專利名稱：液體電加熱裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及液體電加熱裝置，例如包括鍋、壺等的液體加熱容器以及加熱器、加熱器組件和用于加熱容器的控制器。
通常，希望監控液體加熱裝置的工作溫度，例如監控加熱器溫度、加熱元件溫度、要被加熱的液體溫度以及/或者在裝置正常或異常工作過程中被加熱的一些裝置其他部件的溫度。在某些情況下對這些溫度進行監控是為了調控液體加熱裝置的正常工作，例如當液體達到期望溫度時中斷加熱元件的供電。在另一些情況下，對這些溫度進行監控是為了防止異常工作狀態發生時對液體加熱裝置造成損害，例如當加熱元件超出預設溫度時中斷對加熱元件的供電，當未裝液體時啟動裝置就會發生這種情況，這稱作“干接通”。
大部分已知的液體加熱裝置使用的是以熱敏雙金屬致動器形式出現的機械傳感器來監控裝置的工作溫度。
使用熱敏電阻作為溫度傳感器來電子監控液體加熱裝置的工作狀態也是已知的。這種方法的實例參見GB2228634。不過，這類熱敏電阻必須與液體加熱裝置上溫度要被監控的部位保持熱接觸同時還必須與液體加熱裝置的控制器電連接。
GB2269980揭示了一種厚膜印刷加熱元件，其上設置了電阻軌道形式的溫度傳感器。該文獻中的裝置存在一些缺陷，即溫度傳感軌道只有被設置在加熱器基體上時才能被校準而且其電阻的溫度系數的變化很大。
本發明試圖提供一種液體加熱裝置中熱敏電阻的簡單設置，用于監控液體加熱裝置工作溫度。
本發明提供了一種包括熱敏電阻的液體電加熱裝置，用于監控液體加熱裝置溫度，其中熱敏電阻安裝在裝置被加熱熱部分的安裝位上，并與所述安裝位保持直接熱接觸和電接觸。
這樣，根據本發明，對熱敏電阻來說組合的熱連接和電連接在一個位置就可形成，這就大大提高了液體加熱裝置中熱敏電阻布局的簡單性并極大地簡化了裝置的裝配。而且，安裝位就成為與熱敏電阻連接的電路的一部分。
安裝位可以在液體加熱裝置上或裝置中要被裝置的加熱器或裝置中的液體直接或間接加熱的任意部位上。例如，安裝位可以是液體加熱裝置上的這樣一個部位，該部位在使用中與要被加熱的液體熱接觸從而也被加熱，以致熱敏電阻間接監控液體溫度。另一種方案或作為附加的，安裝位可以在與液體加熱裝置的加熱器熱接觸的該裝置某個部件上，從而使熱敏電阻監控加熱器的溫度。優選的是，安裝位在液體加熱裝置的加熱器上。在特別優選的布局中，安裝位應配置在這樣一個位置，當加熱裝置正常工作時安裝位的溫度主要受加熱液體的溫度影響；但加熱裝置處于異常工作狀態時例如干接通狀態，加熱元件的溫度又成為主要影響因素。這個位置憑經驗確定。
為了使熱敏電阻與安裝位保持良好的熱接觸和電接觸，可使熱敏電阻以傳熱導電的方式結合到安裝位上，例如通過焊接或通過使用加銀環氧樹脂。在一種結構中，將導電(如加銀的)墨水區域施加到安裝位，例如可通過印刷方式施加。然后將熱敏電阻施加到墨水上，墨水受熱后熱敏電阻就通過導電墨水結合到安裝位上。當安裝位配置在厚膜印刷加熱器上時這種方法就特別有益處，因為導電墨水與電阻加熱軌道同時被加熱。
另外，熱敏電阻還可通過偏壓裝置相對安裝位受彈性偏壓。偏壓裝置可以是彈簧，例如螺旋彈簧或片簧。可通過焊接或類似附著電連接來形成熱敏電阻的另一個電接觸。不過優選的是，偏壓裝置是導電的并與熱敏電阻形成電接觸。在這種狀況中，在偏壓裝置和安裝位之間通過熱敏電阻形成導電回路。可在偏壓裝置和熱敏電阻之間形成永久性電連接和機械連接，例如通過焊接或類似連接方式實現。
液體電加熱裝置通常包括與熱敏電阻電連接的電路。電路可被固定在一個支座上，熱敏電阻置于支座和安裝位之間。在這種結構中，電路通常配置于熱敏電阻的一側而安裝位配置于另一側。優選的是，偏壓裝置也設置在支座和安裝位之間。最優選的情況下，支座和安裝位將偏壓裝置夾在中間。
支座優選具有與偏壓裝置接合的電接觸位。可以為偏壓裝置和/或熱敏電阻設置導向裝置，例如熱敏電阻或者熱敏電阻和偏壓裝置安裝在導引孔中，導引孔設置在支座和安裝位之間的中間部件上。通過這種方式能夠保證偏壓裝置相對于熱敏電阻、支座和加熱器被正確定位。支座可以具有另一個電接觸位，用于同設置在中間部件中的另一個導引孔中延伸的彈性導電夾持器接合，并用于與熱敏電阻的安裝位電連接的設置在該裝置上的另一個接觸器配合。
優選的是，熱敏電阻與偏壓裝置相接觸的表面經過了金屬化處理，以便在熱敏電阻和偏壓裝置之間形成良好的電接觸。具有優勢的是，安裝位基本為平面并且熱敏電阻也具有基本平的安裝面，安裝面安裝在所述安裝位上。通過這種方式就可在熱敏電阻和安裝位之間形成良好的熱接觸和電接觸。優選的是，熱敏電阻具有與安裝面相對的表面并且基本與安裝面平行，以便該表面可以有效地與偏壓裝置接觸。具有優勢的是，熱敏電阻與安裝位接觸的表面經過金屬化處理，這就在二者之間形成良好的熱接觸和電接觸。
已經發現可滿足上述要求的特別合適的熱敏電阻稱為“片型”熱敏電阻。這類熱敏電阻為圓片形材料的形式，其阻值根據溫度變化。根據控制裝置的電路的要求來選用正或負溫度系數的材料。這些熱敏電阻常常被制成具有兩個已金屬化的圓形表面。在制造過程中利用熱敏電阻的金屬化表面通過測量熱敏電阻對溫度的阻值來經驗性地校準熱敏電阻。
可以在液體加熱裝置的加熱容器上設置安裝位，例如在容器底板或周壁干燥的一側。如果容器是塑料的，就可用導體作為安裝位并將其附著在底板或壁上。另外，安裝位可以連在液體加熱裝置的加熱元件上。例如，對于傳統的浸入式帶護套加熱元件，可以在熱回路區中加熱元件頂部的干燥一側設置安裝位。液體加熱器可以是具有帶護套式加熱元件這種類型，加熱元件在該裝置的加熱容器底板的下側，例如在WO 96/18331中所述。在這種情況下，安裝位可以設置在底板的下側以便與容器中的液體保持熱接觸或者將安裝位設置在加熱元件上，例如在與加熱元件有直接熱接觸的導熱凸臺上。不過，優選情況下液體加熱裝置包括一個厚膜印刷加熱元件，該元件最好安裝在加熱容器底板的干燥一側。這類元件在本技術領域中眾所周知，在WO97/14269、WO 96/18331和WO 96/17496中有實例。
優選情況，安裝位配置有傳熱導電的接觸部分，用于接收其上的熱敏電阻。接觸部分由印刷銀墊片或者類似墊片提供，例如當安裝位位于加熱器上時，墊片可以延伸而提供另一個接觸區，例如與如上所述的其它電元件相接觸。在加熱器的絕緣體上印刷另外一些銀部分就可在厚膜印刷加熱元件的制造過程中很容易加入接觸墊片。另一種方案是，可在厚膜印刷加熱元件的電阻加熱軌道上設置接觸部分，優選在電阻軌道和接觸區之間安置一個諸如面釉之類的絕緣體，以便軌道的溫度可以更直接地被監控。優選的是，至少在厚膜加熱器的金屬基體和安裝位的接觸表面之間至少設置一個絕緣層。
安裝位可以連接在液體加熱裝置的加熱器上、液體加熱裝置的容器上或者液體加熱裝置的控制部件上。在優選結構中，安裝位配置在托架上，該托架與液體加熱裝置上溫度將被監控的區域保持熱接觸。這樣，熱敏電阻與托架上的安裝位保持直接熱接觸和電接觸，托架能夠用于向熱敏電阻傳熱和導電。
具有優勢的是，托架可用于容納熱敏電阻并且可防止側向位移。例如，托架可帶有壁或柱，用于與熱敏電阻的外周配合。另一種方案或作為附加的，熱敏電阻可以結合在托架上，例如通過采用諸如焊錫之類的傳熱導電材料。
可以在裝置的加熱器上或者加熱容器上設置托架。不過在優選結構下，托架以機械方式連接在裝置的控制部件上。例如，在裝配好的裝置中托架可從控制部件上伸出且朝向加熱器。具有優勢的是，托架可向加熱器彈性偏壓，或者向裝置中溫度要被監控的其他部分偏壓。例如，托架可包括諸如螺旋彈簧或者優選片簧之類的彈性裝置。彈性裝置可用于向托架的安裝位導電。
偏壓裝置可用于將熱敏電阻偏壓到托架的安裝面。具有優勢的是，這類偏壓裝置還可用于將托架偏壓到裝置中溫度要被監控的區域。根據上述描述，偏壓裝置用于形成與熱敏電阻的電連接。
從另一方面看，本發明為液體加熱裝置提供了控制部件，該部件包括控制體、用于熱敏電阻的托架、容納在托架中且與托架的安裝面形成熱接觸和電接觸的熱敏電阻、用于將托架彈性偏壓到裝置中溫度將被監控表面的偏壓裝置。
根據本發明的這一方面，本發明提供了一種利用熱敏電阻的特別簡單的控制部件，當控制部件被安裝在液體加熱裝置中，它將托架施用于合適的表面以便熱敏電阻能夠監控該表面的溫度。
在熱敏電阻和用于加熱裝置的控制電路之間不必形成直接回路。例如，安裝位可以維持在地電位，這樣在熱敏電阻和控制電路之間就只要求一個連接，可通過大地形成電路。因此，安裝位可以是液體加熱裝置中任何接地且可傳熱導電的部位，例如金屬加熱容器的四壁或底板或者厚膜加熱器的金屬基體。
不過，如果接地結構不是優選的，安裝位可以配置在金屬基體的局部絕緣區上。
從上述說明可以看出，本發明為將用于監控液體加熱裝置工作溫度的熱敏電阻提供了一種簡單的結構。
下面將以實例和參考附圖的方式描述本發明的一個實施例。其中

圖1是依照現有技術的熱敏電阻結構的局部剖視圖；圖2是圖1中熱敏電阻結構的透視圖；圖3是本發明的實施例的局部剖視圖；圖4是本發明的另一個實施例的透視圖。
圖1顯示了依照現有技術的熱敏電阻結構的局部剖視圖，在此描述現有技術是為了將本發明優于現有技術裝置的長處更清楚地表達出來。圖2以透視圖的形式顯示了熱敏電阻和相關元件。如圖1和2所示，罩在玻璃中的DO-41型熱敏電阻1配置在塑料框架3上。熱敏電阻1與金屬元件5熱接觸，在熱敏電阻1和金屬元件5之間施用熱潤滑脂(未示出)來輔助這種接觸。金屬元件5從加熱器盤7的下表面向熱敏電阻1傳熱。從加熱器盤7向金屬元件5傳熱借助了在二者間施用的熱潤滑脂9。加熱器盤7的上表面與要被加熱的液體相接觸，因此加熱器盤7構成了液體加熱容器的底板。
塑料框架3由兩個金屬彈簧夾11定位，彈簧夾約束著框架3并利用螺栓13與下支架15固定在一起，下支架15與加熱器盤7保持固定關系。
通過導線17形成與熱敏電阻1的引線15的電連接，導線17通過波紋連接器19與引線15相連。絕緣套21包裹在波紋連接器19周圍。導線17的末端終止于電連接器23，利用該電連接器，熱敏電阻1就與液體加熱裝置的控制電路(未示出)形成了電連接。
從上述說明中可以看出，這種已知的用于檢測加熱器盤7溫度的裝置在結構上比較復雜，要求許多分離的部件。這樣，這種裝置必須以多個獨立的、費時的步驟來制造。
圖3顯示了本發明的一個實施例的局部剖視圖。根據該實施例，液體加熱裝置包括加熱器31，加熱器上安裝了片型熱敏電阻33。加熱器是一個厚膜電阻加熱器，包括設置在金屬基體上的絕緣層，絕緣層將厚膜加熱元件以以電阻加熱軌道的形式施加到金屬基體上。這類加熱器在WO 97/14269、WO 96/18331和WO 96/17496中都有說明。圖3的最上端的加熱器31表面設置有絕緣層和電阻加熱軌道，圖3中顯示的液體加熱裝置相對于其使用位置是處于倒置的。
熱敏電阻33是一個片型熱敏電阻，可從位于英格蘭的BowthorpeThermometrics of Taunton公司和Anglia of Wisbech公司購買。熱敏電阻33基本為扁平的圓片形材料，例如D13.8材料，該材料的電阻值根據材料的溫度變化。圓片的最上和最下表面被金屬化處理以便能產生電接觸。這種熱敏電阻的典型額定電阻范圍是0℃時380kΩ到100℃時5kΩ或者0℃時734kΩ到120℃時120kΩ，熱敏電阻的直徑一般為2到5mm。
熱敏電阻33的下表面與印在加熱器31上的銀熱敏電阻接觸墊片35形成熱接觸和電接觸。熱敏電阻接觸墊片35可以在制造加熱器31的過程中與需要添加到加熱器31上的其他印制銀部件一起印制，這樣在加熱器的制造過程中就不需要附加的加工步驟了。加熱器31上還有一個與熱敏電阻接觸墊片35通過印制銀軌道38連接的銀接觸墊片37。銀接觸墊片37提供可以形成電接觸并且與熱敏電阻33形成電接觸的位置。
熱敏電阻33的上表面與金屬螺旋彈簧39接觸，該彈簧的作用不僅是將熱敏電阻33壓到加熱器的接觸墊片35上從而確保與加熱器之間的良好熱接觸，而且還可與熱敏電阻33的金屬化上表面形成電接觸。彈簧39容納在絕緣塊43中形成的導引孔41中。在導引孔41的底端，凹腔45用于容納熱敏電阻33且用于防止裝配液體加熱裝置時出現的側向移動。第二導引孔47也是成形于塊43中，用于容納與另一個接觸墊片37形成電接觸的第二根彈簧(未示出)。
塊43通過圖3中未示出的部件與加熱器相連接，并且利用螺栓51與其上設置有加熱器31控制電路的印刷電路板(PCB)49相連接。這樣，容納在導引孔41、47中的彈簧被夾在加熱器31和PCB49之間。彈簧39就以這種方式壓熱敏電阻33而使之與接觸墊片35保持熱接觸和電接觸。彈簧接觸墊片53置于PCB49的下表面且與彈簧39的頂端相接觸。類似的接觸墊片(未示出)也設在PCB49的下表面，用于同容納在另一導引孔47中的彈簧相接觸。位于PCB49下表面的接觸墊片與加熱器31的控制電路相連。
這樣，可以看出在處于裝配狀態的裝置中，熱敏電阻33是同PCB49下表面的兩個接觸墊片之間的電路相連的，電路的走向是從接觸墊片53開始通過彈簧39到達熱敏電阻33，然后通過接觸墊片35、37到另一根彈簧并通過該彈簧連接到PCB49下表面的另一個接觸墊片。本領域的普通技術人員能夠輕易地將本發明中的裝置用于加熱器31的恰當控制電路中。
圖4顯示了本發明的另一個實施例。對于那些已經參照圖3作了說明的部件在本實施例的說明中使用了相應的標號，除非這些部件與圖3的實施例有所不同，否則將不再作詳細描述。
參看圖4，包括液體加熱裝置的合適控制電路的控制體55裝有兩個片簧57、59。在片簧57、59的頂端，兩彈簧與控制體55的控制電路(未示出)電連接。第一根片簧57的末端帶有由彎折的彈簧金屬形成的托架61，托架61容納熱敏電阻33。熱敏電阻33的下表面與托架61朝上的內表面熱接觸和電接觸。第二根彈簧59將熱敏電阻33擠壓進托架61中。第二根片簧59的末端與熱敏電阻33的上表面形成電接觸。這樣，從控制體55開始到第一根彈簧57，再通過托架61到熱敏電阻33，然后再從熱敏電阻33通過第二根彈簧59回到控制體55，就形成了回路。
片簧57、59偏壓托架61的下表面從而使片簧與加熱器31產生熱接觸，以便熱敏電阻能夠利用托架61傳導的熱檢測加熱器的溫度。在托架和加熱器之間可以使用熱潤滑脂以確保有效的熱傳導。
托架可被設置在加熱器的任意需要的部分。例如，為使熱敏電阻能夠測出過熱狀態可將托架設置在厚膜加熱器的加熱器軌道之上或相鄰近的位置。另外，為使熱敏電阻更精確地監控容器內液體的溫度，可將托架放在遠離加熱器軌道的位置。
可以明白在圖4顯示的裝置中，熱敏電阻33附著在控制體55上并且能夠非常簡易地安裝到加熱器31上以及從加熱器上卸下。
可以看出，參照圖3和4描述的本發明的結構在設計上明顯比參照圖1和2描述的結構要簡單。而且，圖3和4中的裝置防止了圖1和2中罩住熱敏電阻的玻璃所產生的熱滯后，從而能夠更迅速地響應溫度變化。再者，圖3和4中的熱敏電阻裝置在熱敏電阻和加熱器之間提供了更好的熱接觸，更進一步改善了裝置的響應能力。最后，本發明的安裝與現有技術相比包括相當少的部件，這就降低了制造和裝配成本。
權利要求
1.一種液體電加熱裝置，包括用于監控液體加熱裝置溫度的熱敏電阻，其特征在于，熱敏電阻安裝抵靠在裝置被加熱部分的安裝位上，與所述安裝位直接熱接觸和電接觸。
2.如權利要求1中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，安裝位設置在所述裝置的加熱器上。
3.如權利要求1或2中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述熱敏電阻通過偏壓裝置被彈性偏壓到所述安裝位上。
4.如權利要求3中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述偏壓裝置是導電的并且與所述熱敏電阻形成電接觸。
5.如前述任一項權利要求中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，該裝置還包括與所述熱敏電阻電連接的電路，所述電路設置在支座上，所述熱敏電阻安裝在支座和安裝位之間。
6.如權利要求4和5中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述偏壓裝置設置在支座和安裝位之間。
7.如權利要求6中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，支座具有與偏壓裝置接合的電接觸位。
8.如權利要求5到7任一項所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述熱敏電阻或者所述熱敏電阻和所述偏壓裝置設置在中間部件中形成的導引孔中，中間部件位于支座和安裝位之間。
9.如權利要求8中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述支座包括另一個用于同彈性電接觸器接合的電接觸位，彈性電接觸器在所述中間部件中形成的另一個導引孔中延伸，用于與電連接熱敏電阻安裝位的另一個接觸器連接。
10.如權利要求1到7任一項中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述安裝位配置在托架上，托架與液體加熱裝置中溫度將被監控的區域保持熱接觸。
11.如權利要求10中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，托架被機械地安裝在裝置的控制件上。
12.如權利要求10或11中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，托架通過彈性裝置被彈性偏壓到液體加熱裝置中溫度要被監控的區域上。
13.如權利要求12中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，彈性裝置設置成向熱敏電阻導電。
14.如權利要求4到13中任一項所述的液體電加熱裝置，其特征在于，與所述偏壓裝置接觸的所述熱敏電阻的表面被金屬化處理。
15.如前述任一項權利要求中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述安裝位基本為平面形的并且所述熱敏電阻具有基本平坦的安裝面，所述安裝面靠著所述安裝位安裝。
16.如權利要求15中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述熱敏電阻具有與所述安裝面相對的表面并且二者基本平行。
17.如前述任一項權利要求中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，與所述安裝位接觸的所述熱敏電阻的表面被金屬化處理。
18.如前述任一項權利要求中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述加熱裝置包括厚膜電阻加熱元件。
19.如前述任一項權利要求中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述安裝位配置有導熱導電接觸區，用于容納所述熱敏電阻。
20.如權利要求19中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述接觸區由施加在安裝位上的銀墊片提供。
21.如權利要求20中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述墊片延伸而提供另一個接觸區。
22.如前述任一項權利要求中所述的液體電加熱裝置，其特征在于，所述安裝位處于地電位。
23.一種液體加熱裝置的控制部件，包括控制體、用于熱敏電阻的托架、容納在托架中且與托架的安裝面形成熱接觸和電接觸的熱敏電阻、用于將托架彈性偏壓到該裝置中溫度將被監控表面的偏壓裝置。
24.如權利要求23中所述的控制部件，其特征在于，偏壓裝置在托架和控制體之間提供電連接。
25.如權利要求23或24中所述的控制部件，其特征在于，彈性裝置用于將熱敏電阻彈性偏壓到托架上的安裝位。
26.如權利要求25所述的控制部件，其特征在于，彈性裝置在熱敏電阻和控制體之間提供電連接。
27.如權利要求25或26所述的控制部件，其特征在于，彈性裝置將托架偏壓到液體加熱裝置的所述表面。
28.如權利要求25到27中任一項所述的控制部件，其特征在于，彈性裝置包括片簧。
29.如權利要求23到28中任一項所述的控制部件，其特征在于，托架帶有防止熱敏電阻側向移動的裝置。
30.如權利要求23到29中任一項所述的控制部件，其特征在于，偏壓裝置包括片簧。
全文摘要
一種片型熱敏電阻33被用于監控液體加熱裝置的溫度。熱敏電阻33的一個金屬化表面與該裝置加熱器31上的安裝位35直接熱接觸和電接觸。熱敏電阻33的另一金屬化表面與一根彈簧形成電接觸。在另一種結構中,熱敏電阻33保持在片簧末端的托架中。托架被偏壓到與加熱器31熱接觸的位置。這就形成了簡單的溫度監控裝置。
文檔編號A47J27/21GK1275302SQ9881007
公開日2000年11月29日 申請日期1998年8月28日 優先權日1997年8月28日
發明者勞倫斯·德阿瑟, 基思·B·多伊爾, 保羅·科斯格羅夫 申請人:施特里克斯有限公司