电子香烟的制作方法

本申请是申请日为2015年2月20日、申请号为201580020794.0(国际申请号为pct/fr2015/050416)且名称为“电子香烟”的发明的分案申请。

本发明位于电子香烟的通常领域中，包括适用于当对加热元件供电时响应于用户的吸入而蒸发基片的加热元件。

更具体地，本发明提出了一种解决方案以估算加热元件所蒸发的基片量。

背景技术：

已知的用于估算加热元件所蒸发的基片量的解决方案为，当该加热元件的温度由于吸入而改变时，测量该加热元件的电阻率的变化。

文件ep2468116特别地描述了一种这种类型的解决方案，其中从横跨该元件的端子的电势差计算加热元件的电阻率。

不幸地，测量加热元件的电阻率的变化非常困难，因此这些解决方案无法精确地估算被蒸发的基片量。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明涉及一种用于在吸烟阶段内估算电子香烟中的加热元件蒸发的基片量的方法。

在该文件中，广义地理解“蒸发”的概念；“蒸发”概指在小于100℃的温度下从基片至气体的转换。

该方法包括：

－用于测量在吸烟阶段内横跨加热元件的端子的电压的特性的近似的步骤，在电路的端子处测量该近似，该电路的部件均不展现受吸入干扰的固有特性；

－用于估算在吸烟阶段内没有吸入时横跨加热元件的端子的电压的特性的近似的步骤；

－用于从在所述吸烟阶段内的所述近似之间的差值的积分而计算在吸烟阶段内的吸入的强度代表的步骤；以及

－用于从该强度以及可能从其他参数估算由加热元件蒸发的基片量的步骤。

对应地，本发明涉及一种电子香烟，包括：

－加热元件，适用于在吸烟阶段内蒸发基片，其特征在于其包括：

－用于测量在该吸烟阶段内横跨加热元件的端子的电压的特性的近似的装置，在电路的端子处测量该近似，电路的部件均不展现受吸入干扰的固有特性；

－用于估算在吸烟阶段内没有吸入时横跨加热元件的端子的电压的特性的近似的装置；

－用于从在所述吸烟阶段内的所述近似之间的差值的积分而计算在吸烟阶段内的吸入的强度的装置；以及

－用于从该强度以及可能从其他参数估算由加热元件蒸发的基片量的装置。

因此，并且通常地，本发明提出通过将横跨加热元件的端子的电压的特性与没有吸入时的这些特性作比较而估算在吸烟阶段内所蒸发的基片量。然而，非常有利地，本发明并不直接测量这些特性，而是测量在电路的端子处的估算值，电路的固有特性不受吸入的干扰。

由于这种特别有利的特征，本发明非常可靠的估算这些吸入的强度，并且因此显著地改进了所蒸发的基片量的估算。

非常有利地，上面提到的在其端子处执行测量以便于估算横跨加热元件的端子的电压的特性的电路自身不包括任何加热元件。这种特征有利地限制了为检测所蒸发基片量而消耗的功率，从而使电子香烟所消耗的总功率的绝大多数用于蒸发基片。因此，用于测量电子香烟所蒸发的基片量的本发明的装置并未展现文件ep2143346中所述装置的缺点。

在本发明的一个实施例中，所确定的蒸发的基片量用于估算用户吸入的成分的数量或质量，例如尼古丁的数量。

在本发明的第一变形实施例中，估算横跨加热元件的端子的电压的变化。

在该第一变形的第一实施例中，从在至少两个元件的端子处测得的电压计算横跨加热元件的端子的电压变化的近似，横跨这些元件中的每一个的端子的电压给出了在时间上稍微偏移的时刻横跨加热元件的端子的电压的近似。

在本发明的该实施例中，根据本发明的电子香烟包括：

－至少两个元件，横跨所述元件中的每一个的端子的电压在时间上稍微偏移的时刻给定了横跨所述加热元件的端子的电压的近似，以及

－用于从在所述元件的端子处测得的电压而测量横跨加热元件的端子的电压变化的近似的装置。

在本发明中，不借助于精确并直接地实时跟随该电压的工具，而是通过在电子香烟的两个元件之间产生人造延迟时间差，来跟踪横跨加热元件的端子的电压的特性随时间的变化，该延迟用于在时刻t处获得在时刻t-时间差与时刻t之间横跨加热元件的端子的电压的改变的估算值。

在一个实施例中，这些元件是串联连接的串联rc电路。

在该第一变形例的第二实施例中，横跨加热元件的端子的电压的变化的近似是在与加热元件串联连接的测量电阻的端子处测得的电势差的时间微分。

在本发明的第二变形实施例中，估算横跨加热元件的端子的电压。

在该第二变形例的一个实施例中，横跨加热元件的端子的电压的近似是在与加热元件串联连接的测量电阻的端子处测得的电压。

在该实施例中，电子香烟包括适用于测量横跨与加热元件串联连接的测量电阻的端子的电势差的装置，以及用于从所述电势差测量横跨加热元件的端子的电压变化的近似的装置。

附图说明

参考示出了缺乏任何限定字符的示例性实施例的附图，从以下给出的说明书中将突显本发明的其他特征和优点。在这些附图中：

－图1展示了根据本发明的电子香烟的第一实施例；

－图2展示了在吸入之后横跨图1中的电子香烟的各个部件的端子的电压的变化；

－图3展示了在没有吸入时在图1中的两个rc电路的输出电压之间的理论差值；

－图4示出了用于计算图1中的电子香烟中的吸入强度的方法；

－图5展示了根据本发明第二实施例的电子香烟的细节；

－图6展示了根据本发明第三实施例的电子香烟的细节；

－图7展示了用于计算图6中的电子香烟中的吸入强度的方法；以及

－图8展示了根据本发明第四实施例的电子香烟的细节；

－图9以流程图形式展示了根据本发明特定实施例的估算方法的主要步骤。

具体实施方式

参照图1，现在将描述根据本发明的电子香烟1的第一实施例，附图中仅展示了有助于理解该实施例的电子部件。

电子香烟1包括适用于蒸发基片的加热元件10，该加热元件的电阻率r10(t)能够根据该加热元件的温度而改变。

在该实施例中，加热元件10包括接地的第一端子(未示出)以及第二端子a，使得第二端子a的电势u10与横跨加热元件10的端子的电压相对应。

根据本发明，电子香烟1包括适用于输送电压u0的电池3，以及连接至电池的端子p的开关5，以便于仅当用户按压按钮(未示出)时从电池3对加热元件10供电。

在此所述的实施例中，电压u0展现3.7v量级的额定电压以及在范围[4.2v,0v]中的放电曲线。

当开关5处于接通位置时，强度i的电流流过开关5并且强度i10的电流流过加热元件10。

为了能够测量横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的变化，在该实施例中电子香烟1包括串联在开关5的端子q与加热元件10的端子a之间的测量电阻r。当开关5处于接通位置时，强度i的电流流过测量电阻。测量电阻r的固有特性不受吸入干扰。

由于这种特定设置，并且考虑到开关5是理想开关(也即无损耗，因此u5＝u0)，以已知的方式获得以下：

u10(t)＝u0.r10(t)/(r+r10(t))(1)

因此，加热元件10的电阻率r10(t)的变化随着横跨加热元件的端子的电压u10(t)的变化。

图2在纵坐标上展示作为时间函数的横跨加热元件的端子的电压u10(t)，附图中展示了在时刻t1至t4发生的四个事件：

－t1：按压用于接通开关5的按钮。为零的横跨加热元件10的电压u10(t)几乎瞬间达到非常接近电池3的电压u0的电压。从该时刻t1开始并且只要用户并未吸入，加热元件10的温度升高，直至其达到温度限值，其电阻率r10(t)增大并且电压u10(t)增大。

－t2和t3：开始和停止吸入。吸入动作为加热元件10带来冷空气流，具有降低加热元件10的温度、减小加热元件10的电阻率r10(t)并且因此降低横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的效果。相反地，如果开关5保持接通，吸入的结束引起加热元件的重新加热以及横跨加热元件的端子的电压的增大。

－t4：释放按钮并且断开开关5：电池3不再对加热元件10供电并且横跨加热元件10的端子的电压u10(t)几乎瞬间再次变为零。

在该文件中，“吸烟阶段”涉及在时刻t1和t4之间的时间段，也即用户按压按钮命令开关5进入接通位置的一段时间。在该段时间内，如果必须的话用户可以不吸入，或者吸入一口或数口烟。

在本发明的该第一特定实施例中，通过将在吸烟阶段内横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的变化的近似的测量值δu10mes(t)与在该吸烟阶段内没有任何吸入时该电压的变化的近似的理论估算值δu10th(t)作比较而估算在吸烟阶段内所蒸发的基片量。

更具体地，在本发明的该实施例中，选择在包括分立并且相同类型的两个子电路11、12的电路500的端子b1、b2处测得的两个电压u11(t)与u12(t)之间的差值，作为在时刻t横跨加热元件10的端子的电压变化的近似，横跨该电路500的端子的电压u11(t)和u12(t)是在时间上稍微偏移的两个时刻横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的近似。

基本上观测到电路500的部件均具有不受吸入干扰的固有特性。

在此所述的实施例中，使用串联在加热元件10与适用于计算电压u11(t)和u12(t)之间差值的计算装置30之间的两个串联rc子电路11、12。

在此所述的实施例中，电压u11(t)和u12(t)是图1中所示点b和c的电势。

选择第二rc电路12的时间常数t12远大于第一rc电路11的时间常数t11，例如大100倍。

在此所述的实施例中，增益g的放大器20用于放大在u11(t)和u12(t)之间的差值δu10(t)。

在此所述的实施例中，相对于放大器20的阻抗，rc子电路11和12的电阻r11和r12是可忽略的。

因此，

δu10(t)＝g.(u12(t)–u11(t))

在此所述的实施例中：

－在范围[100；10000]中选择增益g，例如等于500；

－差值u12(t)–u11(t)量级为几十微伏；并且

－δu10(t)量级为几十甚至数百微伏，并且可以由计算装置30测量。

在图2中，也展示了串联rc子电路11和12的输出电压u11(t)和u12(t)。

如前所述，当用户在时刻t1按压按钮时，对加热元件10供电并且横跨加热元件10的端子的电压u10(t)增大。rc子电路11、12的两个电容器c11、c12充电，第二且较高数值的电容c12相对于第一且较低数值的电容c11而延迟。因此，在按压按钮(t1)和开始吸入(t2)之间观测到u12(t)<u11(t)<u10(t)。

当用户在时刻t2处开始吸入时，加热元件10冷却并且横跨加热元件10的端子的电压u10(t)降低。第二且较高数值的电容c12相对于第一且较低数值的电容c11而延迟。在整个吸入持续时间内(也即在t2和t3之间)观测到u12(t)>u11(t)>u10(t)。

当用户在时刻t3停止吸入时，加热元件10再次加热升温并且横跨加热元件10的端子的电压u10(t)增大。随后返回至：u12(t)<u11(t)<u10(t)。

用户在时刻t4释放按钮不久之后，电压u10(t)再次变为零，电容c11和c12放电并且它们的输出电压u11(t)、u12(t)再次变为零。

以已知的方式，绘出了当横跨电容端子施加恒定电压时瞬态和稳态之间的区别。在瞬态期间电容逐渐充电直至达到取决于电容的值的极限电荷，在稳态期间只要继续向其施加该恒定电压则电容的电荷保持在该极限值。

图2对应于在稳态时用户开始吸入(时刻t2)的情况。本领域技术人员将理解，如果用户在瞬态期间开始吸入，因为高数值电容c12并未完全充电，第二电容的输出电压u12(t)不一定会大于第一电容的输出电压u11(t)。

在此所述的实施例中，由两个子电路11和12形成的系统在用户按压按钮的时刻t1之后处于瞬态约800ms。

图3示出了这些不同状态，展示了没有吸入时在两个rc子电路11、12的输出电压u11(t)和u12(t)之间的理论差值δu10th(t)，即在时刻t横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的变化的理论近似。

在瞬态期间，u12(t)总是小于u11(t)，但是如图2中所示，这两个电压之间差值的绝对值增大并随后减小，直至其达到稳态中的恒定数值α。

在此所述的实施例中，该常数α可以忽略并且下文中假设为零。

在瞬态中，并且注意：

－r11，第一串联rc子电路11的电阻；

－c11，第一串联rc子电路11的电容；

－r12，第二串联rc子电路12的电阻；

－c12，第二串联rc子电路12的电容；

－t11，第一串联rc子电路11的时间常数r1.c1；以及

－t12，第二串联rc子电路12的时间常数r2.c2；

理论上获得以下：

u11th(t)＝u10(t).(1–exp(-t/t11))

u12th(t)＝u11th(t).(1–exp(-t/t12))

也即u12th(t)＝u10(t).(1–exp(-t/t11)).(1–exp(-t/t12))

因此，横跨加热元件10的端子的电压的理论变化δu10th(t)表示如下：

δu10th(t)＝g.(u11th(t)–u12th(t))

也即δu10th(t)＝g.u10(t).(1–exp(-t/t11)).(exp(-t/t12))

或者采用(1):

δu10th(t)＝g.[u0.r10(t)/(r+r10(t))].(1–exp(-t/t11)).(exp(-t/t12))

通过做出r10(t)在吸烟阶段内恒定并且等于r10(t1)的近似，最终获得针对δu10th(t)的表达式：

－在瞬态中：

δu10th(t)＝g.[u0.r10(t1)/(r+r10(t1))].(1-exp(-t/t11)).(exp(-t/t12))(2)

－在稳态中：δu10th(t)＝α＝0。

在图1所示的实施例中，横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的变化的近似δu10mes(t)是放大装置20的输出电压，也即端子9的电势。

在此所述的实施例中，通过对在吸烟阶段内横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的变化的近似δu10mes(t)、与在吸烟阶段内没有任何吸入时该电压的变化的近似的理论估算值δu10th(t)之间的差值进行积分而计算得到吸入强度f，从吸入强度f估算吸烟阶段内蒸发的基片量。

在此所述的示例性实施例中，该吸入强度f对应于图4中的阴影面积。可以特别地通过在时刻t2和t4之间以20ms的时间间隔的黎曼求和而计算该面积。

在此所述的示例性实施例中，t2确定为δu10mes(t)和δu10th(t)的差值的绝对值变得大于预定阈值st2的时刻：

|δu10mes(t2)-δu10th(t2)|>st2

时刻t4是用户释放按钮的时刻。

为了由黎曼方法计算吸入强度f，在t1和t4之间各个时刻、例如每隔20ms计算并存储δu10mes(t)和δu10th(t)。在该实施例中：

1.δu10mes(t)是在时刻t端子9的电势的测量值；

2.从在实验室中执行的准备测试期间构造并且存储在电子香烟1中的第一数据库bd1的记录中读取在t1和t1+800ms(瞬态)之间的δu10th(t)，该记录被选择为公式(2)的参数的函数。

3.在t1+800ms和t4之间(稳态)，δu10th(t)＝0。

返回至公式(2)，在瞬态的δu10th(t)的表达式取决于六个参数，也即：

－放大器20的增益g；

－由电池3输送的电压u0；

－假设为恒定的加热元件的电阻率r10(t1)；

－测量电阻r的数值；

－rc子电路11和12的时间常数t11和t12。

在此所述的实施例中，并且返回至图1，计算装置30适用于借由电压探针6测量在电池3的端子p处的电压u0。

在此所述的实施例中，计算装置30也适用于估算加热元件的电阻率r10(t1)。为此，计算装置30在时刻t1借由电压探针7测量在开关5的端子q处的电压u5，以及借由电压探针8在加热元件10的端子a处测量电压u10。

由i表示流过电阻r的电流的强度，在端子a处对电阻r应用基尔霍夫电流定律和欧姆定律得到：i1+i10＝(u5–u10)/r。

然而，在此所述的实施例中，对于i10来说，i1几乎是可忽略不计的。因此，通过对加热元件10应用欧姆定律：

r10＝r.u10/(u5–u10)(3)

在此所述的本发明的实施例中，针对对应于六个参数{g,u0,r10,r,t11,t12}的多个六倍体，第一数据库bd1存储在t1和t1+800ms之间包括的各个时刻t处在没有吸入时且在瞬态下理论电压δu10th(t)的数值。

计算装置因此能够通过黎曼方法计算吸入强度f。

在此所述的实施例中，计算装置30查询电子香烟1的第二数据库bd2以便于确定在吸烟阶段内蒸发的作为以下四个参数的函数的基片量：

·吸烟阶段的持续时间t4-t1；

·计算装置30测量的电池3的电压u0；

·加热元件10的电阻r10(t1)，假设在吸烟阶段内恒定，并且由计算装置30测量；以及

·吸入的强度f，在此由黎曼方法计算。

作为变形，也可以使用其他参数，并且具体是在t1处加热元件10的温度、基片的粘性、基片的蒸发速度、特征化了其冷却的加热元件10转移函数、作为吸入强度f的函数的所蒸发基片的微滴密度等。

在此所述的实施例中，由计算装置30测量电池3的电压u0。作为变形，该电压可以视作是恒定的并且等于电池的额定数值。

本发明第二实施例的说明

在图1的实施例中，串联的两个串联rc子电路11、12以及放大器20用于估算横跨加热元件10的端子的电压的变化δu10(t)。

作为变形，以及如图5中所示，可以例如使用电路500，包括三个rc子电路以及两个放大器201、202。

在该实施例中：

-第一rc子电路(r11/c11)非常接近地跟随横跨加热元件r10的端子的电压并且表示在测量的时刻t处横跨加热元件r10(t)的端子的电压的估算值；

-第二rc子电路(r12/c12)以轻微延迟dt跟随横跨加热元件r10的端子的电压，并且表示在紧接测量的时刻t的过去时刻t-dt处横跨加热元件r10的端子的电压r10(t-dt)的估算值；

-第三rc子电路(r13/c13)以更明显的延迟dt跟随横跨加热元件r10的端子的电压，并且表示在进一步远离测量的时刻t的过去时刻t-dt处横跨加热元件r10的端子的电压r10(t-dt)的估算值。

为此，选择三个rc子电路的时间常数以使得满足以下表达式：

r11.c11<r12.c12<r13.c13；

此外，为了更精确的追踪，可以更加最佳的是，额外地满足以下表达式：

(r11.c11)/(r12.c12)<(r12.c12)/(r13.c13)

电路500的部件均具有不受吸入干扰的固有特性。

在该实施例中，电路500呈现出四个端子b1、b2、b3和b4。

如第一实施例中，从通过在吸烟阶段内对在该吸烟阶段内横跨加热元件10的端子的电压u10(t)变化的近似、与在吸烟阶段内没有任何吸入时该电压变化的近似的理论估算值δu10th(t)之间的差值进行积分而计算的吸入强度f，而估算在吸烟阶段内蒸发的基片量。

然而，非常有利的是，在该实施例中，完成了在吸烟阶段内横跨加热元件10的端子的电压u10(t)变化的两个近似值δu10¹mes(t)和δu10²mes(t)，在电路500的端子b1和b2处测量第一近似值，以及在电路500的端子b3和b4处测量第二近似值。

该实施例提供了针对横跨加热元件10的端子的电压的变化的估算的改进，并且这与吸烟的特性无关。

的确，借由时间常数的选择：

-在电路500的端子b1和b2处测量的电压特别地代表了针对某一类型吸入、例如快速和/或剧烈或不规则吸入的横跨加热元件10的端子的电压；而同时

-在电路500的端子b3和b4处测量的电压特别地代表了针对另一吸入类型、例如缓慢和/或轻微或连续吸入的横跨加热元件r10的端子的电压。

因此，在该实施例中，构造以下两个曲线δu10mes(t)和δu10th(t)：

-δu10mes(t)＝k1δu10¹mes(t)+k2δu10²mes(t)

-δu10th(t)＝k1δu10¹th(t)+k2δu10²th(t)

其中δu10¹th(t)和δu10²th(t)是在吸烟阶内没有任何吸入时近似δu10¹mes(t)和δu10²mes的理论估算值。

因为，为了计算吸入的强度f，保留在这两个曲线δu10mes和δu10th之间的区域面积。

系数k1和k2是固定的并且被确定为rc电路的时间常数(数值r11.c11、r12.c12以及r13.c13)的函数。

以非线性方式，可以根据以下四个示例之一选择该对系数：

示例1：

k1＝1/2；

k2＝1/2

示例2：

k1＝(r11.c11+r12.c12)/(r11.c11+2.r12.c12+r13.c13)；

k2＝(r12.c12+r13.c13)/(r11.c11+2.r12.c12+r13.c13)

示例3：

k1＝r12.c12/(r11.c11)/((r12.c12)/(r11.c11)+(r13.c13)/(r12.c12))；

k2＝r13.c13/(r12.c12)/((r12.c12)/(r11.c11)+(r13.c13)/(r12.c12))

示例4：

k1＝(r12.c12-r11.c11)/(r13.c13-r11.c11)；

k2＝(r13.c13-r12.c12)/(r13.c13-r11.c11)

为了确保正确的操作，这些系数可以在实验室测试/验证。

本发明第三实施例的说明

在图6的实施例中，估算的横跨加热元件的端子的电压的变量并非是该电压的变化δu10(t)而是该电压自身数值u10(t)。

在本发明的该实施例中，在该示例中通过测量横跨由测量电阻r形成的电路500的端子b1和b2的电压u5-u10而估算该数值u10(t)。

具体地，从公式(3)：

u10(t)＝r10/r.(u5–u10)(t)(4)

该实施例要求计算装置30连接至测量电阻r的端子b1和b2以便于精确地测量u5-u10的变化。

图7展示：

-在吸烟阶段内横跨加热元件10的端子的电压u10(t)的近似u10mes(t)，通过使用公式(4)计算得到，(u5–u10)(t)的差值是在点b1和b2之间的由图6的计算装置30测量的电势差；

-在吸烟阶段内没有吸入时横跨加热元件10的端子的近似u10th(t)的估算值；

-吸入强度f与在吸烟阶段内u10mes(t)和u10th(t)之间的差值的积分向对应。

本发明第四实施例的说明

在图8中所示的第四实施例中，为了估算横跨加热元件10的端子的电压的变化δumes10(t)，如第一实施例，实现在电路500的端子b1和b2处两个电压u12(t)和u11(t)之间的差值，这些电压中的每一个电压给出了在时间上稍微偏离的时刻横跨加热元件(10)的端子的电压的近似。

在该实施例中，为了产生该延迟，使用电路500，该电路500由针对电压u11(t)和u12(t)的测量点之间的延迟线90形成。

该延迟线可以例如由以下形成：

-大电容；

-耦合至数字-模拟转换器的模拟-数字转换器。

延迟线90的固有特性不受吸入干扰。

本发明第五实施例的说明

在本发明的第四实施例中，也可以估算横跨加热元件10的端子的电压的变化δumes10(t)，通过计算测量的电压u10mes(t)的时间微分，如在第三实施例中，在点b1和b2之间利用图6中的计算装置30。

可以将该数值与如在第一实施例中没有吸入时横跨加热元件10的端子的电压的理论变化δuth10(t)作比较。

图9以流程图形式展示了根据本发明特定实施例用于估算蒸发的基片量的方法。

该方法可以例如由图1中的电子香烟的计算装置30实施。

在步骤e10期间，计算装置30检测使开关5接通的按钮的按压。该检测的时刻t1保存在存储器中。

在步骤e20期间，紧接在该检测之后，计算装置30测量由电池3输送的电压u0以及加热元件的电阻率r10(t1)。

在步骤e30期间，每隔20ms，直至检测到使开关5断开的按钮的释放的时刻t4，计算装置30：

-测量δu10mes(t)(端子9的电势)；

-通过在t1和t1+800之间读取第一数据库bd1而估算δu10th(t)。在t1+800ms和t4之间，估算δu10th(t)＝0。

在步骤e40期间，计算装置30估算吸烟开始的时刻t2，该时刻是在t1之后的|δu10mes(t2)-δu10th(t2)|>st2的第一个时刻。

在步骤e50期间，计算装置30计算吸入强度f为在t2和t4之间δu10mes(t)和δu10th(t)之间差值的积分。

在步骤e60期间，计算装置30通过查询第二数据库b2而估算在t2和t4之间蒸发的基片量。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除