[发明专利]一种多功能金属地垫

摘要

本发明涉及一种多功能金属地垫，其特征在于包括导热层(1)、加热层(2)、隔热层(3)和控制层(4)；本发明的多功能金属地垫具有暖脚的功能，金属格栅外层可加工成不同花纹，美观度高；导热油导热，加热快；采用电磁加热，能够设定温度范围、实现自动通断并进行远程控制，舒适性高且安全性强；可接入智能家居物联网，科技含量高、方便使用，可满足客户对金属地垫舒适性和安全性的要求，具备广阔市场前景。

主权项

1.一种多功能所述金属地垫，其特征在于，包括导热层、加热层、隔热层和控制层；所述多功能所述金属地垫为长方体，所述导热层、所述加热层、所述隔热层和所述控制层由内至外逐级嵌套；所述导热层为金属格栅；所述金属格栅嵌入所述加热层中；所述加热层外壳为绝缘材料，内部封装有导热油液；所述加热层内部设置金属隔栏，所述金属隔栏构成所述导热油液流道；所述加热层外壳对角线方向上有2个导热油液注入口；所述导热油液注入口为圆柱体，所述圆柱体外壁为外螺纹；所述导热油液注入口通过盖帽封装，所述盖帽内壁具有与所述圆柱体外壁为外螺纹相匹配的内螺纹；所述金属格栅上有圆柱开孔，当所述金属格栅嵌入所述加热层中时，所述盖帽嵌入所述圆柱开孔中；所述加热层外壳四周包有电磁线圈；所述加热层嵌入所述隔热层中；所述隔热层采用隔热保温材料；所述隔热层中部为温度传感模块嵌入孔和压力传感模块嵌入孔；所述加热层嵌入所述控制层中时，所述温度传感模块、所述压力传感模块分别嵌入所述温度传感模块嵌入孔和所述压力传感模块嵌入孔中；所述温度传感模块采用热敏电阻；所述热敏电阻的阻值随温度上升呈指数关系减小；所述热敏电阻的阻值随温度变化设计成公式(1)方式进行变化，这样的变化能使功率进行大幅的减少，公式(1)如下所示：式中：R_T1、R_T0分别表示T₁、T₀对应的电阻值，Ω；T₁、T₀分别表示25℃时对应的绝对温度、测试的绝对温度，K；β表示材料常数，所述β越高，所述热敏电阻的热敏感程度就越高；由于所述热敏电阻的阻值随温度变化存在严重的非线性，在稳压电路中,将温度传感模块与精密电阻串联，利用所述控制器采集所述热敏电阻上的电压值，然后换算成温度值；所述热敏电阻两端电压按照公式(2)所示进行设计：式中：为热敏电阻两端电压；R_T1为热敏电阻阻值；U_AB为AB两点间的电压值，为2.5V；将公式(2)带入公式(1)中，再将代入后的所得公式进行转换变形，得到公式(3)，所述热敏电阻所处环境的摄氏温度可通过所述公式(3)计算得到：式中：t为计算出的摄氏温度，℃；T计算出的绝对温度，温度的单位均为K；β为材料常数，β越高热敏电阻的热敏感程度就越高；所述压力传感模块采用电阻应变片，所述电阻应变片随机械形变而产生阻值变化；所述温度传感模块、所述压力传感模块与所述控制模块连接，用于采集所述金属地垫受到的压力和温度信息，将所述压力和温度信息传送到所述控制模块；所述隔热层边缘开有电磁线圈通道；所述电磁线圈通过所述电磁线圈通道与所述控制层的控制器和电源连接；所述控制层包括温度传感模块、压力传感模块、所述控制模块、计时模块、交互模块和电源模块；所述控制层还包括触摸屏、物理按钮、状态指示灯，所述触摸屏嵌在所述控制层的上方用以显示各种数据，可以进行触控操作；所述物理按钮嵌在所述控制层的一侧，有外侧向中央依次为复位键、功率调节键、开关键三个按钮，可以实现手动控制；状态指示灯嵌在所述物理按钮下方，可以指示所述电磁线圈的所述输出功率比例大小的和所述控制模块的状态；所述控制模块包括中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元；所述中央处理单元用于处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算；所述控制模块通过PID执行反馈控制；所述中央处理单元与所述交互单元通过Modbus协议通信进行通讯；所述交互模块的操作界面采用触摸屏的方式，所述触摸屏上设置有所述金属地垫的操作界面，能在所述触摸屏上点击进入所述金属地垫的操作界面，进行参数及控制指令设定；所述按钮控制与所述触摸屏控制属于并列关系；在手动控制模式下，所述触摸屏和所述物理按钮可同时对功率进行控制，但是在自动控制模式下，所述物理按钮的功率调节失效；自动控制模式与手动控制模式的切换可以在所述触摸屏上进行；所述存储器用于存放控制程序；所述输入单元用于接收控制信号和检测信号，包括输入数字信号和输入模拟信号；所述输入数字信号包括：所述中央处理单元的控制指令；所述控制指令包括功率增加或减少信号、关闭按钮信号，所述控制模块根据收到的用户通过所述触摸屏或所述物理按钮发出的按键指令做出相应的控制动作；所述输入模拟信号包括：所述温度传感模块传来的温度信号、所述压力模块传来的压力信号传来的模拟信号和所述计时模块传来的时间信号；所述输出单元用于将所述控制模块的输出信号传送给被控设备，包括输出数字信号和输出模拟信号；所述输出数字信号包括：所述状态指示灯的知识信号；所述输出模拟信号包括：4‑20mA标准电流信号，用于所述控制电磁线圈输出功率；所述电磁线圈与所述控制模块连接；所述电磁线圈的功率大小受所述控制模块控制；所述电磁线圈与所述控制模块连接，所述计时模块到达设定时间时，将信号传送给所述控制模块，所述控制模块控制电磁线圈工作，所述加热层内部的金属隔栏产生涡流，产出热量传到给所述导热油液；所述计时模块与所述控制模块连接，当所述温度传感模块测得的温度值和所述压力传感模块测得的压力值均进入设定范围内时，所述控制模块控制所述计时模块启动，所述计时器在所述控制模块控制下开始工作计时；所述压力和温度信息未进入设定范围内时，或所述计时模块计时到达预设时长后，所述控制模块控制电磁线圈停止工作；所述电磁线圈会自动断电，不再对所述加热层进行作用加热，避免了所述金属格栅的温度过热；用户还可通过交互模块设定控制时长自启策略，在所述计时模块中设置启动时长，当时间到达启动时长时，执行所述控制时长自启策略，所述控制时长自启策略包括：S1、计算上阈温度T_A和下阈温度T_B；上阈温度T_A通过通过公式(4)计算：T_A＝P₁·S·Δt/C_m+T_a(4)下阈温度T_B通过公式(5)计算：T_B＝P₁·S·Δt/C_m‑T_b(5)S2、计算所述导热油液的温度T_in与环境温度T_out的差值；当所述差值小于下阈温度T_B时，所述控制模块调节所述电磁线圈(22)的输出功率P₂，通过公式(6)计算；P₂＝P₁·S‑C_m/Δt·(T_in‑T_out)/2(6)所述公式(4)、所述公式(5)和所述公式(6)中，Ta是预设的上限温度，℃；Tb是预设的下限温度，℃；Cm为所述导热油液的热容量,J/℃；Δt为所述加热时长模式下的所述加热层(2)加热时长，s；P₁为所述加热层(2)在当前温度下单位散热面积的散热功率，W，该参数通过产品实验测试测得，存储于所述存储器中；P₂是所述电磁线圈(22)的输出功率，W；S为加热层外壳(21)表面中，除与所述隔热层(3)接触面外，其余的表面积，m²；当所述差值小于上阈温度T_A且大于下阈温度T_B时，停止所述电磁线圈(22)工作；所述WIFI模块与所述控制模块连接，所述控制模块通过所述WIF I模块接入智能家居物联网，用户可利用手机app通过互联网访问所述智能家居物联网，向所述控制器发送控制指令，并接受所述控制器的工作数据；所述电源模块分别与所述控制模块、计时模块、温度传感模块、压力传感模块、交互模块连接，为其供电。