一種溫控開關(guān)壽命測試儀的設(shè)計方案

近年來，精美、實用、方便、快捷的電熱水壺開始走進千家萬戶，中國已成為世界最大電熱水壺市場。但據(jù)最新資料顯示：

電熱水壺的損壞或者不能正常工作，絕大部分是由于溫控部件損壞所造成的，因此本文提出了一種溫控開關(guān)的壽命測試儀的設(shè)計方案，該方案能夠估計溫控部件的壽命、進而能通過改進溫控開關(guān)從而達到延長電熱水壺壽命的目的。

本方案所設(shè)計的測試儀器主要用于水壺溫控開關(guān)壽命測試，裝好測試樣品，測試儀能自動完成溫控開關(guān)的壽命測試，測試階段不需要人工參與，測試結(jié)束或者途中發(fā)生故障都能發(fā)出聲光指示。經(jīng)驗證該儀器能實現(xiàn)自動化的工作，大大減少測試人員工作負擔，提高測試效率。

0 引言

近年來，精美、實用、方便、快捷的電熱水壺開始走進千家萬戶。電熱水壺行業(yè)經(jīng)過十余年發(fā)展，目前國內(nèi)擁有量達幾千萬臺，中國已成為世界最大電熱水壺市場，且發(fā)展前景廣闊，估計僅是廣東地區(qū)，每年電熱水壺產(chǎn)量就超過了3000 萬臺。但最新抽查顯示：市場上有約30% 的電熱水壺不合格，使得購買水壺的消費者權(quán)益難以保障。行業(yè)進入門檻低、規(guī)模企業(yè)少、作坊式企業(yè)的質(zhì)量意識差是導致電熱水壺質(zhì)量低劣的最直接原因。為規(guī)范電熱水壺市場，保障消費者的權(quán)益，我國《電水壺性能要求及試驗方法》安全標準已于2009 年5 月開始實施。

電熱水壺產(chǎn)品質(zhì)量不合格，90% 以上都是由電熱水壺的開關(guān)失效造成，電熱水壺開關(guān)壽命較短，容易失效，使用一段時間后無法煮開水的現(xiàn)象。本文研究目的在于研發(fā)并設(shè)計一臺電熱水壺的測試儀，用于測試電熱水壺開關(guān)壽命，即電熱水壺開關(guān)接通的次數(shù)。該測試儀不需要人員參與，只要裝好測試樣品開關(guān)，測試完成或者發(fā)生故障都能發(fā)出聲光指示，全自動化的工作，大大減少測試人員工作負擔，提高效率。本文研究的測試儀具有一定的創(chuàng)新性、實用性和工程性，并在廉江迪艾斯電器廠投入使用，效果良好，具有一定的經(jīng)濟效應(yīng)和現(xiàn)實意義。

1 溫控開關(guān)結(jié)構(gòu)及易出現(xiàn)問題部分

溫控開關(guān)結(jié)構(gòu)圖 如圖1 所示，主要是是采用碟形的雙金屬片 作為溫度傳感部件，如圖2 所示，溫控開關(guān)的工作原理為：當溫度升高時，碟形片將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，而當溫度達到碟形片產(chǎn)生變形的值時，碟形片的突跳依靠其它器件的機械傳動，使觸頭迅速動作以接通或切斷電流。動作溫度范圍：30℃ -300℃。

溫控開關(guān)易出現(xiàn)的問題有3 點：首先，當溫控開關(guān)的雙金屬碟片本身跳變的溫度過高，電熱水壺的蒸汽無法使雙金屬碟片達到跳變的溫度，造成溫控開關(guān)無法切斷電流，電熱水壺的水一直在沸騰無法停止造成危險;其次雙金屬片屬于機械加工的配件，跳變和復位是有機械壽命的，材料問題或者加工問題對雙金屬片壽命有直接影響，假設(shè)以1 個水壺1 天正常使用5 次為例，一年則接近2000 次，要保證水壺正常買賣使用5 年以上，則須保證溫控開關(guān)或者雙金屬片壽命在10000 次以上;最后溫控開關(guān)的小彈簧與雙金屬片一樣，也是機械加工的配件，其壽命也直接影響著溫控開關(guān)乃至電熱水壺的壽命。因此研究和設(shè)計溫控開關(guān)壽命測試儀實質(zhì)上是測試雙金屬片和跳變小彈簧的壽命測試儀，在實際的生產(chǎn)測試中，選擇抽檢的方式進行測試。

2 溫控開關(guān)測試儀的技術(shù)方案

該測試儀器的總體系統(tǒng)圖 如圖3 所示，并可分為3 部分：

電路部分、機械部分和安裝底座部分。

第一、電路板部分：該部分以單片機(MCU)為智能控制的核心，通過DS18B20 溫度傳感器采集測試水壺的水溫，傳到MCU 作為處理，并在LED 或者數(shù)碼管中顯示，測試遇到故障或者測試完成會發(fā)出相應(yīng)聲光指示。電路原理圖如圖4 所示。

第二、機械部分：電磁鐵開合部分，來控制開關(guān)接通和斷開，測試水壺，提供真實的AC220V 電壓和1500W 的功率加載在開關(guān)的觸點上。機械結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示。

第三、底座部分：固定測試儀的電路板、電磁鐵、溫控開關(guān)和開關(guān)電源。

第四、軟件部分，采用C 語音對底層的MCU 進行程序開發(fā)，程序流程圖如圖6 所示。

3 工作測試過程

電熱水壺的溫控部件測試儀能模擬電熱水壺開關(guān)工作的條件，可以接通AC220V 電壓，并連接1500w 的電熱絲進行測試，不但能自動統(tǒng)計和累積開關(guān)接通次數(shù)，而且還能控制電熱水壺煮水的溫度，使它恒定在一個溫度區(qū)間內(nèi)，而不會讓水煮開，使水蒸發(fā)。

該測試儀以STC12C5a60s2(MCU)為智能控制的核心，通過DS18B20 溫度傳感器采集測試水壺的水溫，傳到MCU 作為處理，并在LED 或者數(shù)碼管中顯示出來。MCU 從電熱水壺得到水溫數(shù)據(jù)為控制判斷的依據(jù)，控制電磁鐵開合，來控制溫控開關(guān)接通和斷開，測試的水壺提供真實的AC220V 電壓和1500W 的功率，加載在開關(guān)的觸點上，同時該AC220V 通過變壓器轉(zhuǎn)換為AC9V 信號，經(jīng)過整流濾波之后變?yōu)镻WM 模式DC11V 控制信號，控制晶體管電路開合，并把溫控開關(guān)開合的數(shù)據(jù)送入MCU 控制芯片，MCU 根據(jù)開關(guān)接通數(shù)據(jù)累加開關(guān)接通的次數(shù)，并在LED 或者數(shù)碼管中顯示。當發(fā)生故障或者完成1 萬次測試后，MCU 能控制溫控開關(guān)處于斷開狀態(tài)，防止一直給水壺加熱，把水燒干，并發(fā)出相應(yīng)的聲光指示。

4 小結(jié)

溫控開關(guān)檢測一直困擾著溫控行業(yè)的發(fā)展，由人來進行檢測，不但效率低，而且由于人的因素可能在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，本文提出了一種溫控開關(guān)的壽命測試儀的設(shè)計方案，研究和開發(fā)半自動化、全自動化溫控開關(guān)檢測設(shè)備。本方案所設(shè)計的第一版溫控測試儀結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定，并在廉江迪艾斯電器廠投入試用，反映效果良好，具有一定的經(jīng)濟效應(yīng)和現(xiàn)實意義。