專利名稱：電烙鐵及其溫度控制方法
技術領域：
本發明涉及電加熱技術，具體涉及一種加熱和感溫一體化、采樣和加熱交替進行的電烙鐵及其加熱溫控方法。
背景技術：
傳統的電烙鐵，為進行溫度控制需要設置專門的溫度傳感元件，控制裝置根據溫度傳感元件提供的反映溫度的電信號，控制電加熱元件的電功率，進而達到控制溫度的目的。在控制單元與加熱部分為可拆分結構情況下，加熱與控制部分之間除了要有供電的連線外還需要傳感溫度信號的連線，在一條共用情況下，也需要3根連線；3根連線增加了安裝的復雜度，降低了可靠性；另一方面，也增加了體積和成本。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種控制單元與加熱部分連線更少、制作工藝更簡單和成本更低的可溫度控制的電烙鐵及其溫度控制方法。
本發明上述技術問題這樣解決，構造一種電烙鐵，包括中空結構的金屬烙鐵頭和加熱溫控單元，其特征在于，所述烙鐵頭1的中空部分裝有電加熱元件2，該電加熱元件2有兩個引出導線21和(22)，其中一個引線21構成與所述加熱溫控單元的一個連接端子，另一個引線22在與烙鐵頭1結合處形成雙金屬熱電偶感溫元件3，所述烙鐵頭1的另一點上引出與所述加熱溫控單元連接的另一個連接端子23，選擇所述電加熱元件2與所述烙鐵頭1接觸傳導的金屬不同于烙鐵頭1金屬使該雙金屬熱電偶感溫元件3能夠產生反映溫度熱電偶溫感信號，所述加熱溫控單元在在給電加熱元件2兩次供電的間隙，隔離供電部分與電加熱元件2的電信號的同時，檢測所述熱電偶感溫元件3產生的電信號并據此控制下次輸出到電加熱元件2的電功率。
在上述按照本發明提供的電烙鐵中，所述電加熱元件2與烙鐵頭1中空內壁之間設有傳熱的電絕緣層4。
在上述按照本發明提供的電烙鐵中，所述電加熱元件2包括絕緣柱芯以及纏繞在該絕緣柱體上的電熱絲。
在上述按照本發明提供的電烙鐵中，所述烙鐵頭與加熱溫控單元的兩個電連接是內芯/外套的雙電極接插結構。
在上述按照本發明提供的電烙鐵中，所述電偶感溫元件3形成于遠離烙鐵頭端部的尾部位置或靠近烙鐵頭焊接部的內端位置。
在上述按照本發明提供的電烙鐵中，所述加熱溫控單元包括輸出端通過單向隔離單元6連接到烙鐵頭端子(21、23)的受控功率供給單元7，接收熱電偶信號的微伏放大單元8、輸入端連接微伏放大單元8輸出端的A/D轉換單元9、輸入端連接A/D轉換單元9輸出端口的CPU單元10，還包括連接在CPU單元10輸入端的調溫單元11以及分別連接在CPU單元10輸出端口的D/A轉換單元12和溫度顯示單元13，所述D/A轉換單元12的輸出端連接到所述受控功率供給單元7。
在上述按照本發明提供的電烙鐵中，所述加熱溫控單元包括輸出端通過單向隔離單元6連接到烙鐵頭端子(21、23)的受控功率供給單元7和直接接收熱電偶信號的微伏放大單元8、輸入端連接微伏放大單元8輸出端的A/D轉換單元9以及輸入端連接A/D轉換單元9輸出端口的CPU單元10，CPU單元10輸出端直接連接所述受控功率供給單元7。
本發明另一目的這樣實現，構造一種電烙鐵溫度控制方法，包括以下步驟，以金屬電加熱元件以及與其結合的另一種金屬的熱載體形成的熱電偶為感溫元件；在給電加熱元件兩次供電的間隙，在隔離供電部分與電加熱元件的電信號的同時檢測所述熱電偶產生的電信號；以該反映溫度的電信號為依據控制下一次輸出到電加熱元件的電功率。
實施按照本發明提供的電烙鐵及其溫度控制方法，由于在烙鐵頭中，將烙鐵電加熱元件中的電阻率較高的材料與另一中電阻率較低的金屬材料結合而形成熱電偶，使得電加熱元件可與溫度傳感的熱電偶結合一體制成，使得加熱/傳感與控制單元的連接簡化到只要2根連線，并使溫度傳感和加熱交替進行，特別適合于體積小、溫度控制要求高的電烙鐵的應用場合，也可用于其它需要溫度控制的電烙鐵，同時可簡化工藝，降低成本。
圖1是本發明電烙鐵的烙鐵頭第一實施例的結構示意圖；圖2是本發明電烙鐵的烙鐵頭第二實施例的結構示意圖；圖3是本發明電烙鐵的邏輯框圖；圖4是本發明電烙鐵另一種邏輯框圖；
圖5是本發明電烙鐵的采樣/加熱溫控時序示意圖；圖6是實現本發明電烙鐵溫度控制的流程示意圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本發明的電烙鐵有一個中空結構的烙鐵頭1，該烙鐵頭采用熱電的良導體金屬或金屬合金制成，例如，銅或銅合金。如圖1所示，烙鐵頭1的中空部分有圓柱形電加熱元件2，該電加熱元件2有兩個引出導線21和22，其中一個引線21構成與加熱溫控單元的一個連接端子，另一個引線22，在與烙鐵頭1結合處形成雙金屬熱電偶感溫元件3，由于烙鐵頭1和諸如電熱絲的電加熱元件的材料屬于兩種不同的金屬，兩種不同的金屬的結合點，在溫度變化時，會產生電動勢，這樣，通過這種熱電偶電動勢的檢測可以檢測到溫度的變化，也稱為雙金屬熱電偶。烙鐵頭1的另一點上的引出與加熱溫控單元連接的另一個連接端子23。在電加熱元件2與烙鐵頭1中空內壁之間有電絕緣的導熱層。圖1和圖2的不同在于，圖1的電偶感溫元件3形成于遠離烙鐵頭端部的尾部位置，優點是加工容易，缺點是溫度傳感點離烙鐵頭焊接溫度有誤差；圖2的電偶感溫元件3形成于靠近烙鐵頭焊接部的內端位置，優點是可近似傳感烙鐵頭焊接部分的溫度，缺點是加工難度大。無論哪一種結構，由于將烙鐵頭1金屬載熱導電功能、電加熱元件2的加熱及與烙鐵頭1金屬形成的雙金屬熱電偶感溫元件3有機結合一體，使得結構上更簡潔，即烙鐵頭與加溫控制部分只需要2個連接，即標號23和21的聯線，具體實現時，可以采用內芯外套或類似結構實現烙鐵頭與收柄部分的插接，加熱溫控部分可以設在手柄內，還可通過手柄設在其它位置。
圖1-圖3示出了烙鐵頭中電加熱元件、熱電偶與烙鐵頭金屬三者是串聯連接的，烙鐵頭三者串聯后，與加熱溫控部分只有兩個線的連接。這兩個連接可以是插接方式與烙鐵頭座形成2個觸點的電連接同時也是機械連接，使用插接會使更換非常方便，烙鐵頭的加工也因為只有一個連接點而簡化，此處，電熱絲的工作電壓可以是安全低壓的。烙鐵頭金屬外套與電熱絲柱狀芯體2之間保持良好的熱傳導，金屬外套結合點熱電偶產生的信號就是反映電熱絲加熱金屬外套形成的加熱溫度的高低，但該傳導溫度的電信號由于是微伏級的，因此，采樣該溫度信號應在沒有給電熱絲加熱的期間進行。換言之，包含電加熱/感溫元件的烙鐵頭具有加熱和感溫兩種工作狀態，加熱溫控單元在加熱元件的感溫狀態檢測溫度并根據檢測到溫度與設置溫度之差控制加熱元件在加熱狀態的電功率。
在圖3的簡略表示的邏輯圖中，烙鐵金屬1與熱電偶3及電熱元件2串聯連接，與加熱溫控單元的兩個連線21和23，分別連接單向隔離單元6和微伏放大單元8，其中微伏放大單元8的輸出端口連接A/D轉換單元9，A/D轉換單元9的數字信號輸出端連接微處理器控制單元10，微處理器控制單元10的控制輸出信號被送到受控功率供給單元7。單向隔離單元6用于在檢測熱電偶時，將功率供給單元7的信號隔離；微處理器控制單元10進行提供交替的兩種工作狀態，即測溫和加熱，換言之，在測溫階段通過微伏放大器8將熱電偶3的信號進行放大，由微處理器控制單元10根據當前溫度與設置溫度的差距，控制在加熱階段的由受控功率供給單元的功率輸出，這樣交替進行，可以使烙鐵頭溫度保持在需要的范圍內，在測溫階段，受控功率供給單元與烙鐵頭是電隔離的，而單向隔離單元6并不影響將功率供給加熱元件2。
在圖4示出的本發明電烙鐵另一種邏輯框圖中，與烙鐵頭4雙線連接(示出為單線)的加熱溫控單元中，包括輸出端通過單向隔離單元6連接到烙鐵頭4的受控功率供給單元7，該受控功率供給單元可以是開關電源。在測溫周期接收來自烙鐵頭4的熱電偶信號的微伏放大單元8、輸入端連接微伏放大單元8輸出端的A/D轉換單元9、輸入端連接A/D轉換單元9輸出端口的CPU單元10，還包括連接在CPU單元10輸入端的用于設置烙鐵頭溫度的調溫單元11以及分別連接在CPU單元10輸出端口的D/A轉換單元12和溫度顯示單元13，所述D/A轉換單元12的輸出端連接到所述受控功率供給單元7。溫度控制單元控制所述受控功率供給單元7間斷供電給所述電加熱元件2，在兩次供電的間隙，由所述A/D轉換單元9通過微伏放大單元8檢測來自所述熱電偶感溫元件3的溫度信號，檢測反映結合點溫度的所述熱電偶信號，根據檢測到的熱電偶信號控制下一時刻輸送給所述電加熱元件2的電功率，在測溫期間，所述單向隔離元件6將所述受控功率供給單7與烙鐵頭端子6電信號隔離。具體地說，受控功率供給單元7負責給烙鐵頭4提供加熱功率進而加熱被加熱體，微伏放大器8將采集到的被加熱體溫度信號經第一A/D轉換器9之后傳到CPU單元10，由CPU單元10根據設定溫度和檢測溫度，判斷與設定溫度是否存在偏差，如果有偏差則進行較正；由于在微伏放大器8與CPU單元之間還設置了第二A/D轉換器5，可以使微伏放大器8將實際溫度與設定溫度的偏差量經過第二A/D轉換器5傳到CPU單元10，CPU單元10再根據偏差量進行相應的處理；CPU單元10經過D/A轉換器12控制受控功率供給器7，調整電烙鐵電熱元件功率使烙鐵頭溫度達到穩定，溫度顯示單元10用于CPU單元將采集到的實際溫度進行顯示。
在圖5給出的本發明電烙鐵的采樣/加熱溫控時序圖中，可以看到調溫階段是CPU經過對實際溫度進行采集之后，根據設定溫度和前面一段時間的實際溫度等做出的相應處理，而采樣階段是CPU每隔一定的時間進行一次溫度的采集，以便在下一個調溫階段做出調整，實際工作中兩個階段是交替進行的。
圖6是說明實施本發明電加熱方法控制的流程示意圖，在圖中，先進行初始化處理，進行等間隔采樣，采樣熱電偶信號；判斷有無按鍵操作，如有按鍵操作，對按鍵操作進行處理；處理結束或沒有按鍵操作，對采樣到的熱電偶信號進行處理，比較預先設定的溫度，根據檢測到溫度與設置溫度的差，決定調整電熱元件的電功率，如無須調整或輸出調整信號后，重新進行采樣。
權利要求
1.一種電烙鐵，包括中空結構的金屬烙鐵頭和加熱溫控單元，其特征在于，所述烙鐵頭(1)的中空部分裝有電加熱元件(2)，該電加熱元件(2)有兩個引出導線(21)和(22)，其中一個引線(21)構成與所述加熱溫控單元的一個連接端子，另一個引線(22)在與烙鐵頭(1)結合處形成雙金屬熱電偶感溫元件(3)，所述烙鐵頭(1)的另一點上引出與所述加熱溫控單元連接的另一個連接端子(23)，選擇所述電加熱元件(2)與所述烙鐵頭(1)接觸傳導的金屬不同于烙鐵頭(1)金屬使該雙金屬熱電偶感溫元件(3)能夠產生反映溫度熱電偶溫感信號，所述加熱溫控單元在在給電加熱元件(2)兩次供電的間隙，隔離供電部分與電加熱元件(2)的電信號的同時，檢測所述熱電偶感溫元件(3)產生的電信號并據此控制下次輸出到電加熱元件(2)的電功率。
2.根據權利要求1所述電烙鐵，其特征在于，所述電加熱元件(2)與烙鐵頭(1)中空內壁之間設有傳熱的電絕緣層(4)。
3.根據權利要求2所述電烙鐵，其特征在于，所述電加熱元件(2)包括絕緣柱芯以及纏繞在該絕緣柱體上的電熱絲。
4.根據權利要求2所述電烙鐵，其特征在于，所述烙鐵頭與加熱溫控單元的兩個電連接是內芯/外套的雙電極接插結構。
5.根據權利要求1所述電烙鐵，其特征在于，所述電偶感溫元件(3)形成于遠離烙鐵頭端部的尾部位置或靠近烙鐵頭焊接部的內端位置。
6.根據權利要求1-5中任何一項所述電烙鐵，其特征在于，所述加熱溫控單元包括輸出端通過單向隔離單元(6)連接到烙鐵頭端子(21、23)的受控功率供給單元(7)，接收熱電偶信號的微伏放大單元(8)、輸入端連接微伏放大單元(8)輸出端的A/D轉換單元(9)、輸入端連接A/D轉換單元(9)輸出端口的CPU單元(10)，還包括連接在CPU單元(10)輸入端的調溫單元(11)以及分別連接在CPU單元(10)輸出端口的D/A轉換單元(12)和溫度顯示單元(13)，所述D/A轉換單元(12)的輸出端連接到所述受控功率供給單元(7)。
7.根據權利要求1-5中任何一項所述電烙鐵，其特征在于，所述加熱溫控單元包括輸出端通過單向隔離單元(6)連接到烙鐵頭端子(21、23)的受控功率供給單元(7)和直接接收熱電偶信號的微伏放大單元(8)、輸入端連接微伏放大單元(8)輸出端的A/D轉換單元(9)以及輸入端連接A/D轉換單元(9)輸出端口的CPU單元(10)，CPU單元(10)輸出端直接連接所述受控功率供給單元(7)。
8.一種電烙鐵溫度控制方法，其特征在于，包括以下步驟，以金屬電加熱元件以及與其結合的另一種金屬的熱載體形成的熱電偶為感溫元件；在給電加熱元件兩次供電的間隙，在隔離供電部分與電加熱元件的電信號的同時檢測所述熱電偶產生的電信號；以該反映溫度的電信號為依據控制下一次輸出到電加熱元件的電功率。
全文摘要
一種電烙鐵，包括供電單元、電加熱元件、感溫元件以及根據感溫元件的信號控制所述供電單元輸出到所述電加熱元件的電功率的控制單元，其特征在于，所述感溫元件包括與電加熱元件一體的金屬部分與另一種金屬導體結合點形成的熱電偶，所述控制單元控制所述供電單元間斷供電給所述電加熱元件，在兩次供電的間隙，檢測反映所述結合點溫度的所述熱電偶信號，根據檢測到的熱電偶信號控制下一時刻輸送給所述電加熱元件的電功率。實施按照本發明提供的電烙鐵和方法，由于將電加熱元件中的電阻率較高的材料與另一中電阻率較低的金屬材料結合而形成熱電偶，并使溫度傳感和加熱交替進行，不僅可使電加熱元件可與溫度傳感的熱電偶結合一體制成，且得加熱/傳感與控制單元的連接簡化到只要2根連線，特別適合于體積小、溫度控制要求高的電烙鐵的應用場合，也可用于其它需要溫度控制的電烙鐵。
文檔編號B23K3/02GK1883862SQ20051003558
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者劉曉剛 申請人:深圳斯貝克動力電子有限公司