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一种温控开关寿命测试仪的设计方案

作者:时间:2014-02-16来源:网络收藏

近年来,精美、实用、方便、快捷的电热水壶开始走进千家万户,中国已成为世界最大电热水壶市场。但据最新资料显示:

电热水壶的损坏或者不能正常工作,绝大部分是由于温控部件损坏所造成的,因此本文提出了一种的设计方案,该方案能够估计温控部件的寿命、进而能通过改进从而达到延长电热水壶寿命的目的。

本方案所设计的测试仪器主要用于水壶寿命测试,装好测试样品,测试仪能自动完成温控开关的寿命测试,测试阶段不需要人工参与,测试结束或者途中发生故障都能发出声光指示。经验证该仪器能实现自动化的工作,大大减少测试人员工作负担,提高测试效率。

0 引言

近年来,精美、实用、方便、快捷的电热水壶开始走进千家万户。电热水壶行业经过十余年发展,目前国内拥有量达几千万台,中国已成为世界最大电热水壶市场,且发展前景广阔,估计仅是广东地区,每年电热水壶产量就超过了3000 万台。但最新抽查显示:市场上有约30% 的电热水壶不合格,使得购买水壶的消费者权益难以保障。行业进入门槛低、规模企业少、作坊式企业的质量意识差是导致电热水壶质量低劣的最直接原因。为规范电热水壶市场,保障消费者的权益,我国《电水壶性能要求及试验方法》安全标准已于2009 年5 月开始实施。

电热水壶产品质量不合格,90% 以上都是由电热水壶的开关失效造成,电热水壶开关寿命较短,容易失效,使用一段时间后无法煮开水的现象。本文研究目的在于研发并设计一台电热水壶的测试仪,用于测试电热水壶开关寿命,即电热水壶开关接通的次数。该测试仪不需要人员参与,只要装好测试样品开关,测试完成或者发生故障都能发出声光指示,全自动化的工作,大大减少测试人员工作负担,提高效率。本文研究的测试仪具有一定的创新性、实用性和工程性,并在廉江迪艾斯电器厂投入使用,效果良好,具有一定的经济效应和现实意义。

1 温控开关结构及易出现问题部分

温控开关结构图 如图1 所示,主要是是采用碟形的双金属片 作为温度传感部件,如图2 所示,温控开关的工作原理为:当温度升高时,碟形片将产生相应的变形,而当温度达到碟形片产生变形的值时,碟形片的突跳依靠其它器件的机械传动,使触头迅速动作以接通或切断电流。动作温度范围:30℃ -300℃。

一种温控开关寿命测试仪的设计方案

温控开关易出现的问题有3 点:首先,当温控开关的双金属碟片本身跳变的温度过高,电热水壶的蒸汽无法使双金属碟片达到跳变的温度,造成温控开关无法切断电流,电热水壶的水一直在沸腾无法停止造成危险;其次双金属片属于机械加工的配件,跳变和复位是有机械寿命的,材料问题或者加工问题对双金属片寿命有直接影响,假设以1 个水壶1 天正常使用5 次为例,一年则接近2000 次,要保证水壶正常买卖使用5 年以上,则须保证温控开关或者双金属片寿命在10000 次以上;最后温控开关的小弹簧与双金属片一样,也是机械加工的配件,其寿命也直接影响着温控开关乃至电热水壶的寿命。因此研究和设计温控开关实质上是测试双金属片和跳变小弹簧的,在实际的生产测试中,选择抽检的方式进行测试。

2 温控开关测试仪的技术方案

该测试仪器的总体系统图 如图3 所示,并可分为3 部分:

电路部分、机械部分和安装底座部分。

一种温控开关寿命测试仪的设计方案

第一、电路板部分:该部分以单片机(MCU)为智能控制的核心,通过DS18B20 温度传感器采集测试水壶的水温,传到MCU 作为处理,并在LED 或者数码管中显示,测试遇到故障或者测试完成会发出相应声光指示。电路原理图如图4 所示。

一种温控开关寿命测试仪的设计方案
第二、机械部分:电磁铁开合部分,来控制开关接通和断开,测试水壶,提供真实的AC220V 电压和1500W 的功率加载在开关的触点上。机械结构图如图5 所示。
一种温控开关寿命测试仪的设计方案
第三、底座部分:固定测试仪的电路板、电磁铁、温控开关和开关电源。
第四、软件部分,采用C 语音对底层的MCU 进行程序开发,程序流程图如图6 所示。
一种温控开关寿命测试仪的设计方案
3 工作测试过程
电热水壶的温控部件测试仪能模拟电热水壶开关工作的条件,可以接通AC220V 电压,并连接1500w 的电热丝进行测试,不但能自动统计和累积开关接通次数,而且还能控制电热水壶煮水的温度,使它恒定在一个温度区间内,而不会让水煮开,使水蒸发。
该测试仪以STC12C5a60s2(MCU)为智能控制的核心,通过DS18B20 温度传感器采集测试水壶的水温,传到MCU 作为处理,并在LED 或者数码管中显示出来。MCU 从电热水壶得到水温数据为控制判断的依据,控制电磁铁开合,来控制温控开关接通和断开,测试的水壶提供真实的AC220V 电压和1500W 的功率,加载在开关的触点上,同时该AC220V 通过变压器转换为AC9V 信号,经过整流滤波之后变为PWM 模式DC11V 控制信号,控制晶体管电路开合,并把温控开关开合的数据送入MCU 控制芯片,MCU 根据开关接通数据累加开关接通的次数,并在LED 或者数码管中显示。当发生故障或者完成1 万次测试后,MCU 能控制温控开关处于断开状态,防止一直给水壶加热,把水烧干,并发出相应的声光指示。
4 小结
温控开关检测一直困扰着温控行业的发展,由人来进行检测,不但效率低,而且由于人的因素可能在工作时产生的误差,会影响整个产品的质量。因此,本文提出了一种温控开关的寿命测试仪的设计方案,研究和开发半自动化、全自动化温控开关检测设备。本方案所设计的第一版温控测试仪结构简单、价格低廉、性能稳定,并在廉江迪艾斯电器厂投入试用,反映效果良好,具有一定的经济效应和现实意义。
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