СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТА ПЕЛЬТЬЕ И МАЛОГАБАРИТНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ЭЛЕМЕНТОМ ПЕЛЬТЬЕ И ЗАЩИТНЫМ УСТРОЙСТВОМ
PELTIER ELEMENT TESTING METHOD AND SMALL-SIZED ELECTRIC DEVICE WITH PELTIER ELEMENT AND PROTECTION DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к способу тестирования элемента Пельтье, а также к малогабаритному электрическому устройству, в частности электробритве, с элементом Пельтье и защитным устройством.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
WO 2010/003603 A1 описывает бритву, которая оснащена элементом Пельтье для охлаждения кожи пользователя во время бритья. При применении элементов Пельтье существует опасность, что элемент может быть выведен из строя механическими или тепловыми воздействиями. Например, элемент может быть поврежден при падении или электрические соединения могут быть повреждены перегревом. В результате этого внутреннее сопротивление и характеристики охлаждения элемента изменяются. Это может вызывать ситуацию, когда элемент может больше не охлаждать, а вместо этого нагревать, так что сторона элемента, которая должна охлаждать, становится настолько горячей, что пользователь может получить ожог.
Цель настоящей патентной заявки - указать простой и надежный способ тестирования элемента Пельтье, а также малогабаритного электрического устройства с элементом Пельтье, в котором пользователь защищен против любого неправильного функционирования элемента Пельтье.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данная цель достигается способом, при применении которого для тестирования элемента Пельтье выполняются следующие шаги: для начала, на элемент Пельтье подается напряжение на определенный период времени. В конце этого периода времени напряжение на элементе Пельтье отключается, и после этого напряжение на элементе Пельтье измеряется и сравнивается с контрольным значением.
Этот способ использует природу элемента Пельтье, сочетающего в себе функции нагревающего и охлаждающего элемента и термоэлектрического генератора. При подаче напряжения на определенный период времени возникает ток через элемент Пельтье, который создает, если элемент Пельтье не поврежден, различие температур между холодной стороной элемента Пельтье и теплой стороной элемента Пельтье. Следовательно, после того как напряжение отключается, на элементе Пельтье будет присутствовать измеримое термоэлектрическое напряжение, которое соответствует этому различию температур. Однако, если элемент Пельтье поврежден, различие температур наблюдаться не будет, или будет наблюдаться только небольшое различие температур, и, следовательно, измерение покажет нулевое (или только сравнительно небольшое) термоэлектрические напряжение. Измеренное термоэлектрическое напряжение, следовательно, сравнивается с по меньшей мере одним контрольным значением, и, если необходимо, приводится в действие функция - например активируется устройство вывода или генерируется управляющий сигнал, если сравнение показывает, что элемент Пельтье неисправен, то есть если измеренное термоэлектрическое напряжение находится вне допустимого диапазона, определяемого контрольным значением.
Этот способ предназначен для тестирования элемента Пельтье, который устанавливается в малогабаритное электрическое устройство, например электробритву. Малогабаритное электрическое устройство содержит защитное устройство, которое гарантирует, что неправильное функционирование элемента Пельтье не может стать опасным для пользователя. Защитное устройство применимо для выполнения шагов вышеописанного способа и содержит цепь безопасности (например, микроконтроллер) и переключатель, управление которым может осуществляться цепью безопасности. Цепь безопасности соединяется с устройством для измерения термоэлектрического напряжения элемента Пельтье и содержит устройство для сравнения измеренного напряжения с по меньшей мере одним контрольным значением. Управляемый переключатель соединяется последовательно с элементом Пельтье и устройством питания. Защитное устройство, кроме того, может содержать по меньшей мере одно устройство вывода, которое активируется цепью безопасности, когда элемент Пельтье неисправен. В случае приводимого в движение двигателем малогабаритного электрического устройства, содержащего цепь управления двигателем, цепь безопасности может быть соединена с цепью управления и предотвращать включение двигателя малогабаритного электрического устройства, если элемент Пельтье неисправен. Таким образом, можно предотвратить эксплуатацию пользователем неисправного малогабаритного электрического устройства или прибора. Цепь безопасности и цепь управления могут может быть реализованы в одном микроконтроллере.
Предпочтительно защитное устройство всегда активируется, когда малогабаритное электрическое устройство включается пользователем, и затем выполняет тестирование элемента Пельтье, которое предпочтительно занимает только доли секунды. Если защитное устройство соединено с цепью управления малогабаритного электрического устройства и защитное устройство устанавливает, что элемент Пельтье находится в порядке, оно выдает соответствующий сигнал цепи управления, которая после этого включает малогабаритное электрическое устройство с задержкой, которая практически незаметна для пользователя. Естественно, тестирование элемента Пельтье может проводиться многократно с определенными временными интервалами.
Предпочтительно, защитное устройство может также иметь датчик температуры, который измеряет температуру теплой стороны элемента Пельтье или температуру в окрестностях теплой стороны элемента Пельтье и который соединяется с цепью безопасности. Путем измерения термоэлектрического напряжения на элементе Пельтье с учетом температуры, измеренной датчиком температуры, цепь безопасности может определить температуру холодной стороны элемента Пельтье. В случае электробритвы элемент Пельтье, которой должен охлаждать кожу пользователя во время бритья, холодной стороной является та сторона элемента Пельтье, которая может соприкасаться с кожей пользователя. Если температура холодной стороны не находится в пределах определенного температурного диапазона, определяемого первой и второй предельными величинами, цепь безопасности может также активировать устройство сигнализации и/или предотвращать включение привода механизма бритвы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описывается посредством приводимого в качестве примера варианта осуществления изобретения в виде малогабаритного электрического устройства, защитное устройство которого действует в соответствии со способом, предлагаемым в изобретении.
Фиг.1. Одна из возможных компоновок схемы с цепью безопасности.
Фиг.2. Блок-схема осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Компоновка схемы, показанная на Фиг.1, содержит цепь безопасности, например микроконтроллер µС, подключенный к управляемому переключателю T, например транзистору. Управляемый переключатель T соединяется последовательно с элементом Пельтье P. Устройство для измерения напряжения Vp на элементе Пельтье P имеет аналого-цифровой преобразователь ADC, вводы которого подключены параллельно элементу Пельтье P, и выход которого подключен к микроконтроллеру µС.
Микроконтроллер предназначен для тестирования элемента Пельтье P. Для этого он содержит известное устройство для приведения в действие управляемого переключателя T, устройство для генерирования контрольного напряжения VR и устройство для сравнения напряжения Vp, предоставляемого аналого-цифровым преобразователем ADC, с контрольным напряжением VR. Кроме того, в микроконтроллере реализован контроллер рабочего процесса, который контролирует шаги способа, показанного схематически на Фиг.2.
Эта компоновка схемы предназначена для малогабаритного электрического устройства, предпочтительно для электробритвы, с элементом Пельтье, теплая сторона которого термически соединена с охлаждающим телом, а холодная сторона которого расположена в бритве так, что может охлаждать кожу пользователя во время бритья. Иными словами, бритва содержит известную цепь управления, с помощью которой можно управлять функциями бритвы, например ее двигателем. Цепь управления может быть реализована в микроконтроллере или отдельно от него.
В другом варианте осуществления изобретения (который не показан на фигурах) защитное устройство также включает еще один датчик температуры, который находится в тепловом контакте с теплой стороной элемента Пельтье P и соединяется электрически с цепью безопасности. Цепь безопасности, например микроконтроллер, содержит устройство для определения температуры холодной стороны элемента Пельтье, которое определяет температуру холодной стороны элемента Пельтье по температуре теплой стороны элемента Пельтье (предоставляемой датчиком температуры) и напряжению на элементе Пельтье (предоставляемому аналого-цифровым преобразователем ADC). Контроллер рабочего процесса сконструирован так, что холодная сторона элемента Пельтье P приводится к температуре, которая находится в пределах диапазона температур, сохраненного в микроконтроллере и воспринимаемого пользователем как приятный, например в диапазоне между 10°C и 20°C. Для этой цели управляемый переключатель Т соответствующим образом приводится в действие цепью безопасности. В еще одном варианте осуществления изобретения контроллер рабочего процесса сконструирован так, чтобы холодная сторона элемента Пельтье не могла приобретать излишне высокую температуру, что означает, что при необходимости упомянутый контроллер рабочего процесса вовремя прерывает подачу электропитания на элементы Пельтье P посредством управляемого переключателя T.
R
R
R
Этапы способа тестирования элемента Пельтье показаны на Фиг.2. Для начала, элемент Пельтье P включается при помощи управляемого переключателя T таким образом, что если элемент Пельтье не поврежден, образуется разность температур между его теплой и холодной сторонами. После непродолжительного периода времени, например около 2 мс, элемент Пельтье отключается, и немедленно после этого измеряется напряжение Vp на элементе Пельтье и сравнивается микроконтроллером с контрольным напряжением V. Если напряжение Vp выше, чем контрольное напряжение V, элемент Пельтье исправен, а если напряжение Vp ниже, чем контрольное напряжение V, элемент Пельтье не исправен. В дополнительном шаге (который не показан на Фиг.2) возможно выявить различие между неисправностью элемента Пельтье и заменой полярности на противоположную.
Размеры и значения, описанные в данной заявке, не должны толковаться как строго ограниченные приведенными точными размерами и численными значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый размер и/или значение предназначено для обозначения как приведенного значения, так и функционально эквивалентного диапазона, окружающего этот размер или значение. Например, измерение, раскрываемое как "40 мм", следует понимать как "около 40 мм".