摘要

　　近年來(lái)，精美、實(shí)用、方便、快捷的電熱水壺開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，中國(guó)已成為世界最大電熱水壺市場(chǎng)。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(kāi)關(guān)的壽命測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案，該方案能夠估計(jì)溫控部件的壽命、進(jìn)而能通過(guò)改進(jìn)溫控開(kāi)關(guān)從而達(dá)到延長(zhǎng)電熱水壺壽命的目的。

　　本方案所設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器主要用于水壺溫控開(kāi)關(guān)壽命測(cè)試，裝好測(cè)試樣品，測(cè)試儀能自動(dòng)完成溫控開(kāi)關(guān)的壽命測(cè)試，測(cè)試階段不需要人工參與，測(cè)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(yàn)證該儀器能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工作，大大減少測(cè)試人員工作負(fù)擔(dān)，提高測(cè)試效率。

　　0 引言

　　近年來(lái)，精美、實(shí)用、方便、快捷的電熱水壺開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶。電熱水壺行業(yè)經(jīng)過(guò)十余年發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)擁有量達(dá)幾千萬(wàn)臺(tái)，中國(guó)已成為世界最大電熱水壺市場(chǎng)，且發(fā)展前景廣闊，估計(jì)僅是廣東地區(qū)，每年電熱水壺產(chǎn)量就超過(guò)了3000 萬(wàn)臺(tái)。但最新抽查顯示：市場(chǎng)上有約30% 的電熱水壺不合格，使得購(gòu)買(mǎi)水壺的消費(fèi)者權(quán)益難以保障。行業(yè)進(jìn)入門(mén)檻低、規(guī)模企業(yè)少、作坊式企業(yè)的質(zhì)量意識(shí)差是導(dǎo)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(chǎng)，保障消費(fèi)者的權(quán)益，我國(guó)《電水壺性能要求及試驗(yàn)方法》安全標(biāo)準(zhǔn)已于2009 年5 月開(kāi)始實(shí)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(kāi)關(guān)失效造成，電熱水壺開(kāi)關(guān)壽命較短，容易失效，使用一段時(shí)間后無(wú)法煮開(kāi)水的現(xiàn)象。本文研究目的在于研發(fā)并設(shè)計(jì)一臺(tái)電熱水壺的測(cè)試儀，用于測(cè)試電熱水壺開(kāi)關(guān)壽命，即電熱水壺開(kāi)關(guān)接通的次數(shù)。該測(cè)試儀不需要人員參與，只要裝好測(cè)試樣品開(kāi)關(guān)，測(cè)試完成或者發(fā)生故障都能發(fā)出聲光指示，全自動(dòng)化的工作，大大減少測(cè)試人員工作負(fù)擔(dān)，提高效率。本文研究的測(cè)試儀具有一定的創(chuàng)新性、實(shí)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(jì)效應(yīng)和現(xiàn)實(shí)意義。

　　1 溫控開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)及易出現(xiàn)問(wèn)題部分

　　溫控開(kāi)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(kāi)關(guān)的工作原理為：當(dāng)溫度升高時(shí)，碟形片將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，而當(dāng)溫度達(dá)到碟形片產(chǎn)生變形的值時(shí)，碟形片的突跳依靠其它器件的機(jī)械傳動(dòng)，使觸頭迅速動(dòng)作以接通或切斷電流。動(dòng)作溫度范圍：30℃ -300℃。

　　溫控開(kāi)關(guān)易出現(xiàn)的問(wèn)題有3 點(diǎn)：首先，當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)的雙金屬碟片本身跳變的溫度過(guò)高，電熱水壺的蒸汽無(wú)法使雙金屬碟片達(dá)到跳變的溫度，造成溫控開(kāi)關(guān)無(wú)法切斷電流，電熱水壺的水一直在沸騰無(wú)法停止造成危險(xiǎn)；其次雙金屬片屬于機(jī)械加工的配件，跳變和復(fù)位是有機(jī)械壽命的，材料問(wèn)題或者加工問(wèn)題對(duì)雙金屬片壽命有直接影響，假設(shè)以1 個(gè)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(mǎi)賣(mài)使用5 年以上，則須保證溫控開(kāi)關(guān)或者雙金屬片壽命在10000 次以上；最后溫控開(kāi)關(guān)的小彈簧與雙金屬片一樣，也是機(jī)械加工的配件，其壽命也直接影響著溫控開(kāi)關(guān)乃至電熱水壺的壽命。因此研究和設(shè)計(jì)溫控開(kāi)關(guān)壽命測(cè)試儀實(shí)質(zhì)上是測(cè)試雙金屬片和跳變小彈簧的壽命測(cè)試儀，在實(shí)際的生產(chǎn)測(cè)試中，選擇抽檢的方式進(jìn)行測(cè)試。

　　2 溫控開(kāi)關(guān)測(cè)試儀的技術(shù)方案

　　該測(cè)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(jī)械部分和安裝底座部分。

　　第一、電路板部分：該部分以單片機(jī)（MCU）為智能控制的核心，通過(guò)DS18B20 溫度傳感器采集測(cè)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(cè)試遇到故障或者測(cè)試完成會(huì)發(fā)出相應(yīng)聲光指示。電路原理圖如圖4 所示。

　　第二、機(jī)械部分：電磁鐵開(kāi)合部分，來(lái)控制開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)，測(cè)試水壺，提供真實(shí)的AC220V 電壓和1500W 的功率加載在開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)上。機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示。

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

　　第四、軟件部分，采用C 語(yǔ)音對(duì)底層的MCU 進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，程序流程圖如圖6 所示。

　　3 工作測(cè)試過(guò)程

　　電熱水壺的溫控部件測(cè)試儀能模擬電熱水壺開(kāi)關(guān)工作的條件，可以接通AC220V 電壓，并連接1500w 的電熱絲進(jìn)行測(cè)試，不但能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和累積開(kāi)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(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，而不會(huì)讓水煮開(kāi)，使水蒸發(fā)。

　　該測(cè)試儀以STC12C5a60s2（MCU）為智能控制的核心，通過(guò)DS18B20 溫度傳感器采集測(cè)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(lái)。MCU 從電熱水壺得到水溫?cái)?shù)據(jù)為控制判斷的依據(jù)，控制電磁鐵開(kāi)合，來(lái)控制溫控開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)，測(cè)試的水壺提供真實(shí)的AC220V 電壓和1500W 的功率，加載在開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)上，同時(shí)該AC220V 通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換為AC9V 信號(hào)，經(jīng)過(guò)整流濾波之后變?yōu)镻WM 模式DC11V 控制信號(hào)，控制晶體管電路開(kāi)合，并把溫控開(kāi)關(guān)開(kāi)合的數(shù)據(jù)送入MCU 控制芯片，MCU 根據(jù)開(kāi)關(guān)接通數(shù)據(jù)累加開(kāi)關(guān)接通的次數(shù)，并在LED 或者數(shù)碼管中顯示。當(dāng)發(fā)生故障或者完成1 萬(wàn)次測(cè)試后，MCU 能控制溫控開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)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(kāi)關(guān)檢測(cè)一直困擾著溫控行業(yè)的發(fā)展，由人來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，不但效率低，而且由于人的因素可能在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，本文提出了一種溫控開(kāi)關(guān)的壽命測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案，研究和開(kāi)發(fā)半自動(dòng)化、全自動(dòng)化溫控開(kāi)關(guān)檢測(cè)設(shè)備。本方案所設(shè)計(jì)的第一版溫控測(cè)試儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)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(jì)效應(yīng)和現(xiàn)實(shí)意義。