溫控開關壽命測試儀的研究與設計

甘艷芬，張新強，鄧景輝

（廣東外語外貿大學南國商學院信息科學技術系,510545）

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。電熱水壺行業經過十余年發展，目前國內擁有量達幾千萬臺，中國已成為世界最大電熱水壺市場，且發展前景廣闊，估計僅是廣東地區，每年電熱水壺產量就超過了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益難以保障。行業進入門檻低、規模企業少、作坊式企業的質量意識差是導致電熱水壺質量低劣的最直接原因。為規范電熱水壺市場，保障消費者的權益，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。

電熱水壺產品質量不合格，90%以上都是由電熱水壺的開關失效造成，電熱水壺開關壽命較短，容易失效，使用一段時間后無法煮開水的現象。本文研究目的在于研發并設計一臺電熱水壺的測試儀，用于測試電熱水壺開關壽命，即電熱水壺開關接通的次數。該測試儀不需要人員參與，只要裝好測試樣品開關，測試完成或者發生故障都能發出聲光指示，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，具有一定的經濟效應和現實意義。

1 溫控開關結構及易出現問題部分

溫控開關結構圖 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，溫控開關的工作原理為：當溫度升高時，碟形片將產生相應的變形，而當溫度達到碟形片產生變形的值時，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℃。

圖1 溫控開關外觀圖

圖2 雙金屬碟片

溫控開關易出現的問題有3點：首先，當溫控開關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，則須保證溫控開關或者雙金屬片壽命在10000次以上；最后溫控開關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乃至電熱水壺的壽命。因此研究和設計溫控開關壽命測試儀實質上是測試雙金屬片和跳變小彈簧的壽命測試儀，在實際的生產測試中，選擇抽檢的方式進行測試。

2 溫控開關測試儀的技術方案

該測試儀器的總體系統圖 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。

圖3 溫控開關測試儀

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或者數碼管中顯示，測試遇到故障或者測試完成會發出相應聲光指示。電路原理圖如圖4所示。

圖4 溫控開關測試儀的電路原理圖

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

圖5 電磁鐵機械結構圖

第三、底座部分：固定測試儀的電路板、電磁鐵、溫控開關和開關電源。

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

圖6 程序流程圖

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，不但能自動統計和累積開關接通次數，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間內，而不會讓水煮開，使水蒸發。

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或者數碼管中顯示出來。MCU從電熱水壺得到水溫數據為控制判斷的依據，控制電磁鐵開合，來控制溫控開關接通和斷開，測試的水壺提供真實的AC220V電壓和1500W的功率，加載在開關的觸點上，同時該AC220V通過變壓器轉換為AC9V信號，經過整流濾波之后變為PWM模式DC11V控制信號，控制晶體管電路開合，并把溫控開關開合的數據送入MCU控制芯片，MCU根據開關接通數據累加開關接通的次數，并在LED或者數碼管中顯示。當發生故障或者完成1萬次測試后，MCU能控制溫控開關處于斷開狀態，防止一直給水壺加熱，把水燒干，并發出相應的聲光指示。

4 小結

溫控開關檢測一直困擾著溫控行業的發展，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生的誤差，會影響整個產品的質量。因此研究和開發半自動化、全自動化溫控開關檢測設備具有現實的意義，但溫控檢測設備作一門實踐性很強的工程技術，融合了電氣、電子、系統集成、控制理論、材料等諸多學科領域，實現較為困難。本文研究的第一版溫控測試儀結構簡單、價格低廉、性能穩定，并在廉江迪艾斯電器廠投入試用，反映效果良好，具有一定的經濟效應和現實意義。

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