关于双温双控加热取暖垫的技术探讨

关于双温双控加热取暖垫的技术探讨

张文广

嘉兴方晟电子科技有限公司，浙江省嘉兴市314000

摘要：随着人们生活水平的提高，越来越多的取暖或是加热产品进入我们的生活。现有技术中，取暖垫和养生壶同时摆放在桌面上使用时，空间占用较多，桌面杂乱，同时多种电器的使用会造成办公桌上插孔不够用的情况。现设计了双温双控加热取暖垫，使取暖垫和养生壶存在进一步整合的需求。本文从多角度介绍了这种装置。

关键词：双温双控 加热取暖垫

前言

改革开放40年来，随着我国经济社会的快速发展和综合国力的显著增强，城乡居民生活水平显著提高，居民收入持续快速增长，消费质量明显改善，食品支出比重持续下降，追求生活的质量与水平。近百年来，温控器的发展大致经历了以下三个阶段：1、模拟、集成温度控制器；2、智能数码温控器；3、目前，上新型温控器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

越来越多的取暖或是加热产品出现在我们的生活之中，如很多办公室工作人员在工作过程中会在办公桌上使用取暖垫以及具有加热功能的养生壶；取暖垫供手掌和手臂取暖，养生壶用于对水杯中的水加热、保温，使工作人员能够时刻饮用温度适宜的水。

但现有技术中，取暖垫和养生壶为单独使用的电器，养生壶同时还需配备具有加热功能的底座，因此取暖垫和养生壶同时摆放在桌面上使用时，会在桌面上占用较多空间，同时还会影响到桌面的整齐性，使工作人员的办公桌面看起来较为杂乱；其次，多种电器的使用还需占用较多的插孔，很容易造成办公桌上插孔不够用的情况。因此需要一种双温双控加热取暖垫，既能达到暖手功能，又能对水杯中的水加热，以提升使用的便利性。

1温控器的简单介绍

1.1温控器的产品分类

温控器包括模拟、集成温度控制器和智能温控器。

模拟温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器。某些增强型集成温度控制器中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温控器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。

智能温控器（亦称数字温控器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前，上已开发出多种智能温控器系列产品。智能温控器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、控制器（cpu)、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM)。智能温控器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试控制功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

1.2温控器的提升方法

首先，提高测温精度和分辨力。在20世纪90年代中期最早推出的智能温控器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到2°C。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9～12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5~0.0625°C。为了提高多通道智能温控器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。

并且，还要增加测试功能。新型智能温控器的测试功能也在不断增强。例如，采用DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温控器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。

智能温控器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温控器而言，主机（外部微处理器或单片机）还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率，分辨力及最大转换时间。

2智能温控器的发展趋势

所谓双温双控的意思是温控器具有双温显示，也就是说温控器可以显示设定的温度以及所测量的温度，而双控就是温控器具有两种控制理念，一个是根据温度的比较来正常控制设备负载的工作状态，另外温控器还有个温度保护功能，也就是说温控器外置传感器测量的温度达到一定值时温控器会自动给负载设备断电。

当前，我国双碳政策正在加速推进，新能源赛道空间广阔，受益于双碳政策的大力推进，国内储能温控、新能源车热管理等温控设备应用场景需求保持较快增长。除此之外，伴随着互联网、大数据、云计算、信息化的发展，数据中心、5G基站应用场景的温控设备需求也较为旺盛，可以预见未来我国温控设备市场规模将稳步增长。

在碳中和背景下，各行各业对于节能改造的需求增加，而且，我国政府更是对数据中心的指标开始以控制能耗为主，主要包括电能利用效率（PUE）、结构比例、碳排放量这三个维度，目前，多地政府出台了相关文件规定对新建数据中心PUE值做出规定。另外，国家政策也正在加大对高耗能数据中心的改造。

绿色转型下，高功率低PUE已经成为发展趋势，这对我国温控设备行业来说也是一大机遇。对于温控设备企业而言，其可以在单一地出售产品的模式上，积极探索延伸，为用户提供“数据采集、智能控制、数据交互与分析管理、节能服务”等完整智能节能型服务。未来，我国温控设备企业或许可以通过提供更高附加价值的温控解决方案，参与到节能改造环节上，温控设备行业产品或将向着服务升级，智能、节能温控设备将成为发展趋势。

3智能节能温控设备应用场景

温控主要是指根据电池等元器件对于工作环境的要求，利用加热或冷却手段对其温度或温差进行调节和控制的过程，在工业、通信业、消费电子、服务器、储能、新能源汽车等多个场景具有广泛应用。温控设备对于保障电池、服务器、手机芯片等元器件正常稳定运行，以及工业、医疗、激光等场所环境的稳定性都具有重要的意义。

通常温控设备使用场景主要包括：工业级别、机房类级别、电池热管理级别，以及电子芯片级别四大场景。

温控设备的各个场景因为技术和工作环境差异对于温控技术的具体要求也存在一定的差异。其中工业级别温控对于环境和定制化程度最高，需满温度、湿度、洁净度等多方面要求，因此该场景以传统的风冷/水冷为主；机房类主要满足降温和节能需求，其温控技术是由风冷逐步向间接蒸发冷过渡；随着动力电池和储能电池功率的不断提升，电池热管理中首要需考虑安全性及降温效果，因此该场景控温技术是由风冷由液冷逐步过渡；电子芯片级别散热空间有限，零部件体积较小，对于技术和工艺的水平要求相对较高，主要为电子芯片散热工艺级别。

4技术方案

双温双控加热取暖垫包括桌垫1、取暖模块2和加热模块3。取暖模块2包括串联的发热电阻21和取暖开关24，发热电阻21布置于桌垫1中，以在桌垫1上形成取暖区11；加热模块3包括串联的加热电阻31和加热开关34，加热电阻31布置于桌垫1中，以在桌垫1上形成加热区12；取暖模块2与加热模块3并联设置，并且连接有电源连接头，电源连接头为插接至电源插座的电源插头，以连接110V‑220V的电源。加热电阻31和发热电阻21为电阻丝或是电阻片，本实施例采用的是石墨烯电阻丝，加热电阻31的阻值在6000欧‑7000欧，使加热区12提供的温度在55℃‑65℃左右，发热电阻21的阻值按发热面积的大小，阻值在400欧‑700欧，以提供30℃‑50℃的取暖温度。在生产时，加热电阻31和发热电阻21的具体阻值可根据实际使用需求进行选取，以调整取暖区与加热区的温度。取暖模块2和加热模块3中均串联有温度传感器22，温度传感器22配置有显示模块，温度传感器22的感应端与对应模块中的加热电阻31或发热电阻21贴合、接触。取暖模块2和加热模块3中均串联有定时器23。取暖区11位于桌垫1的中心位置上。加热电阻31和发热电阻21的两端均通过导线连接有电极片4，电极片4布置于桌垫1的左上角，取暖开关24和加热开关34均布置于桌垫1左上角并且与对应的电极片4连接。桌垫1从上至下包括依次复合的底层5、隔热层6、发热层7和表层8，发热电阻21和加热电阻31均布置于发热层7中。发热层7为两片贴合的PET绝缘膜，加热电阻31和发热电阻21布置于两片绝缘膜之间。

5相对优势

1、底层5选用硅橡胶材料并防滑处理，即在底层的下表面具有防滑纹；表层8选用PU耐温材料；隔热层6能够限制热量向下传送，减少热量的损失。

2、具有温度传感器，配置有显示模块，能够感应加热电阻的实时温度。取暖模块和加热模块中均串联有定时器，以控制取暖模块和加热模块的产热时间，便于控制。

3、加热区位于桌垫的顶角位置上，并且加热区为圆形，以适应杯底的形状。暖手与水杯加热功能整合于桌垫上，能够显著提升使用的便利性，提升工作桌面的整洁度，减少工作桌面空间占用量。

4、在取暖模块上并联有充电模块，充电模块包括电阻、充电开关以及电子产品充电接口，充电接口为type‑c或是USB接口。

5、取暖区和加热区单独设置，温度独立，互不干扰，各自能够提供适应的温度供手部取暖和对水杯加热、保温。

结语

进入21世纪后，我国双碳政策正在加速推进，新能源赛道空间广阔，受益于双碳政策的大力推进，国内储能温控、新能源车热管理等温控设备应用场景需求保持较快增长智能温控器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟温控器和网络温控器、研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展。随着工业的飞速发展，科技日新月异的变化，智能温度控制器的整体技术已经标准化、规范化。伴随着互联网、大数据、云计算、信息化的发展，数据中心、5G基站应用场景的温控设备需求也较为旺盛，未来我国温控设备市场规模将稳步增长。

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