì)漏電到被加熱物，使用上安全性極高，此為本發(fā)明的另一目的。


至于本發(fā)明的詳細(xì)構(gòu)造、應(yīng)用原理、作用與功效，則參照下列依附圖所作的說明即可得到完全的了解。
圖1為現(xiàn)有電熱絲式加熱器的電熱爐結(jié)構(gòu)分解圖。
圖2為本發(fā)明自我溫控保護(hù)加熱器的平面陶瓷基板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明自我溫控保護(hù)加熱器的整體電路圖。
圖4為本發(fā)明自我溫控保護(hù)加熱器另一實(shí)施電路圖。
各圖示元件編號(hào)與名稱對(duì)照10……電熱絲 211……橋式整流器20……周圍空間220……信號(hào)觸控開關(guān)30……金屬加熱體 230……偵測(cè)參考電路100……厚膜金屬化基板 240……控制電路101……加熱電阻 250……信號(hào)放大電路102……溫度感應(yīng)電阻 260……溫度設(shè)定電路200……溫控器 300……單晶片IC210……電源電路具體實(shí)施方式
圖1所示為現(xiàn)有電熱絲式加熱器的電熱爐結(jié)構(gòu)圖示，該圖所示的結(jié)構(gòu)及使用上所造成的缺失，如前所述，此處不再贅述。
圖2為本發(fā)明自我溫控保護(hù)加熱器的平面陶瓷基板結(jié)構(gòu)示意圖，其構(gòu)成情形如前所述，此處亦不再贅述。
圖3為本發(fā)明自我溫控保護(hù)加熱器的整體電路圖，由該圖所示可知，其由一厚膜金屬化基板100、一電源電路210、一信號(hào)觸控開關(guān)220、一偵測(cè)參考電路230、一控制電路240、一信號(hào)放大電路250，及一溫度設(shè)定電路260構(gòu)成，該控制電路240可為一功能相匹配的單晶片，而該電源電路210可由一橋式整流器211將交流電整流出整體所需的供應(yīng)電力，該電路210亦可由濾波器(為常用元件，圖中未示)串接該橋式整流器211所構(gòu)成，使電源電路210的電力經(jīng)信號(hào)觸控開關(guān)220送到厚膜金屬化基板100，及厚膜金屬化基板100的內(nèi)部加熱線路。信號(hào)放大電路250連接到溫度設(shè)定電路260，再由溫度設(shè)定電路260送到控制電路240對(duì)應(yīng)輸入端，且電源電路210的電力另經(jīng)偵測(cè)參考電路230送到控制電路240另一對(duì)應(yīng)輸入端，而控制電路240輸出端連接信號(hào)觸控開關(guān)220的觸控端。至于厚膜金屬化基板100的內(nèi)部加熱線路，如圖所示，可為一加熱電阻101一端串連一溫度感應(yīng)電阻102到接地電位，信號(hào)放大電路250連接在加熱電阻101和溫度感應(yīng)電阻102之間，而加熱電阻101另一端連接信號(hào)觸控開關(guān)220，使橋式整流后的電源和信號(hào)觸控開關(guān)220和加熱電阻101和溫度感應(yīng)電阻102形成串聯(lián)回路。
由于加熱電阻101油墨TCR低(≤1100PPM)，溫度變化對(duì)回路電流變化不大，溫度感應(yīng)電阻102的TCR雖有1000PPM，但阻值太小(就試驗(yàn)條件，使加熱電阻101為200歐姆，溫度感應(yīng)阻102為0.20歐姆)對(duì)電流影響很小，整個(gè)加熱電阻101串接溫度感應(yīng)電阻102在溫度變化下，其整體阻值變化小。如能在正弦波每一周期電壓參考設(shè)定一值為一偵測(cè)點(diǎn)，在此偵測(cè)點(diǎn)可看成每周期定電壓點(diǎn)(偵測(cè)點(diǎn)設(shè)定線路)，此定電壓點(diǎn)的電流為固定不受溫度影響，又由于此定電壓點(diǎn)(此定電壓點(diǎn)簡(jiǎn)稱VL)的電流乘以溫度感應(yīng)電阻102的電阻值得出送到信號(hào)放大電路250的信號(hào)(簡(jiǎn)稱VRS)，而由于VL點(diǎn)的電流固定，VRS將隨溫度變化而改變，溫度上升時(shí)溫度感應(yīng)電阻102值上升，VRS依比例上升，反之溫度下降，VRS下降。
再通過信號(hào)放大電路205將此VRS信號(hào)放大，增大其判別能力，改變一個(gè)比較器的參考直流電壓參考，在VL點(diǎn)和VRS來比較，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，控制器240在此時(shí)間點(diǎn)會(huì)接到一個(gè)信號(hào)(該信號(hào)簡(jiǎn)稱H1)，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，控制器240在此時(shí)間會(huì)接到一個(gè)與H1相反的信號(hào)L0(該信號(hào)簡(jiǎn)稱L0)，依控制電路240在VL點(diǎn)時(shí)偵測(cè)輸入信號(hào)是H1或L0，再輸出一信號(hào)來控制信號(hào)觸控開關(guān)220，若控制電路240在VL點(diǎn)時(shí)偵測(cè)到信號(hào)L0，則觸發(fā)該開關(guān)220維持加熱電阻101導(dǎo)通，使加熱電阻101持續(xù)加熱，提升溫度，而若控制電路240在后續(xù)電波周期的VL點(diǎn)時(shí)偵測(cè)到信號(hào)H1，則觸發(fā)該開關(guān)220斷開，暫停加熱電阻101的導(dǎo)通，令溫度不再提升而降回，得以保持溫度，達(dá)到恒溫控制的效果。
另外，由于模/數(shù)(A/D)、數(shù)/模(D/A)的單晶片IC已非常成熟，可將上述三部份電路，信號(hào)放入電路250，溫度設(shè)定電路260，偵測(cè)點(diǎn)參考電路230，如圖4另一實(shí)施電路圖所示，都可整合在同一單晶片IC(300)里面(圖示標(biāo)號(hào)300框內(nèi)范圍)簡(jiǎn)化線路，其溫度設(shè)定的比較器(圖示標(biāo)號(hào)Op2者)可另輸入一改變的直流電壓參考和放大得到的VRS比較，而導(dǎo)通加熱的信號(hào)觸控開關(guān)220是以矽控整流器(SCR)來執(zhí)行，而該電路240在VL電壓參考時(shí)間點(diǎn)(由該電路240的I2端告之)去偵測(cè)上述電壓(進(jìn)入該電路240的I1端電壓)，再由電路240輸出端O1控制該矽控整流器(SCR)，驅(qū)控加熱導(dǎo)通，且該電路240的輸出端O1可由內(nèi)部程序設(shè)計(jì)每一周期至少有一微小電力導(dǎo)通來偵測(cè)VRS，再依電壓(I1)狀況控制該矽控整流器(SCR)的導(dǎo)通達(dá)恒溫保護(hù)或恒溫控制，該電路240的I3端用于配合被加熱物上的溫度傳感器線路送回的信號(hào)，當(dāng)I3＝H1/L0(H1，L0見上述說明)代表被加熱物已到達(dá)或未達(dá)到需求的溫度，由I3共同控制該矽控整流器(SCR)，達(dá)到加熱器最高溫度的自我保護(hù)和被加熱物恒溫的控制。
從上所述可知，本發(fā)明此種自我溫控保護(hù)加熱器，確實(shí)達(dá)到比傳統(tǒng)加熱器更能瞬間提供大能量、面積小、具有定溫自我保護(hù)，且不經(jīng)由金屬加熱管熱傳導(dǎo)，不會(huì)造成金屬溶入溶液傷害人體的安全功能，且未見諸公開使用，合于專利法的規(guī)定。
以上所述乃是本發(fā)明較佳具體的實(shí)施例，若依本發(fā)明的構(gòu)想所作的改變，其產(chǎn)生的功能作用，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自我溫控保護(hù)加熱器，包含一個(gè)整流電路，負(fù)責(zé)提供直流電源；一個(gè)厚膜金屬化基板，其中基板上設(shè)置有兩個(gè)電阻，一加熱電阻及一溫度感應(yīng)電阻；一個(gè)信號(hào)觸控開關(guān)，該信號(hào)觸控開關(guān)可為電子式或機(jī)械式開關(guān)，與上述整流電路、加熱電阻、溫度感應(yīng)電阻形成串聯(lián)電路，負(fù)責(zé)控制加熱電阻及溫度感應(yīng)電阻的電源供應(yīng)；一個(gè)信號(hào)放大電路，負(fù)責(zé)將作用于溫度感應(yīng)電阻上的電壓信號(hào)放大；一個(gè)溫度設(shè)定電路，用于設(shè)定溫度；一個(gè)控制電路，負(fù)責(zé)偵測(cè)、命令該信號(hào)觸控開關(guān)運(yùn)作，及一個(gè)偵測(cè)點(diǎn)參考電路，負(fù)責(zé)提供偵測(cè)時(shí)間點(diǎn)給予該控制線路；其中上述整流電路、開關(guān)、加熱電阻、及溫度感應(yīng)電阻形成串聯(lián)電路。
2.如權(quán)利要求1的自我溫控保護(hù)加熱器，其中信號(hào)觸控開關(guān)、加熱電阻、溫度感應(yīng)電阻配置成將信號(hào)觸控開關(guān)一端連接電源，另一端連接加熱電阻一端，而加熱電阻的另一端連接溫度感應(yīng)電阻。
3.如權(quán)利要求1的自我溫控保護(hù)加熱器，其中信號(hào)觸控開關(guān)、加熱電阻、溫度感應(yīng)電阻配置成將加熱電阻一端連接電源，另一端連接信號(hào)觸控開關(guān)一端，再由信號(hào)觸控開關(guān)的另一端連接溫度感應(yīng)電阻。
4.、如權(quán)利要求1的自我溫控保護(hù)加熱器，其中信號(hào)觸控開關(guān)、加熱電阻、溫度感應(yīng)電阻配置成將加熱電阻一端連接電源，另一端連接溫度感應(yīng)電阻的一端，再由溫度感應(yīng)電阻的另一端連接信號(hào)觸控開關(guān)。
5.、如權(quán)利要求1的自我溫控保護(hù)加熱器，所述信號(hào)放大電路、溫度設(shè)定電路、偵測(cè)點(diǎn)參考電路，可集成為一個(gè)單晶片IC。
全文摘要
一種自我溫控保護(hù)加熱器，特別由一厚膜金屬化基板、一信號(hào)觸控開關(guān)、一偵測(cè)參考電路、一控制電路、一信號(hào)放大電路，及一溫度設(shè)定電路，將電力經(jīng)信號(hào)觸控開關(guān)送到厚膜金屬化基板，且厚膜金屬化基板的內(nèi)部加熱線路，連通信號(hào)收入電路到溫度設(shè)定電路，再由溫度設(shè)定電路送到控制電路一對(duì)應(yīng)輸入端且電源電路的電力另經(jīng)偵測(cè)參考電路送到控制電路另一對(duì)應(yīng)輸入端，而控制電路輸出端連通訊觸控開關(guān)的觸控端，由此構(gòu)成，達(dá)到比傳統(tǒng)加熱器更能瞬間提供大能量、面積小、效率高，具有定溫自我保護(hù)。
文檔編號(hào)H05B1/00GK1549653SQ03123709
公開日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者蔡宜雄 申請(qǐng)人:車王電子股份有限公司