CN100418687C - 电烙铁及其温度控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种电烙铁及其温度控制方法。该电烙铁包括构成热电偶的中空烙铁头和置于其中的电加热元件，第二导线将加热元件与中空烙铁头相连，在结合点处形成热电偶的热端，而热电偶的冷端分别通过第一导线、第三导线与加热温控单元相连。加热温控单元控制供电单元间断供电给电加热元件，在两次供电的间隙，检测反映所述结合点温度的热电偶信号，根据检测到的热电偶信号控制下一时刻输送给电加热元件的电功率。实施本发明的电烙铁及其温度控制方法，可以直接检测电烙铁头本身的温度，测量数据更加直接、准确；且加热与检测共用一对导线，节省成本、简化工艺。本发明特别适合于体积小、温度控制要求高的电烙铁的应用场合，也可用于其它需要温度控制的电烙铁。

Description

电烙铁及其温度控制方法
技术领域
本发明涉及电加热技术，具体涉及一种加热和感温一体化、采样和加热交替进行的电烙铁及其加热温控方法。
背景技术
传统的电烙铁，为进行温度控制需要设置专门的温度传感元件，控制装置根据温度传感元件提供的反映温度的电信号，控制电加热元件的电功率，进而达到控制温度的目的。在控制单元与加热部分为可拆分结构情况下，加热与控制部分之间除了要有供电的连线外还需要传感温度信号的连线，在一条共用情况下，也需要3根连线；3根连线增加了安装的复杂度，降低了可靠性；另一方面，也增加了体积和成本。
名称为“加热器-传感器复合装置”中国发明专利申请(公开号CN1196554A、公开日1998年10月21日)公开了一种可以检测出钎焊烙铁尖端温度的加热器-传感器复合装置，其解决了上述加热与控制部分之间至少需要3根连线的问题，仅使用2根连线。但是，该加热器-传感器复合装置只能检测到烙铁尖端内侧附近的温度，其与烙铁本身的温度有一定差别。从而使温度控制过程变得较为复杂度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种可直接检测烙铁头本身的温度、且控制单元与加热部分连线少、制作工艺简单和成本低的可温度控制的电烙铁及其温度控制方法。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种电烙铁，包括中空结构的金属烙铁头和加热温控单元，其特征在于，所述烙铁头1的中空部分装有电加热元件2，该电加热元件2有两个引出导线21、22，其中一个引线21构成与所述加热温控单元的一个连接端子，另一个引线22在与烙铁头1结合处形成双金属热电偶感温元件3，所述烙铁头1的另一点上引出与所述加热温控单元连接的另一个连接端子23，选择所述电加热元件2与所述烙铁头1接触传导的金属不同于烙铁头1金属使该双金属热电偶感温元件3能够产生反映温度热电偶温感信号，所述加热温控单元在给电加热元件2两次供电的间隙，隔离供电部分与电加热元件2的电信号的同时，检测所述热电偶感温元件3产生的电信号并据此控制下次输出到电加热元件2的电功率。
在上述按照本发明提供的电烙铁中，所述电加热元件2与烙铁头1中空内壁之间设有传热的电绝缘层4。
在上述按照本发明提供的电烙铁中，所述电加热元件2包括绝缘柱芯以及缠绕在该绝缘柱体上的电热丝。
在上述按照本发明提供的电烙铁中，所述烙铁头与加热温控单元的两个电连接是内芯/外套的双电极接插结构。
在上述按照本发明提供的电烙铁中，所述电偶感温元件3形成于远离烙铁头端部的尾部位置或靠近烙铁头焊接部的内端位置。
在上述按照本发明提供的电烙铁中，所述加热温控单元包括输出端通过单向隔离单元6连接到烙铁头端子(21、23)的受控功率供给单元7，接收热电偶信号的微伏放大单元8、输入端连接微伏放大单元8输出端的A/D转换单元9、输入端连接A/D转换单元9输出端口的CPU单元10，还包括连接在CPU单元10输入端的调温单元11以及分别连接在CPU单元10输出端口的D/A转换单元12和温度显示单元13，所述D/A转换单元12的输出端连接到所述受控功率供给单元7。
在上述按照本发明提供的电烙铁中，所述加热温控单元包括输出端通过单向隔离单元6连接到烙铁头端子(21、23)的受控功率供给单元7和直接接收热电偶信号的微伏放大单元8、输入端连接微伏放大单元8输出端的A/D转换单元9以及输入端连接A/D转换单元9输出端口的CPU单元10，CPU单元10输出端直接连接所述受控功率供给单元7。
本发明另一目的这样实现，构造一种电烙铁温度控制方法，包括以下步骤，以金属电加热元件以及通过导线与其结合的另一种金属制成的中空烙铁头形成的热电偶为感温元件，从所述烙铁头直接取样温度传感信号；在给电加热元件两次供电的间隙，在隔离供电部分与电加热元件的电信号的同时检测所述热电偶产生的电信号；以该反映温度的电信号为依据控制下一次输出到电加热元件的电功率。
实施按照本发明提供的电烙铁及其温度控制方法，由于在烙铁头中，将烙铁电加热元件中的电阻率较高的材料与另一中电阻率较低的金属材料结合而形成热电偶，使得可以直接检测烙铁头温度，并使得电加热元件可与温度传感的热电偶结合一体制成，使得加热/传感与控制单元的连接简化到只要2根连线，并使温度传感和加热交替进行。本发明的技术方案特别适合于体积小、温度控制要求高的电烙铁的应用场合，也可用于其它需要温度控制的电烙铁，同时可简化工艺，降低成本。
附图说明
图1是本发明电烙铁的烙铁头第一实施例的结构示意图；
图2是本发明电烙铁的烙铁头第二实施例的结构示意图；
图3是本发明电烙铁的逻辑框图；
图4是本发明电烙铁另一种逻辑框图；
图5是本发明电烙铁的采样/加热温控时序示意图；
图6是实现本发明电烙铁温度控制的流程示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的电烙铁有一个中空结构的烙铁头1，该烙铁头采用热电的良导体金属或金属合金制成，例如，铜或铜合金。如图1所示，烙铁头1的中空部分有圆柱形电加热元件2，该电加热元件2有两个引出导线21和22，其中一个引线21构成与加热温控单元的一个连接端子，另一个引线22，在与烙铁头1结合处形成双金属热电偶感温元件3，由于烙铁头1和诸如电热丝的电加热元件的材料属于两种不同的金属，两种不同的金属的结合点，在温度变化时，会产生电动势，这样，通过这种热电偶电动势的检测可以检测到温度的变化，也称为双金属热电偶。烙铁头1的另一点上的引出与加热温控单元连接的另一个连接端子23。在电加热元件2与烙铁头1中空内壁之间有电绝缘的导热层。图1和图2的不同在于，图1的电偶感温元件3形成于远离烙铁头端部的尾部位置，优点是加工容易，缺点是温度传感点离烙铁头焊接温度有误差；图2的电偶感温元件3形成于靠近烙铁头焊接部的内端位置，优点是可近似传感烙铁头焊接部分的温度，缺点是加工难度大。无论哪一种结构，由于将烙铁头1金属载热导电功能、电加热元件2的加热及与烙铁头1金属形成的双金属热电偶感温元件3有机结合一体，使得结构上更简洁，即烙铁头与加温控制部分只需要2个连接，即标号23和21的联线，具体实现时，可以采用内芯外套或类似结构实现烙铁头与收柄部分的插接，加热温控部分可以设在手柄内，还可通过手柄设在其它位置。
图1-图3示出了烙铁头中电加热元件、热电偶与烙铁头金属三者是串联连接的，烙铁头三者串联后，与加热温控部分只有两个线的连接。这两个连接可以是插接方式与烙铁头座形成2个触点的电连接同时也是机械连接，使用插接会使更换非常方便，烙铁头的加工也因为只有一个连接点而简化，此处，电热丝的工作电压可以是安全低压的。烙铁头金属外套与电热丝柱状芯体2之间保持良好的热传导，金属外套结合点热电偶产生的信号就是反映电热丝加热金属外套形成的加热温度的高低，但该传导温度的电信号由于是微伏级的，因此，采样该温度信号应在没有给电热丝加热的期间进行。换言之，包含电加热/感温元件的烙铁头具有加热和感温两种工作状态，加热温控单元在加热元件的感温状态检测温度并根据检测到温度与设置温度之差控制加热元件在加热状态的电功率。
在图3的简略表示的逻辑图中，烙铁金属1与热电偶3及电热元件2串联连接，与加热温控单元的两个连线21和23，分别连接单向隔离单元6和微伏放大单元8，其中微伏放大单元8的输出端口连接A/D转换单元9，A/D转换单元9的数字信号输出端连接微处理器控制单元10，微处理器控制单元10的控制输出信号被送到受控功率供给单元7。单向隔离单元6用于在检测热电偶时，将功率供给单元7的信号隔离；微处理器控制单元10进行提供交替的两种工作状态，即测温和加热，换言之，在测温阶段通过微伏放大器8将热电偶3的信号进行放大，由微处理器控制单元10根据当前温度与设置温度的差距，控制在加热阶段的由受控功率供给单元的功率输出，这样交替进行，可以使烙铁头温度保持在需要的范围内，在测温阶段，受控功率供给单元与烙铁头是电隔离的，而单向隔离单元6并不影响将功率供给加热元件2。
在图4示出的本发明电烙铁另一种逻辑框图中，与烙铁头4双线连接(示出为单线)的加热温控单元中，包括输出端通过单向隔离单元6连接到烙铁头4的受控功率供给单元7，该受控功率供给单元可以是开关电源。在测温周期接收来自烙铁头4的热电偶信号的微伏放大单元8、输入端连接微伏放大单元8输出端的A/D转换单元9、输入端连接A/D转换单元9输出端口的CPU单元10，还包括连接在CPU单元10输入端的用于设置烙铁头温度的调温单元11以及分别连接在CPU单元10输出端口的D/A转换单元12和温度显示单元13，所述D/A转换单元12的输出端连接到所述受控功率供给单元7。温度控制单元控制所述受控功率供给单元7间断供电给所述电加热元件2，在两次供电的间隙，由所述A/D转换单元9通过微伏放大单元8检测来自所述热电偶感温元件3的温度信号，检测反映结合点温度的所述热电偶信号，根据检测到的热电偶信号控制下一时刻输送给所述电加热元件2的电功率，在测温期间，所述单向隔离元件6将所述受控功率供给单7与烙铁头端子6电信号隔离。具体地说，受控功率供给单元7负责给烙铁头4提供加热功率进而加热被加热体，微伏放大器8将采集到的被加热体温度信号经第一A/D转换器9之后传到CPU单元10，由CPU单元10根据设定温度和检测温度，判断与设定温度是否存在偏差，如果有偏差则进行较正；由于在微伏放大器8与CPU单元之间还设置了第二A/D转换器5，可以使微伏放大器8将实际温度与设定温度的偏差量经过第二A/D转换器5传到CPU单元10，CPU单元10再根据偏差量进行相应的处理；CPU单元10经过D/A转换器12控制受控功率供给器7，调整电烙铁电热元件功率使烙铁头温度达到稳定，温度显示单元10用于CPU单元将采集到的实际温度进行显示。
在图5给出的本发明电烙铁的采样/加热温控时序图中，可以看到调温阶段是CPU经过对实际温度进行采集之后，根据设定温度和前面一段时间的实际温度等做出的相应处理，而采样阶段是CPU每隔一定的时间进行一次温度的采集，以便在下一个调温阶段做出调整，实际工作中两个阶段是交替进行的。
图6是说明实施本发明电加热方法控制的流程示意图，在图中，先进行初始化处理，进行等间隔采样，采样热电偶信号；判断有无按键操作，如有按键操作，对按键操作进行处理；处理结束或没有按键操作，对采样到的热电偶信号进行处理，比较预先设定的温度，根据检测到温度与设置温度的差，决定调整电热元件的电功率，如无须调整或输出调整信号后，重新进行采样。

Claims (8)

1. 一种电烙铁，包括中空结构的金属烙铁头和加热温控单元，其特征在于，所述烙铁头(1)的中空部分装有电加热元件(2)，该电加热元件(2)有两个引出导线(21、22)，其中一个引线(21)构成与所述加热温控单元的一个连接端子，另一个引线(22)在与烙铁头(1)结合处形成双金属热电偶感温元件(3)，所述烙铁头(1)的另一点上引出与所述加热温控单元连接的另一个连接端子(23)，选择所述电加热元件(2)与所述烙铁头(1)接触传导的金属不同于烙铁头(1)金属使该双金属热电偶感温元件(3)能够产生反映温度热电偶温感信号，所述加热温控单元在给电加热元件(2)两次供电的间隙，隔离供电部分与电加热元件(2)的电信号的同时，检测所述热电偶感温元件(3)产生的电信号并据此控制下次输出到电加热元件(2)的电功率。
2. 根据权利要求1所述电烙铁，其特征在于，所述电加热元件(2)与烙铁头(1)中空内壁之间设有传热的电绝缘层(4)。
3. 根据权利要求2所述电烙铁，其特征在于，所述电加热元件(2)包括绝缘柱芯以及缠绕在该绝缘柱体上的电热丝。
4. 根据权利要求2所述电烙铁，其特征在于，所述烙铁头与加热温控单元的两个电连接是内芯/外套的双电极接插结构。
5. 根据权利要求1所述电烙铁，其特征在于，所述电偶感温元件(3)形成于远离烙铁头端部的尾部位置或靠近烙铁头焊接部的内端位置。
6. 根据权利要求1-5中任何一项所述电烙铁，其特征在于，所述加热温控单元包括输出端通过单向隔离单元(6)连接到烙铁头端子(21、23)的受控功率供给单元(7)，接收热电偶信号的微伏放大单元(8)、输入端连接微伏放大单元(8)输出端的A/D转换单元(9)、输入端连接A/D转换单元(9)输出端口的CPU单元(10)，还包括连接在CPU单元(10)输入端的调温单元(11)以及分别连接在CPU单元(10)输出端口的D/A转换单元(12)和温度显示单元(13)，所述D/A转换单元(12)的输出端连接到所述受控功率供给单元(7)。
7. 根据权利要求1-5中任何一项所述电烙铁，其特征在于，所述加热温控单元包括输出端通过单向隔离单元(6)连接到烙铁头端子(21、23)的受控功率供给单元(7)和直接接收热电偶信号的微伏放大单元(8)、输入端连接微伏放大单元(8)输出端的A/D转换单元(9)以及输入端连接A/D转换单元(9)输出端口的CPU单元(10)，CPU单元(10)输出端直接连接所述受控功率供给单元(7)。
8. 一种电烙铁温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤，以金属电加热元件以及通过导线与其结合的另一种金属制成的中空烙铁头形成的热电偶为感温元件，从所述烙铁头直接取样温度传感信号；在给电加热元件两次供电的间隙，在隔离供电部分与电加热元件的电信号的同时检测所述热电偶产生的电信号；以该反映温度的电信号为依据控制下一次输出到电加热元件的电功率。
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