Нагревательный элемент и способ его анализа
Способ получения нагревательного элемента для системы электронной подачи пара, предусматривающий предоставление листа электропроводящего пористого материала, измерение количества света, проходящего по меньшей мере через два места на листе, для получения набора значений светопропускания, включающего в себя максимальное значение и минимальное значение, сравнение значения разности максимального и минимального значений с заранее заданным приемлемым отклонением светопропускания и выбор листа для использования в качестве нагревательного элемента, если значение разности попадает в пределы диапазона допустимого отклонения. Изобретение обеспечивает повышение равномерности нагрева. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нагревательному элементу, предназначенному, например, для использования в электронной системе или устройстве подачи пара, например, в электронной сигарете, а также к способу анализа таких нагревательных элементов.
Уровень техники
Устройства подачи аэрозоля или пара, такие как электронные сигареты, обычно содержат резервуар с исходной жидкостью, содержащей состав, обычно включающий в себя никотин, из которой образуется аэрозоль, например, путем испарения или другими способами. Для обеспечения испарения система подачи пара может включать в себя нагревательный элемент, находящийся в контакте с частью исходной жидкости из резервуара. Температура нагревательного элемента повышается, например, путем пропускания электрического тока от батареи через нагревательный элемент, и исходная жидкость, контактирующая с нагревательным элементом, испаряется. Например, пользователь может вдохнуть через систему, чтобы активировать нагревательный элемент и испарить небольшое количество исходной жидкости, которая таким образом превращается в аэрозоль для вдыхания пользователем.
Работа нагревательного элемента этого типа основана на явлении резистивного нагрева, когда электрическое сопротивление нагревательного элемента вызывает повышение температуры при приложении напряжения к нагревательному элементу, чтобы через него протекал ток. Нагревательные элементы для электронных сигарет часто представляют собой электропроводящий металлический провод в форме катушки. Пористый элемент, например волокнистый фитиль, находится в контакте с нагревательным элементом (например, нагревательный элемент представляет собой проволоку, намотанную вокруг стержневого фитиля), а также в контакте с исходной жидкостью в резервуаре. Капиллярное действие или впитывание пористым элементом переносит жидкость из резервуара к нагревателю для испарения.
Предлагается объединить нагрев и впитывание в одном компоненте. Например, если нагревательный элемент изготовлен из листа электропроводящего пористого материала, такого как металлическая сетка или решетка, отверстия в пористой структуре обеспечивают капиллярное действие для вытягивания жидкости из резервуара непосредственно в нагревательный элемент для испарения путем нагревания, когда через материал протекает ток.
Структура проводящей сетки может обладать нерегулярными резистивными свойствами, что приводит к неравномерному нагреву и может влиять на образование пара.
Соответственно, представляет интерес характеристика электропроводящего пористого листового материала с точки зрения его пригодности для использования в качестве резистивного нагревательного элемента.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом некоторых вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе, предлагается способ получения нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, включающий в себя: предоставление листа электропроводящего пористого материала; измерение количества света, проходящего по меньшей мере через два места на листе для получения набора значений светопропускания, включающего в себя максимальное значение и минимальное значение; сравнение значения разности максимального и минимального значений с заданным приемлемым отклонением светопропускания; и выбор листа для использования в качестве нагревательного элемента, если значение разности находится в пределах приемлемого отклонения.
Например, значение разности может быть разностью между максимальным значением и минимальным значением, а заранее заданное приемлемое отклонение является наибольшим допустимым диапазоном в измеренных значениях светопропускания, за пределы которого не должно выходить значение разности. Значение разности может выражаться в процентах, пропорцией или в долях, и наибольший приемлемый диапазон задается в процентах, пропорцией или в долях максимального значения или минимального значения светопропускания, измеренного для листа. Наибольший допустимый диапазон может составлять, например, не более 10% максимального значения.
В другом примере значение разности может быть по меньшей мере одним из разности между максимальным значением или минимальным значением и средним значением набора значений светопропускания, а заранее заданное приемлемое отклонение является наибольшим допустимым отклонением максимального значения и/или минимального значения от среднего значения, которое не должно превышать значение разности. Значение разности может выражаться в процентах, пропорцией или в долях, и наибольшее допустимое отклонение определяется в процентах, пропорцией или в долях от среднего значения набора значений светопропускания, измеренного для листа. Например, наибольшее допустимое отклонение может составлять не более 5% от среднего значения.
В другом примере значение разности представляет собой процент, пропорцию или долю от максимального значения в виде минимального значения, а заранее заданное приемлемое отклонение является минимальным приемлемым значением этого процента. Например, минимальное приемлемое значение может составлять не менее 90% от максимального значения.
Электропроводящий пористый материал может представлять собой сетку из металлических волокон, например, сетку из спеченных волокон нержавеющей стали.
Способ может дополнительно предусматривать определение приемлемого отклонения светопропускания с использованием известного соотношения между светопропусканием и электрическим сопротивлением электропроводящего пористого материала.
Согласно второму аспекту некоторых вариантов осуществления, описанных в данном документе, предлагается нагревательный элемент для электронной системы подачи пара или заготовка для формирования нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, представляющая собой лист электропроводящего пористого материала, имеющий профиль светопропускания, у которого минимальное значение светопропускания составляет не менее 90% максимального значения светопропускания.
В соответствии с третьим аспектом некоторых вариантов осуществления, описанных в данном документе, предлагается нагревательный элемент для электронной системы подачи пара или заготовка для формирования нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, представляющие собой лист электропроводящего пористого материала, имеющего профиль светопропускания, у которого разница между минимальным и максимальным значениями светопропускания составляет не более 10% максимального значения.
В соответствии с четвертым аспектом некоторых вариантов осуществления, описанных в данном документе, предлагается нагревательный элемент для электронной системы подачи пара или заготовка для формирования нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, представляющие собой лист электропроводящего пористого материала, имеющего профиль светопропускания, у которого одно или оба из максимального и минимального значений светопропускания отличаются от среднего значения светопропускания не более чем на 5%.
Электропроводящий пористый материал может представлять собой сетку из металлических волокон, например, сетку из спеченных волокон нержавеющей стали.
Эти и другие аспекты некоторых вариантов осуществления изобретения изложены в прилагаемых к описанию независимых и зависимых пунктах формулы изобретения. Понятно, что отличительные признаки зависимых пунктов формулы изобретения могут сочетаться друг с другом и с отличительными признаками независимых пунктов формулы изобретения в комбинациях, отличных от тех, которые явно изложены в формуле изобретения. Кроме того, подход, описанный в данном документе, не ограничивается конкретными вариантами осуществления, такими как изложенные ниже, но включает в себя и предусматривает любые подходящие комбинации отличительных признаков, представленных в данном документе. Например, нагревательный элемент и связанный с ним способ могут предлагаться в соответствии с подходами, описанными в данном документе, включающими в себя в зависимости от ситуации любой один или несколько из описанных ниже различных отличительных признаков.
Краткое описание чертежей
Исключительно в качестве примера ниже подробно описаны различные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематический вид сверху примерного электрического нагревательного элемента, к которому могут применяться варианты осуществления изобретения;
на фиг. 2 - схематический вид сбоку примерного устройства, подходящего для осуществления способов, предлагаемых в вариантах осуществления изобретения;
на фиг. 3 - график примерной взаимосвязи между светопропусканием и электрическим сопротивлением;
на фиг. 4 - изображения пористого электропроводящего листового материала (фиг. 4А и 4В) и соответствующие двумерные контурные карты интенсивности (профили светопропускания), полученные с изображений (фиг. 4С и 4D);
на фиг. 5 - график рассеяния измеренных средних значений интенсивности в зависимости от измеренного электрического сопротивления для нескольких образцов нагревательных элементов;
на фиг. 6 - график примера одномерного профиля светопропускания образца пористого электропроводящего листового материала;
на фиг. 7 - схематический вид сбоку еще одного примера устройства, подходящего для осуществления способов, предлагаемых в вариантах осуществления изобретения; и
на фиг. 8 - блок-схема этапов примерного способа.
Осуществление изобретения
В данном документе рассматриваются/описываются аспекты и отличительные признаки конкретных примеров и вариантов осуществления изобретения. Некоторые аспекты и отличительные признаки конкретных примеров и вариантов осуществления изобретения могут быть реализованы традиционными способами и в интересах краткости здесь не рассматриваются/не описываются подробно. Таким образом, следует понимать, что аспекты и отличительные признаки устройства и способов, рассматриваемых в данном документе, которые не описаны подробно, могут быть реализованы в соответствии с любыми традиционными способами реализации таких аспектов и признаков.
Как описано выше, настоящее изобретение относится к нагревательным элементам (но не ограничивается ими), подходящим для использования в электронных системах подачи аэрозоля или пара, таких как электронные сигареты. В нижеследующем описании иногда могут использоваться термины "э-сигарета" и "электронная сигарета"; однако следует понимать, что эти термины могут использоваться взаимозаменяемо с системой или устройством подачи аэрозоля (пара). Аналогично, термин "аэрозоль" может использоваться взаимозаменяемо с термином "пар".
Один из типов нагревательного элемента, который можно использовать в распыляющей части электронной сигареты (часть, сконфигурированная для генерирования пара из исходной жидкости), сочетает в себе функции нагрева и подачи жидкости, будучи одновременно электропроводящим (резистивным) и пористым. Примером подходящего материала для этого является электропроводящий материал, такой как металл или металлический сплав, сформованный в виде мелкой сетки, паутины, решетки или аналогичной конфигурации, имеющей формат листа, то есть плоскую форму, толщина которой во много раз меньшей ее длины или ширины. Сетка может формироваться из металлических проволок или волокон, которые сплетены вместе или, альтернативно, объединены в нетканую структуру. Например, волокна могут быть агрегированы путем спекания, при котором тепло и/или давление прикладывается к совокупности металлических волокон для уплотнения их в единую массу.
Эти структуры могут иметь пустоты и промежутки подходящего размера между металлическими волокнами, чтобы обеспечивать капиллярную силу для впитывания жидкости. Из этого следует, что материал является пористым. Кроме того, металл является электропроводящим и поэтому пригоден для резистивного нагрева, при котором электрический ток, протекающий через материал, обладающий электрическим сопротивлением, генерирует тепло. Однако структуры этого типа не ограничиваются металлами; другие электропроводящие материалы могут формироваться в волокна и выполняться в виде сетчатых, решетчатых или паутинных структур, обладающих пористостью и резистивностью. Примерами являются керамические материалы, которые могут легироваться или не легироваться веществами, предназначенными для адаптации физических свойств сетки.
На фиг. 1 показан вид сверху примерного нагревательного элемента такого формата. Нагревательный элемент 10 обычно имеет прямоугольную форму с двумя длинными сторонами и двумя короткими сторонами и является плоским в том смысле, что его толщина в плоскости листа во много раз меньше его длины или ширины в плоскости листа. При использовании внутри электронной сигареты он устанавливается в канале 12 воздушного потока, так что воздух, проходящий по каналу 12, течет по поверхности элемента 10, чтобы захватывать пар. Толщина нагревательного элемента 10 ортогональна направлению воздушного потока, обозначенного на чертеже стрелками А. Нагревательный элемент 10 установлен таким образом, что его краевые участки 13 вдоль длинных сторон проходят через стенку или стенки, ограничивающие канал 12 воздушного потока, в резервуар с исходной жидкостью 14, удерживаемой в кольцевом пространстве, окружающем канал 12 воздушного потока. Капиллярное действие вытягивает жидкость 14 из резервуара в направлении центральной области нагревательного элемента. На своих коротких краях нагревательный элемент 10 имеет фасонные соединительные участки 16, которые соединены с электрическими выводами или другими электропроводящими элементами (на чертеже не показаны), сконфигурированными для пропускания электрического тока, обозначенного на чертеже стрелками I, через нагревательный элемент 10, чтобы осуществлять необходимый резистивный нагрев. Нагревательный элемент 10 имеет ряд прорезей 18, распределенных вдоль его длинных сторон и ортогональных им. Прорези отклоняют путь прохождения тока от прямой траектории между соединительными участками 16, поскольку ток вынужден огибать концы прорезей. Это изменяет плотность тока в этих областях, образуя области с более высокой температурой, что может быть полезным для достижения желаемого испарения.
Нагревательный элемент 10 может сформироваться путем штамповки или вырезания (например, с помощью лазера) требуемой формы из более крупного листа пористого материала.
Однако настоящее изобретение не ограничивается нагревательными элементами, имеющими размеры, форму и конфигурацию примера, показанного на фиг. 1, и широко применимо к нагревательным элементам, сформированным из плоских пористых электропроводящих материалов.
Нагревательные элементы этого типа могут выполняться из электропроводящего материала, который представляет собой нетканую спеченную пористую паутинную структуру, содержащую металлические волокна, такие как волокна нержавеющей стали. Нержавеющая сталь может быть, например, сталью типа AISI (Американский институт чугуна и стали) 316L (соответствует европейскому стандарту 1.4404). Плотность материала может находиться в диапазоне 100-300 г/м2. Его пористость может быть более 50% или более 70%, причем пористость представляет собой соотношение объема воздуха и объема материала, с соответствующей плотностью менее 50% или менее 30%, причем плотность представляет собой объем волокон на единицу объема материала. Толщина материала может лежать в диапазоне 75-250 мкм. Типичный диаметр волокна может составлять приблизительно 12 мкм, а типичный средний размер пор (размер пустот между волокнами) может составлять приблизительно 32 мкм. Примером материала такого типа является пористая металлическая волокнистая среда Bekipor (зарегистрированная торговая марка) ST, производимая компанией NV Bekaert SA, Бельгия, представляющая собой ряд пористых нетканых волокнистых матричных материалов, изготовленных путем спекания волокон нержавеющей стали.
Опять же, настоящее изобретение не ограничивается нагревательными элементами, изготовленными из этого материала, и широко применимо к нагревательным элементам, изготавливаемым из плоских пористых электропроводящих материалов. Отметим также, что хотя материал описывается как плоский, это относится к относительным размерам листового материала и нагревательных элементов (толщина во много раз меньше длины и/или ширины), но не обязательно указывает на плоскостность, в частности, готового нагревательного элемента, выполненного из упомянутого материала. Нагревательный элемент может быть плоским, но в качестве альтернативы он может выполняться в неплоской форме, такой как изогнутая, волнистая, гофрированная, ребристая, трубчатая или иная вогнутая и/или выпуклая форма.
Следствием производственных процессов, таких как плетение и спекание, используемых для изготовления тканых или нетканых пористых структур из электропроводящих волокон, является то, что материал может иметь неравномерную плотность волокон, создавая неоднородную структуру и приводя к неравномерному электрическому удельному сопротивлению по всему образцу материала. Любое нерегулярное удельное сопротивление, то есть локализованные области с большим или меньшим удельным сопротивлением, чем среднее удельное сопротивление образца материала, будет приводить к соответствующей неравномерности резистивного нагрева, поскольку области с более высоким удельным сопротивлением будут горячее, чем в среднем по образцу, а области с более низким удельным сопротивлением будут холоднее, чем в среднем по образцу. Для такого применения, как испарение исходной жидкости в электронной сигарете, которое основано на нагревании до определенной температуры (или до диапазона температур для получения заданного профиля плотности тока в нагревательном элементе) для обеспечения требуемого уровня испарения, неравномерность удельного сопротивления по всему нагревательному элементу может быть нежелательной. Гомогенная структура, имеющая постоянное удельное сопротивление, может быть более предпочтительной. Готовые электронные сигаретные устройства могут не пройти тестирование после изготовления, если будет установлено, что нагревательный элемент производит неравномерный нагрев, не соответствующий заданному профилю нагрева. Поэтому интересны способы предварительного выявления материала нагревательного элемента с соответствующими резистивными свойствами, позволяющие отбраковывать неподходящий материал до того, как он будет использован в готовом устройстве или компоненте. Также представляет интерес свойство или свойства материала, которые характеризуют его пригодность для использования в качестве нагревательных элементов.
Настоящее изобретение исходит из того, что однородная физическая структура и соответствующее однородное удельное сопротивление по всему образцу пористого электропроводящего материала могут порождать другие однородные свойства, которые можно использовать для характеристики образца, например, как более или менее подходящего для использования в качестве нагревательного элемента. В частности, было обнаружено, что свойства светопропускания коррелируют со свойствами электрического сопротивления. Следовательно, образцы пористого электропроводящего материала с однородным светопропусканием, то есть со светопропусканием, меняющимся незначительно по всему образцу (т.е. попадающим в узкий заданный диапазон), могут быть признаны также имеющими гомогенное или практически гомогенное удельное сопротивление.
Было обнаружено, что светопропускание пористого электропроводящего паутинного материала является индикатором его электрического сопротивления. Светопропускание – это доля или пропорция интенсивности падающего света, которая проходит через объект или часть объекта. Паутина из электропроводящих волокон имеет пустоты и отверстия и не является сплошной, и, следовательно, позволяет некоторому количеству света проходить через нее, так что ее светопропускание может быть измерено. Более плотная паутина будет пропускать меньшее количество падающего света, чем более открытая паутина. Кроме того, более плотная паутина содержит больше металлических волокон и, следовательно, имеет более низкое удельное сопротивление, тогда как наоборот, более открытая паутина содержит меньше металлических волокон и имеет, соответственно, более высокое удельное сопротивление. При сочетании этих двух свойств было выявлено, что существует зависимость между интенсивностью проходящего света и удельным электрическим сопротивлением образцов одного и того же паутинного материала, подвергающегося экспозиции падающего света одного и того же уровня и одной и той же длины волны. Каждый образец имеет характеристику светопропускания (количество света, которое он пропускает) и значение электрического сопротивления, и эти два свойства связаны между собой. Светопропускание пропорционально электрическому сопротивлению. При заданной и фиксированной настройке освещения светопропускание эквивалентно абсолютному количеству прошедшего света, поэтому измеренная интенсивность света также пропорциональна электрическому сопротивлению. Далее по тексту термины "светопропускание" и "интенсивность" могут использоваться взаимозаменяемо, за исключением случаев, когда указано конкретное значение.
Светопропускание пропорционально электрическому сопротивлению, и каждое из этих свойств применимо ко всему образцу электропроводящего листового материала (при этом могут быть получены средние значения свойств). Кроме того, свойства могут рассматриваться в меньшем масштабе, с учетом того, как свойства варьируются по всему образцу. Отклонения возникают из-за структуры волокон интересующих материалов вследствие того, что локальная плотность волокон может изменяться и быть непостоянной во всех точках образца. Следовательно, как светопропускание, так и электрическое сопротивление могут демонстрировать неоднородность по всему образцу, причем вариации двух свойств коррелируют друг с другом вследствие имеющейся пропорциональной зависимости. Большой разброс может указывать на то, что образец материала не подходит для изготовления одного или нескольких электрических нагревательных элементов, поскольку изменение сопротивления будет приводить к неравномерному нагреву, при котором при прохождении тока возникают горячие и холодные пятна. Однако отклонение светопропускания более удобно измерять, чем отклонение сопротивления. Соответственно, характеристика светопропускания образца электропроводящего пористого листового материала может быть выгодно использована для определения его пригодности для изготовления нагревательных элементов для электронных систем подачи пара.
Вариация физического свойства по всему образцу (представляющая собой разность локальных значений этого свойства) может рассматриваться как профиль. Для плоского образца свойство может быть измерено (или дискретизировано, обнаружено или зарегистрировано) в нескольких (по меньшей мере двух) местах по длине и ширине образца, чтобы получить двумерный профиль. Места могут располагаться на поверхности образца в виде регулярной решетки или могут выбираться случайным образом. В альтернативном варианте, одномерный или линейный профиль может быть получен путем измерения свойства в ряде точек вдоль линии или пути (который может быть или не быть прямым), продолжающемся по длине или ширине образца, при этом точки располагаются с регулярными или нерегулярными интервалами. Большее количество мест измерения даст более подробный профиль, но меньшее количество измерений может быть получено и обработано быстрее и может адекватно отображать свойства образца с требуемой для процесса изготовления точностью. Соответственно, профиль, полученный с помощью любого из этих способов (или других способов, очевидных специалисту в данной области техники), может использоваться в вариантах осуществления настоящего изобретения, при этом представляющий интерес профиль является профилем светопропускания, представляющим собой множество измерений светопропускания, полученных в нескольких местах поверхности образца пористого электропроводящего материала. В любом случае, профиль является пространственным профилем, представляющим пространственное изменение светопропускания.
Для заданной конструкции электрического нагревательного элемента может быть определен диапазон значений приемлемого электрического сопротивления. Для простоты, приемлемое значение может быть определено как среднее значение, представляющее собой сопротивление по всему образцу. Однако измеренное среднее значение, которое попадает в допустимый диапазон, может скрывать большие отклонения в профиле сопротивления по всему образцу, поскольку некоторые места могут иметь локальное сопротивление, которое существенно отклоняется от приемлемого значения. Такой образец будет отличаться неравномерным нагревом, и поэтому он, вероятно, должен считаться неподходящим для использования в качестве нагревательного элемента.
Следовательно, для любой спецификации удельного сопротивления, в дополнение к определению требуемого абсолютного значения сопротивления (которое может быть или не быть средним значением), можно определить отклонение или допуск относительно абсолютного значения, который представляет собой отклонение локальных значений сопротивления по всему образцу, допустимое с точки зрения требований к равномерности нагрева. Например, можно задать приемлемую величину сопротивления выше и ниже требуемого значения или максимальную приемлемую разность между самым высоким и самым низким значениями сопротивления. Чем меньше диапазон допустимых значений, тем большая однородность присуща образцу.
Используя отмеченную выше и рассматриваемую ниже пропорциональность между электрическим сопротивлением и светопропусканием, упомянутое требование к однородности сопротивления может быть трансформировано в требование к однородности светопропускания (которая соответствует однородности физической структуры материала образца). Профиль светопропускания образца характеризует степень однородности светопропускания, при этом разница между самым высоким и самым низким значениями профиля представляет собой отклонение светопропускания, и меньшая разница указывает на более высокую однородность (более однородную физическую структуру).
Соответственно, варианты осуществления изобретения определяют, что образец плоского электропроводящего пористого материала имеет профиль светопропускания, в котором самое низкое (минимальное) значение светопропускания составляет по меньшей мере 90% от самого высокого (максимального) значения светопропускания. Вместо этого можно задать, что диапазон профиля светопропускания, представляющий собой разность между самым высоким и самым низким значениями, составляет не более 10% самого высокого значения. Например, самое низкое значение может составлять 90% самого высокого значения или может составлять по меньшей мере 91% самого высокого значения, или по меньшей мере 92% самого высокого значения, или по меньшей мере 93% самого высокого значения, или по меньшей мере 94% от самого высокого значения, или по меньшей мере 95% самого высокого значения, или по меньшей мере 96% самого высокого значения, или по меньшей мере 97% самого высокого значения, или по меньшей мере 98% самого высокого значения, или по меньшей мере 99% самого высокого значения.
Альтернативно, профиль светопропускания образца может задаваться как содержащий самое высокое и самое низкое значения, которые отличаются не более чем на 5% от среднего значения светопропускания профиля, где среднее значение может быть вычислено, например, из всех значений, включенных в профиль, или из подмножества значений, включенных в профиль, или из всех значений, доступных для образца, или из поднабора всех доступных значений (где профиль может включать в себя или не включать в себя все доступные значения). При желании могут использоваться другие средние значения. Например, самое высокое и самое низкое значения могут отличаться не более чем на 4% от среднего значения, или не более чем на 3% от среднего значения, или не более чем на 2% от среднего значения, или не более чем на 1% от среднего значения.
Отдельные нагревательные элементы или участки материала подходящего размера для изготовления отдельных нагревательных элементов, которые уже отделены от более крупного листа материала, могут иметь характеристики светопропускания, подпадающие под эти определения. Кроме того, области большого листа материала, которые имеют соответствующий профиль светопропускания, например, в соответствии с приведенными выше определениями, могут быть идентифицированы как области, из которых могут быть сформированы отдельные нагревательные элементы с подходящими значениями сопротивления.
На фиг. 2 показано схематическое изображение примерного устройства, подходящего для измерения светопропускания листа пористого электропроводящего материала. Устройство содержит оптический источник (света), оптический детектор (света) и средство для размещения измеряемого образца между источником и детектором. Более конкретно, в показанном примере образец 10a материала нагревательного элемента (уже сконфигурированный в виде одного нагревателя 10 или в виде листа большего размера) помещают в положение для измерения. Результаты могут быть улучшены, если образец удерживается в плоском положении, обычно перпендикулярно падающему свету, поэтому, если образец склонен к скручиванию, складыванию или иному деформированию (например, если он был вырезан из рулона материала), то он может помещаться между двумя листами 20 прозрачного пластика или стекла и закрепляться зажимом. Листы могут выбираться таким образом, чтобы минимизировать оптические потери в них, например, в отношении оптических характеристик листового материала на длине волны света, излучаемого источником 22, и/или использоваться очень тонкие листы материала. Таким образом, пропорция изменения оптических свойств, возникающая при прохождении через образец 10 нагревательного элемента, максимизируется, чтобы улучшить разрешение измерения.
Образец 10а помещают над источником 22 света, который излучает свет с первой интенсивностью I1, который падает на нижнюю сторону образца 10а. Образец 10a имеет конечную площадь (т.е. это не точка), и для записи профиля светопропускания необходимо получить значения светопропускания во множестве мест образца 10a. Устройство, показанное на фиг. 2, выполнено с возможностью выполнения этого за одно измерение, во время которого вся интересующая область может подвергаться воздействию света от источника 22 света за одну экспозицию. Обратите внимание, что интересующей областью может быть вся площадь образца 10а, если он уже был разрезан и, возможно, сформирован в требуемых размерах готового нагревательного элемента, или это может быть меньший участок в пределах площади образца, если образец большой и предназначен для резки на отдельные участки для формирования нагревательных элементов. Для достижения такого обширного пространственного воздействия источник света может быть площадным источником света или стержневым источник света, способным излучать свет примерно одинаковой интенсивности на площади, по меньшей мере такой же большой, как площадь тестируемого образца (область интереса). В качестве альтернативы можно использовать точечный источник света с линзами для расширения оптического поля и выравнивания профиля интенсивности по всему полю. Свет может быть любой требуемой длины волны и, в частности, может иметь одну длину волны или может быть источником излучения широкого спектра или источником белого света.
На противоположной от источника 22 света стороне образца 10 расположена камера или иной детектор 24 света. Детектор 24 может представлять собой матрицу точечных детекторов, например, матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС). Цель состоит в том, чтобы обнаружить свет, проходящий от источника 22 через все участки образца 10а в области интереса, поэтому площадь детектора должна быть подходящего размера. Также детектор 24 должен быть сконфигурирован для регистрации конкретной длины волны или длин волн света, излучаемого источником 22. Другими словами, детектор 24 предпочтительно должен иметь высокую чувствительность к длине волны света источника 22.
Хотя в упомянутом примере источник 22 показан располагающимся под образцом 10а, а детектор 24 – над образцом, можно использовать противоположную конфигурацию, чтобы свет направлялся вниз через образец от источника к детектору, или использовалась более горизонтальная конфигурация. Если устройство встроено в производственную линию для автоматического анализа нагревательных элементов, поставляемых для включения в электронные сигареты, конфигурация производственной линии и механизм, используемый для доставки образцов в устройство и удаления из него, могут определять расположение компонентов. Также может быть желательным экранирование или частичное экранирование устройства, чтобы исключить влияние рассеянного света на результат измерения.
При использовании источник 22 направляет практически однородное световое поле с интенсивностью 11 на образец 10а. Если образец 10a представляет собой отдельный нагревательный элемент или предварительно вырезанную заготовку, которая должна быть сформирована в отдельный элемент, световое поле при попадании на образец может иметь приблизительно по меньшей мере такую же площадь, что и нагревательный элемент, так что освещаются все участки образца. Если образец 10a представляет собой лист, от которого должны быть отделены отдельные нагревательные элементы, может освещаться только часть листа, например, участок, соответствующий площади одного нагревательного элемента. В первом случае анализ светопропускания позволяет принять или забраковать нагревательный элемент для использования в системе подачи пара. В последнем случае анализ может указать, подходит ли конкретная область листа материала для отделения с целью использования в качестве нагревательного элемента.
Падающее световое поле с интенсивностью I1 наталкивается на образец 10а, и часть света проходит через образец (часть отражается и преломляется, а часть поглощается), имея уменьшенную интенсивность I2 на дальней стороне образца 10а. Этот свет обнаруживается детектором 24, например, путем фотографирования освещенного образца 10a, если детектор 24 является камерой. Светопропускание образца составляет I2/I1, характеризуя долю падающего света, которая прошла через образец. Для стационарного устройства с постоянным оптическим выходом интенсивность I1 остается одинаковой для каждого образца, поэтому абсолютное измерение I2 эквивалентно измерению светопропускания. Если детектор остается тем же с фиксированной способностью обнаружения, измеренное значение I2 для разных образцов можно сравнивать напрямую для определения отклонения между образцами. Для настоящего предложения, в котором интерес представляют вариации по отдельному образцу, такая согласованность устройства и условий измерения менее актуальна, но, тем не менее, может способствовать точности измерения.
Эксперименты (такие, как описанные ниже) показали, что существует линейная зависимость между измеренной интенсивностью прошедшего света и сопротивлением образца (для данной конфигурации измерения).
На фиг. 3 показан пример графика зависимости между прошедшей интенсивностью и сопротивлением. Линия 30 показывает линейную пропорциональную зависимость в виде R = aI + b, где R – сопротивление, а I – измеренная (средняя) интенсивность. Материал нагревательного элемента с более высоким удельным сопротивлением пропускает большую долю падающего света, поэтому интенсивность, измеренная на дальней стороне образца, выше. Для конкретной модели или конструкции электронной сигареты параметры нагревательного элемента могут задаваться заранее, чтобы он имел удельное сопротивление между первым значением RL и вторым более высоким значением RH (например, предполагая некий диапазон удельных сопротивлений). Измерение светопропускания может проводиться на образце нагревательного элемента, и если измеренная интенсивность попадает в диапазон между первым значением IL и вторым более высоким значением IH, соответствующим, соответственно, значениям RL и RH сопротивлений, полученным из соотношения, представленного графиком на фиг. 3, можно легко установить, что образец пригоден для использования в электронной сигарете. Значение интенсивности ниже IL или выше IH указывает на то, что удельное сопротивление слишком низкое или слишком высокое (т.е. выходит за пределы диапазона от RL до RH), и образец можно отбраковать. Этот график также демонстрирует, как изменчивость светопропускания по одному образцу можно использовать для оценки степени однородности электрического сопротивления, поскольку корреляция между светопропусканием и сопротивлением очевидна.
С использованием устройства, такого как показанное на фиг. 2, прошедший свет измеряется по всей площади образца, и измерение выполняется со степенью пространственного разрешения, которое можно получить с помощью камеры или матрицы других детекторов, такой как матрица приборов с зарядовой связью (ПЗС). Хотя график на фиг. 3 показывает соотношение между средней интенсивностью и сопротивлением, где среднюю интенсивность для образца получают путем усреднения отдельных значений в пределах пространственно разрешенных данных измерений, полученных для образца, при оценке светопропускания, предлагаемой в настоящем документе, используются простанственно разрешенные данные для получения профиля светопропускания.
Были проведены эксперименты для демонстрации предлагаемого здесь предложения, которые показали, что существует четкая корреляция между удельным сопротивлением образца пористого листового материала, пригодного для использования в качестве электрического нагревательного элемента, и его светопропусканием, определяемым пропорцией проходящего через образец света. Это соотношение может использоваться для оценки стабильности сопротивления образца путем анализа профиля светопропускания, свидетельствуя, что светопропускание с отклонением в указанных пределах является ценной характеристикой такого материала. Знание профилей светопропускания может позволить отбраковывать участки материала, которые, как ожидается, не позволят получить компоненты, работающие в пределах требуемого допуска для резистивного нагрева. Это позволяет уменьшить количество изделий, требующих отбраковки на более поздних этапах производственного процесса, отбраковывая некачественный или дефектный материал на более ранней стадии.
В экспериментах устройство было сконфигурировано для подсветки образцов материала путем помещения образца над источником света и направления света вверх через образец, как в примере на фиг. 2. В качестве детектора света использовалась одно-мегапиксельная цифровая камера с объективом с переменным фокусным расстоянием 22,5 мм; считалось, что это обеспечивает достаточное разрешение. В качестве источника света был выбран линейный источник света, поскольку считалось, что он обеспечивает более высокую выходную интенсивность, чем доступный площадной источник света, и более ровное световое поле, чем точечный источник света. Для определения того, влияет ли цвет освещения на качество получаемой информации, были исследованы линейные источники света трех длин волн. Сравнение коэффициента светопропускания и диапазона между максимальным и минимальным уровнями интенсивности на изображениях, полученных при задней подсветке образцов однородным красным, зеленым и инфракрасным светом, излучаемым источником, привело к выбору красного света. Инфракрасный свет продемонстрировал низкий диапазон интенсивности и коэффициент передачи; зеленый и красный света были намного лучше в этом отношении, причем зеленый свет неизменно показывал высокий коэффициент пропускания. Однако многие камеры имеют более высокую чувствительность к красному свету, поэтому для экспериментов был выбран источник красного света. Красный свет типично определяют как имеющий длину волны в диапазоне примерно от 620 до 720 нм.
Для получения начальных изображений в экспериментах, образцы описанного выше материала Bekipor (зарегистрированная торговая марка), разрезанные на куски размерами 45 на 45 мм, помещались между двумя листами прозрачного пластика, чтобы они оставались плоскими во время формирования изображения. После проведения небольшого тестирования для определения расстояний, обеспечивающих хорошее качество изображения, образец размещали на расстоянии 30 мм от источника света, а камеру располагали на расстоянии 160 мм от образца. Было обнаружено, что изменение расстояний мало влияет на качество изображения, поэтому были выбраны расстояния, обеспечивающие соответствующее поле зрения для образцов упомянутых размеров.
После установки этих параметров устройства, с помощью камер были получены и затем обработаны изображения образцов, чтобы обеспечить формат, из которого можно извлечь полезную информацию об интенсивности.
На фиг. 4 показаны результаты некоторых из этих изображений. Была разработана программа проверки для сбора необработанных данных изображения (фотографий), снятых камерой, в областях, каждой из которых было присвоено значение интенсивности, с тем, чтобы данные можно было отображать в виде двумерной контурной карты интенсивности для выделения различных областей изображения. На фиг. 4А и 4В показаны два примера необработанных изображений различных образцов, а на фиг. 4С и 4D показаны соответствующие двумерные контурные карты интенсивности, на которых более темные области имеют низкую интенсивность, а более светлые области имеют высокую интенсивность. Светлые и темные области на исходных изображениях коррелируют с различными областями на контурных картах. Изображения этого типа использовались вместе с измерениями сопротивления, чтобы установить, что области на изображении, демонстрирующие высокую интенсивность, соответствуют участкам образца, имеющим более высокое сопротивление (поскольку в них имеется меньше проводящего материала), а области, демонстрирующие низкую интенсивность, соответствуют более низкому сопротивлению (поскольку в них имеется больше проводящего материала, блокирующего падающий свет от источника света и предотвращающий его прохождение к камере для формирования изображения). Двумерные карты можно рассматривать как двумерные профили светопропускания, как это описано выше, поскольку они отображают отклонение светопропускания по всему образцу.
Чтобы установить соотношение между светопропусканием или интенсивностью и сопротивлением, было проведено тестирование для определения сопротивления некоторых образцов. Каждый образец поочередно удерживался между электропроводящими зажимами, и с помощью омметра пять раз измерялось сопротивления каждого образца, и по этим измерениям рассчитывалось среднее сопротивление для каждого образца. Усреднение проводилось для учета любых изменений температуры, натяжения зажимаемых образцов и положения зажимов. Образцы представляли собой набор из ста нагревательных элементов со щелями, выштампованных из листового материала Bekipor (зарегистрированная торговая марка), чтобы иметь форму, подобную форме в примере, показанном на фиг. 1.
Были взяты изображения образцов для получения данных об интенсивности, таких как профили на фиг. 4С и 4D, и использованы для вычисления среднего значения интенсивности для каждого образца, представляющего собой единое числовое значение, означающее измеренную интенсивность света, прошедшего через конечную область образца. Были рассмотрены различные подходы к определению подходящего репрезентативного значения. Данные изображения были разделены на смежные области, каждая из которых имела числовое значение, указывающее зарегистрированную интенсивность для этой области; это дает числовые данные профиля передачи, а двухмерные контурные карты интенсивности, такие как на фиг. 4, являются графическим представлением данных этого типа. Различные методы усреднения включают выбор различных наборов значений для усреднения, таких как полная площадь образца, или различные группы значений, предназначенные для моделирования участков образца, где вероятнее всего пройдет путь тока, используемого для резистивного нагрева. Усреднение привело к единому значению интенсивности на образец, которое затем можно было непосредственно поставить в зависимость от средних значений сопротивления. Для ста образцов при усреднении использовались данные, лежащие на пути, выбранном для моделирования фактического извилистого пути тока, протекающего через нагревательный элемент со щелями. Были исследованы тепловые изображения нагревательного элемента с протекающим током 1А, чтобы установить форму и размер пути тока, который подлежит моделированию.
На фиг. 5 показан график значений интенсивности в зависимости от значений сопротивления для упомянутых ста образцов, который был аппроксимирован прямой линией. Данные имеют значение R2, равное 0,9173, где R2 – обычная статистическая мера того, насколько близко данные лежат близко к линии их аппроксимации. Это высокое значение (поскольку максимальное значение R2 может равняться 1), из которого мы можем сделать вывод, что действительно имеется пропорциональное соотношение между интенсивностью и сопротивлением. Следовательно, предлагаемое использование профилей светопропускания в качестве характеристики плоского электропроводящего пористого материала является разумным.
Поскольку соотношение между светопропусканием (или измеренной интенсивностью прошедшего света) и сопротивлением доказана, мы рассматриваем анализ оптического профиля как достоверный индикатор изменчивости сопротивления в образце материала.
Как описано выше, профиль светопропускания определяется как набор измерений (значений) светопередачи, пространственно распределенных по образцу (в одном или двух измерениях), а величина разности между самым высоким и самым низким значениями указывает на пространственное измерение электрического сопротивления по образцу, возникающее в силу любых неоднородностей в физической структуре материала образца. Таким образом, мы можем анализировать профиль, чтобы определить величину разности (при этом разность между самым высоким и самым низким значениями также называется диапазоном). Кроме того, разность можно сравнивать с заранее заданным приемлемым максимальным значением для диапазона, чтобы определить, подходит ли образец для использования в качестве нагревательного элемента, поскольку можно ожидать, что он будет работать надлежащим образом при нагревании. Приемлемое максимальное значение для диапазона может быть получено из соответствующего приемлемого отклонения сопротивления с использованием соотношения, такого как показано на графике на фиг. 5.
Рассмотрим пример двумерного профиля, показанного на фиг. 4C. Самые светлые области, такие как область 40, соответствуют максимальной измеренной интенсивности прошедшего света, а самые темные области, такие как область 42, соответствуют минимальной измеренной интенсивности прошедшего света. Область 40 (и другие области того же оттенка) имеет соответствующее числовое значение, указывающее количество света, измеренного в этой области; давайте обозначим его как H, представляющее собой наибольшее измеренное значение. Аналогичным образом, область 42 (и другие области того же оттенка) имеет соответствующее числовое значение, указывающее количество света, измеренное в этой области; давайте обозначим его как L, представляющее собой самое низкое измеренное значение. Диапазон или отклонение профиля представляет собой величину разности между самым высоким и самым низким значениями, т.е. H-L (или, что эквивалентно, |L-H|).
Этот диапазон можно использовать для характеристики образца и, кроме того, для классификации образца в зависимости от того, подходит ли он для использования в качестве нагревательного элемента, для которого диапазон желательно должен быть на уровне или ниже определенного порога, соответствующего максимально допустимому отклонению удельного сопротивления. Если мы обозначим диапазон профиля светопропускания как V, где V = H-L, а порог как T, то проверка на V≤T помогает установить, что образец соответствует критерию для использования в качестве нагревательного элемента. Если образец представляет собой предварительно вырезанный нагревательный элемент, его можно принять для включения в состав электронной сигареты или компонента электронной сигареты, такого как распылитель или картомайзер. Если образец представляет собой предварительно вырезанную заготовку, которая должна быть сформирована в нагревательный элемент, то он может быть передан для дальнейшей обработки с целью придания ему окончательной формы нагревательного элемента. Если образец представляет собой часть большого листа материала, эта часть может быть предназначена для отделения от листа и дальнейшей преобразования в нагревательный элемент.
Диапазон V может быть рассчитан как абсолютное значение из фактически измеренного светопропускания. Если пороговое значение также установлено как абсолютное значение, которое применимо в случае определенного типа материала и известных условий измерения (фиксированное заданное устройство), эти два значения можно сравнивать напрямую. Для более общей применимости, можно рассмотреть процентные отличия или пропорции. Например, может потребоваться, чтобы минимальное значение оптического профиля находилось в пределах определенного процента максимального значения, например, минимальное значение составляло 90% или более от максимального значения. И наоборот, может потребоваться, чтобы диапазон соответствовал определенной пропорции или проценту от максимального значения или минимального значения, например, чтобы диапазон не превышает 10% максимального значения, или диапазон не превышал 10% минимального значения. В качестве альтернативы, может потребоваться, чтобы максимальное значение и минимальное значение составляли определенный процент от среднего значения светопропускания упомянутого профиля, например, в пределах 5% или менее от среднего значения, или минимальное значение составляло по меньшей мере 95% от среднего значения, а максимальное значение составляло не более 105% от среднего значения.
Обратите внимание, что при создании двумерного профиля, такого как профиль, показанный на фиг. 4C, типичным является разделение измеренных значений на смежные группы значений, причем каждая группа представляет собой небольшой разброс значений в полном разбросе данных, ограниченный максимумом и минимумом для этой группы. Каждой группе назначаются оттенки или цвета, которые затем используются для создания карты. Если данные представлены в этой форме, то будет иметься группа максимальных значений и группа минимальных значений, и может отсутствовать один максимум и один минимум для всего набора данных. Если это так, то можно выбрать репрезентативное значение из каждой группы для использования при определении диапазона профиля. Например, можно использовать минимальное значение, заданное для одной группы, и максимальное значение, заданное для другой группы, или минимальные значения или максимальные значения для каждой группы, или срединной значение для каждой группы. Для текущих целей значение, такое как в этих примерах, представляющие собой минимальную группу, и значение, представляющее максимальную группу, считаются эквивалентными фактическому минимальному значению и фактическому максимальному значению с целью оценки и определения диапазона или отклонения в профиле светопропускания.
Тип контурной карты профиля на фиг. 4C представляет измеренные данные светопропускания многих близко расположенных мест, которые эффективно покрывают весь образец, так что отображается вся поверхность образца. В альтернативном варианте для определения профиля можно использовать измерения, более широко распределенные по поверхности образца; измерения могут располагаться в виде регулярной решетки или могут быть разнесены и располагаться случайным образом. Такие измерения могут быть получены индивидуально с помощью соответствующим образом сконфигурированного устройства или могут быть извлечены из большего набора, например, из полного изображения образца, такого как фотография, показанная на фиг. 4А.
Можно также определить или получить одномерный (1D) профиль светопропускания, где ряд значений светопропускания (или измерений интенсивности) разнесен вдоль линии, а не распределен по длине и ширине образца. Линия может быть или не быть прямой. Если данные относятся к этому типу, профиль может быть представлен в виде линейного графика, а не контурной карты.
На фиг. 6 показан пример профиля светопропускания одномерного (1D), линейного типа. Для десяти равномерно разнесенных по поверхности образца точек была измерена интенсивность прошедшего света. Были выявлены максимальный уровень H интенсивности и минимальный уровень L интенсивности. Разность между этими уровнями представляет собой диапазон или дисперсию V, которая могут характеризовать образец и сравниваться с пороговым значением для оценки пригодности образца, как это описано выше.
Типичные профили на фиг.4 и 6 представляют собой оптические данные с учетом их пространственного распределения. В действительности нет необходимости делать это для целей настоящего изобретения, поскольку нас интересуют максимальные и минимальные значения, и они могут быть легко извлечены из набора измерений без привязки к пространственному расположению. Тем не менее, пространственная информация может быть полезной в некоторых случаях.
Как отмечено выше, данные светопропускания, пригодные для анализа в соответствии с приведенными здесь примерами, могут быть получены в виде набора отдельных измерений, а не извлечения отдельных значений из изображения или аналогичного массива данных. В этом случае устройство может быть модифицировано по сравнению с примером, показанным на фиг. 2.
На фиг. 7 показан схематический вид сбоку второго примерного устройства. Как и прежде, образец 10а удерживается между источником света и детектором света. В этом примере, однако, источник света фактически является точечным источником, таким как светоизлучающий диод (LED) или лазер 22a, а детектор является фактически точечным детектором (в том смысле, что он не имеет пространственного разрешения), таким как фотодиод 24а. Светодиод 22a испускает луч света с первой интенсивностью I1, который ориентирован таким образом, чтобы падать (предпочтительно перпендикулярно) на выбранное место 23 на поверхности образца 10a. Из-за поглощения, дифракции и отражения только часть I2 падающего света I1 проходит через образец 10a и детектируется детектором 24a, чтобы дать первое измерение светопропускания/интенсивности. Образец 10а установлен с возможностью перемещения в положении измерения, например, на перемещающемся столе, так что его можно перемещать в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, как указано стрелкой 25. Таким образом, после того, как выполнено первое измерение, образец 10a может быть перемещен в новое положение, так что падающий свет 11 падает на другой участок образца 10a, и прошедший сквозь образец свет I2 обнаруживается как второе измерение. Таким образом может быть получен набор измерений для совместного формирования профиля светопропускания.
Для достижения того же эффекта могут использоваться альтернативные схемы. Например, образец 10а может оставаться неподвижным, а источник 22а и детектор 24а могут перемещаться между позициями измерения. Если источник и детектор удерживаются на общей платформе, их можно удобно перемещать вместе, сохраняя их выравнивание относительно общей оси луча. В другом варианте они могут устанавливаться отдельно. Кроме того, точечный источник света может использоваться с детектором большой площади, и в этом случае перемещение источника или образца позволит получить требуемый набор мест измерений. В альтернативном варианте источник света большой площади может использоваться с точечным детектором совместно с перемещением детектора или образца.
На фиг. 8 показана блок-схема этапов в типичном способе анализа образца в одном из примеров. На первом этапе S1 определяют приемлемое отклонение светопропускания. Это может осуществляться для конкретной конструкции нагревательного элемента, сформированного, например, из конкретного материала, и с учетом соотношения сопротивление/светопередача, такого как показано на фиг. 5, путем принятия решения о том, какое отклонение или изменение сопротивления допустимо, и установления диапазона оптического допуска, которому соответствует это отклонение. Абсолютное значение сопротивления может не представлять интереса; скорее, рассматриваемый способ связан с оценкой однородности или гомогенности сопротивления в образце, поэтому убеждаются, что в пределах одного образца вариации не слишком большие. Приемлемая вариация может выражаться в процентах или пропорцией максимального или минимального светопропускания.
На втором этапе S2 измеряют множество значений светопропускания во множестве мест образца, который требует оценки. Можно использовать такие устройства, как показанные на фиг. 2 или на фиг. 7. Множество значений измерения образуют набор данных, представляющий собой профиль светопропускания образца, и может быть нанесено на график для пространственного анализа, как в примерах, показанных на фиг.4С, 4D или 6.
Переходя к этапу S3, определяют максимальное и минимальное значения светопропускания в наборе данных. На следующем этапе S4 вычисляют диапазон набора данных, представляющий собой разность между максимальным и минимальным значениями. Диапазон может быть представлен в формате абсолютного значения разности или в процентах, пропорции или в долях от максимального или минимального значения, в зависимости от формы, используемой для представления приемлемого отклонения.
На этапе S5 диапазон, вычисленный на этапе S4, сравнивают с допустимым отклонением, установленным на этапе S1. Если диапазон меньше приемлемого отклонения, способ переходит к этапу S6, на котором образец используют в качестве или для изготовления нагревательного элемента, подходящего для использования в электронной системе подачи пара. Если диапазон больше допустимого отклонения, то на этапе S7 образец признают негодным для такого использования.
В качестве примера, приемлемое отклонение может быть заранее задано или определено как 8% от максимального измеренного светопропускания. Если диапазон, рассчитанный из максимального и минимального измерений, составляет 8% или меньше от максимума, образец может быть признан пригодным для использования.
В альтернативном варианте приемлемое отклонение может быть определено на этапе S1 в категориях отличия (или процента, пропорции или доли) от среднего значения, вместо диапазона между максимальным и минимальным значениями. В таком случае этап S4 способа становится этапом, на котором на основе значений, измеренных на этапе S2, вычисляют среднее значение светопропускания, и вычисляют разность (или отклонение или дисперсию) максимального и/или минимального значения и среднего значения. На этапе S5 осуществляют сравнение этой разности с допустимым отклонением.
В качестве примера, приемлемое отклонение может задаваться заранее или определяться как 3% от среднего измеренного светопропускания. Если максимальное измеренное значение отличается от среднего значения не более чем на 3% и/или минимальное измеренное значение отличается от среднего значения не более чем на 3%, то образец может быть признан пригодным для использования.
В еще одном альтернативном варианте приемлемое отклонение может задаваться на этапе S1 как требующее, чтобы минимальное значение составляло по меньшей мере определенный процент, пропорцию или долю от максимального значения (или наоборот). В таком случае на этапе S4 производят вычисление, в ходе которого минимальное и максимальное значения сравнивают с заданным процентом, пропорцией или долей максимального значения, представляющее собой минимальное значение, а на этапе 5 проводят сравнение этого вычисленного процента, пропорции или доли с приемлемым отклонением. Сравнение считается пройденным, если вычисленный процент, пропорция или доля не меньше, чем заданное допустимое отклонение.
В качестве примера, допустимое отклонение может быть заранее задано или определено как 95% от максимального измеренного светопропускания. Если измеренное минимальное значение составляет 95% или более от измеренного максимального значения, образец можно считать пригодным для использования.
В этих различных примерах значение или значения, рассчитанные или полученные из максимального значения и минимального значения (либо диапазон профиля, отклонение максимума и/или минимума от среднего, либо пропорция максимума, представленная минимумом) может рассматриваться как значение разности, которое представляет собой значение, рассчитанное на основе максимального и минимального значений в профиле светопропускания и указывающее на отклонение значений светопропускания, зарегистрированных для образца.
Таким образом, предложения в данном документе рассматривались в контексте нагревательных элементов, предназначенных для работы путем резистивного нагрева, при котором нагревательный элемент подключен к источнику электроэнергии, так что через нагревательный элемент протекает ток, и вследствие электрического сопротивления материала нагревательного элемента под воздействием протекающего тока происходит выделение тепла. Это можно назвать омическим нагревом или джоулевым нагревом посредством пропускания тока через электропроводящий нагревательный элемент, причем ток подается от внешнего источника питания, такого как батарея электронной сигареты. Количество выделяемого тепла зависит от сопротивления нагревательного элемента, поэтому важно использовать нагревательный элемент с соответствующими резистивными свойствами.
В качестве альтернативы можно использовать индукционный (индуктивный) нагрев для генерирования тепла в нагревательном элементе электронной сигареты. Индукционный нагрев – это явление, которое позволяет нагревать электропроводящий элемент, обычно выполненный из металла, посредством электромагнитной индукции. Для генерации высокочастотного переменного тока, который пропускают через электромагнит, используют электронный генератор. В свою очередь, электромагнит создает быстроменяющееся магнитное поле, которое ориентировано таким образом, чтобы проникать через подлежащий нагреву объект, в данном случае через нагревательный элемент, выполненный из электропроводящего пористого листового материала. Магнитное поле наводит вихревые токи в электропроводящем материале, и этот протекающий ток генерирует тепло вследствие сопротивления материала. Следовательно, индукционный нагрев также требует протекания тока для генерирования тепла вследствие электрического сопротивления материала, но ток представляет собой вихревой ток, генерируемый внешним магнитным полем, а не ток, полученный благодаря разности потенциалов, прикладываемой источником электропитания. Материал нагревательного элемента, как и ранее, должен обладать соответствующими резистивными свойствами.
Соответственно, предлагаемые здесь примеры применимы к нагревательным элементам и материалу для них, и их анализу/характеристике, предназначенным для использования с устройством индукционного нагрева электронной сигареты. Для данной конструкции индукционного нагрева требуется конкретное сопротивление или диапазон сопротивления, поэтому нагревательные элементы могут оцениваться на соответствие этому с использованием описанного здесь оптического анализа. Таким образом, нагревательные элементы, характеризующиеся своими свойствами светопропускания, отражающими однородность структуры и сопротивления, имеют отношение к устройствам индукционного нагрева.
Описанные здесь различные варианты осуществления изобретения представлены только для того, чтобы помочь в понимании и уяснении заявленных отличительных признаков. Упомянутые варианты осуществления представлены исключительно в качестве типичного примера вариантов осуществления изобретения и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Следует понимать, что преимущества, варианты осуществления, примеры, функции, отличительные признаки, структуры и/или другие аспекты, описанные в данном документе, не должны рассматриваться как ограничения объема изобретения, как он определен формулой изобретения, или как ограничения эквивалентов формулы изобретения, и что могут быть использованы другие варианты осуществления, и могут быть сделаны модификации, не выходящие за рамки объема заявленного изобретения. Различные варианты осуществления изобретения могут подходящим образом содержать, состоять из или состоять по существу из соответствующих комбинаций раскрытых элементов, компонентов, отличительных признаков, частей, этапов, средств и т.д., отличных от тех, которые конкретно описаны в данном документе. Кроме того, настоящее изобретение может включать в себя другие изобретения, не заявленные в настоящее время, но которые могут быть заявлены в будущем.
1. Способ получения нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, включающий в себя:
обеспечение наличия листа электропроводящего пористого материала;
измерение количества света, прошедшего по меньшей мере через два участка листа, для получения набора значений светопропускания, включающего в себя максимальное значение и минимальное значение;
сравнение значения разности максимального и минимального значений с заданным приемлемым отклонением светопропускания; и
выбор листа для использования в качестве нагревательного элемента, если значение разности находится в пределах приемлемого отклонения.
2. Способ по п. 1, в котором значение разности представляет собой разность между максимальным значением и минимальным значением, а заранее заданное приемлемое отклонение представляет собой наибольший допустимый диапазон измеренных значений светопропускания, за пределы которого не должно выходить значение разности.
3. Способ по п. 2, в котором значение разности определяют в процентах, пропорцией или в долях, и наибольший приемлемый диапазон определяют в процентах, пропорцией или в долях от максимального значения или минимального значения светопропускания, измеренного для листа.
4. Способ по п. 3, в котором наибольший приемлемый диапазон составляет не более 10% от максимального значения.
5. Способ по п. 1, в котором значение разности представляет собой по меньшей мере одно из разности между максимальным значением или минимальным значением и средним значением набора значений светопропускания, а заранее заданное приемлемое отклонение представляет собой наибольшее допустимое отклонение максимального значения и/или минимального значения от среднего значения, величина которого не должна превышать значение разности.
6. Способ по п. 5, в котором значение разности определяют в процентах, пропорцией или в долях, и наибольшее допустимое отклонение определяют в процентах, пропорцией или в долях от среднего значения набора значений светопропускания, измеренного для листа.
7. Способ по п. 6, в котором наибольшее приемлемое отклонение составляет не более 5% от среднего значения.
8. Способ по п. 1, в котором значение разности представляет собой процент, пропорцию или долю от максимального значения в виде минимального значения, и заранее заданное приемлемое отклонение является минимально приемлемым значением этого процента.
9. Способ по п. 8, в котором минимальное приемлемое значение составляет по меньшей мере 90% от максимального значения.
10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором электропроводящий пористый материал представляет собой сетку из металлических волокон.
11. Способ по п. 10, в котором сетка из металлических волокон представляет собой сетку из спеченных волокон нержавеющей стали.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий в себя определение приемлемого отклонения светопропускания с использованием известного соотношения между светопропусканием и электрическим сопротивлением для электропроводящего пористого материала.
13. Нагревательный элемент для электронной системы подачи пара или заготовка для формирования нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, представляющие собой лист электропроводящего пористого материала, имеющий профиль светопропускания, у которого минимальное значение светопропускания составляет по меньшей мере 90% от максимального значения светопропускания, при этом электропроводящий пористый материал представляет собой сетку из волокон.
14. Нагревательный элемент для электронной системы подачи пара или заготовка для формирования нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, представляющие собой лист электропроводящего пористого материала, имеющий профиль светопропускания, у которого разница между минимальным и максимальным значениями светопропускания составляет не более 10% от максимального значения, при этом электропроводящий пористый материал представляет собой сетку из волокон.
15. Нагревательный элемент для электронной системы подачи пара или заготовка для формирования нагревательного элемента для электронной системы подачи пара, представляющие собой лист электропроводящего пористого материала, имеющий профиль светопропускания, у которого одно или оба из максимального и минимального значений светопропускания отличается от среднего значения светопропускания не более чем на 5%, при этом электропроводящий пористый материал представляет собой сетку из волокон.
16. Нагревательный элемент или заготовка по любому из пп. 13-15, в которых электропроводящий пористый материал представляет собой сетку из металлических волокон.
17. Нагревательный элемент или заготовка по п. 16, в которых сетка из металлических волокон представляет собой сетку из спеченных волокон нержавеющей стали.
