徐蓓蓓，孫 文，梁澄波，王士杰

（1.深圳出入境檢驗檢疫局，深圳 518067；2.沈陽出入境檢驗檢疫局，沈陽 110000）

0 引言

近年來，精美實用和方便快捷的自動控制型電熱水壺走進了千家萬戶。正因為它與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，其功能性和安全性更加受到了標準和檢測機構(gòu)的重視。國際標準IEC60335-2-15和我國國家標準GB 4706.19中均明確規(guī)定，對帶有2個自復(fù)位熱斷路器的電熱水壺，應(yīng)進行熱斷路器的壽命和可靠性測試。目前，該測試項目都是采用人工方式，存在著測試隨意性大、重復(fù)性差和測試效率低等問題。

本文提出的設(shè)備結(jié)合半導(dǎo)體制冷原理，采用先進的PLC控制等自動控制技術(shù)，為檢測機構(gòu)提供了完美的全自動解決方案。

1 測試要求

針對帶有2個自復(fù)位熱斷路器的電水壺，為了檢驗其可靠性及耐久性，標準IEC60335-2-15第19.102條款規(guī)定，將器具其中之一熱斷路器短路后進行干燒試驗。在另一個熱斷路器動作后的2 s時間內(nèi)，在電水壺中注入溫度為(15±5)℃的水。1 min后將電水壺中的水倒掉。試驗進行100次，并在試驗過程中按照19.13的要求，監(jiān)測溫度變化。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理

本電熱水壺防干燒自動測試機的設(shè)計秉承無氟環(huán)保和方便應(yīng)用的理念，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要工作模式的選擇。設(shè)備主要分為三個部分。

2.1 恒溫供水

本部分由水箱、溫度傳感恒溫裝置、注水泵、注水管等部件組成；其中:

水箱采用“大容積水箱+小容積恒溫箱”的方式對試驗用水進行循環(huán)利用，既能節(jié)約用水，又能提高調(diào)節(jié)水溫控制速度；

溫度傳感器采用日本松下KT4溫控器，松下溫控器KT4儀表是一種高精度、低價格的單回路PID調(diào)節(jié)器，它采用了最先進的加熱冷卻雙PID算法，無超調(diào)，無欠調(diào)，可設(shè)定多種報警方式，具有輸入用戶自由組態(tài)、雙設(shè)定值、手自動功能、通訊功能、回路斷線報警等功能，被廣泛應(yīng)用于儀器設(shè)備溫度控制；

為了使得試驗水溫持續(xù)保持在標準規(guī)定范圍內(nèi)，并盡量減小設(shè)備對試驗環(huán)境的影響，本設(shè)備采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)實現(xiàn)恒溫控制。

半導(dǎo)體制冷片由兩片陶瓷片和夾于其間的N型和P型半導(dǎo)體材料（碲化鉍）組成如圖1所示，其工作運轉(zhuǎn)是用直流電流，通過改變直流電流的極性可在同一制冷片上實現(xiàn)制冷或加熱兩種功能，另外，半導(dǎo)體制冷片不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，半導(dǎo)體制冷片工作時還具有無震動、無噪音、壽命長，功耗小和安裝容易等優(yōu)點。

當然，半導(dǎo)體制冷片也具有熱面溫度越高、冷熱端溫差越大、制冷量越小和效率越低這一特點（隨著半導(dǎo)體制冷器件制造技術(shù)的不斷提高，備定量送水提供了很大便利。

測試時，將KT4主控制設(shè)定值設(shè)為試驗要求數(shù)值15.0℃，溫度上下限值皆為5.0℃，將其監(jiān)控輸入類型設(shè)為鉑電阻Pt100溫控模式，并與半導(dǎo)體制冷片構(gòu)成控制連接狀態(tài)，如此，溫控器根據(jù)監(jiān)測鉑電阻阻值測出水的當前溫度，并根據(jù)設(shè)定的PID值，對半導(dǎo)體制冷片的工作電流進行控制，從而調(diào)節(jié)水溫，使得小容積水箱內(nèi)實驗用水恒定在(15±5)℃。已經(jīng)可以實現(xiàn)高達68℃的溫差），為了提高半導(dǎo)體制冷片工作效率，本設(shè)備對半導(dǎo)制冷片導(dǎo)冷及散熱方面都做了特別設(shè)計，如圖2所示。

圖1 半導(dǎo)體制冷片結(jié)構(gòu)

圖2 半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)

在制冷片制冷端使用導(dǎo)熱膠緊貼導(dǎo)溫效果良好的鋁合金板，并在鋁合金板內(nèi)部設(shè)有迷宮式的水路，使得試驗用水流經(jīng)其內(nèi)部時候盡可能的增大與金屬的接觸面積，另外在制冷片發(fā)熱端同樣使用導(dǎo)熱膠緊貼肋片式散熱器，如圖3所示，并在其外添加強力風扇，以有效降低半導(dǎo)體制冷片熱端溫度，減小其冷熱端溫差，大大提高半導(dǎo)體制冷片的工作效率。

圖3 散熱器

注水泵采用臺灣鄧元工業(yè)TPY-2500型自吸水泵，采用隔膜式設(shè)計,具有很高穩(wěn)定度性能，為設(shè)

2.2 注水傾倒

本部分由機械手、機械臂、驅(qū)動電機及控制電路等部件組成。其中：

由于測試樣品形狀、大小的多樣化（大致分為直筒形、梯形和圓球形三種類型），且在測試過程中，不僅要將壺身抱起，還要將它傾倒160～180°，以確保倒空壺中的水，因此，為了確保機械手的普遍適用性，本設(shè)備設(shè)計為用一個支架托住壺身和底座，旋轉(zhuǎn)180°，以保證試驗過程順利完成；

本設(shè)備的控制電路采用日本松下GT11觸摸屏模塊和PLC控制模塊對測試參數(shù)按標準要求進行設(shè)置，并能將各測試參數(shù)及結(jié)果顯示在屏幕上，操作簡單、方便，顯示及時、準確；

驅(qū)動電機采用70YCJT-15/4型電容運轉(zhuǎn)電機，具用大負載量，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定等特點，確保平穩(wěn)、準確的通過機械臂將支架連同樣品同時翻轉(zhuǎn)180度倒空壺中的水并復(fù)位。

圖4 工作流程圖

測試時，首先通過觸屏對測試用試樣容積、等待時間、通電次數(shù)及試驗次數(shù)等進行設(shè)置后啟動測試，具體工作流程如圖4所示，受試樣品在將其一自復(fù)位熱斷路器短路情況下進行通電，當另一熱斷路器動作后，PLC接收到電路斷路這一信息，通過分析和處理，在熱斷路器動作2 s內(nèi)輸出控制信號控制，控制水泵吸出預(yù)先設(shè)定的試驗用水倒入壺內(nèi)，并在1 min后控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動機械臂將電水壺中的水倒掉后回復(fù)原狀態(tài)進行下一次試驗，如此重復(fù)進行預(yù)先設(shè)定的次數(shù)為止。

2.3 溫升測試

標準要求，在整個試驗過程中，應(yīng)監(jiān)測器具電源軟線和測試角底板的溫升，不超過標準要求的數(shù)值。因此，本設(shè)備還另外加裝了8通道溫度記錄儀和測試角，可以實時監(jiān)測和記錄試驗過程中電源軟線、測試角邊壁和測試角底板等的溫升變化。

3 測試方法

在試驗開始前，首先對需測量溫度的點布置熱電偶，檢查溫度巡檢儀通道是否正常；根據(jù)樣品大小、形狀調(diào)節(jié)機械手，將樣品可靠的固定在測試平臺上。

對設(shè)備進行設(shè)置。根據(jù)標準要求及樣品實際情況，對通電次數(shù)、試驗水溫、注水量等進行設(shè)置，確認儀表上顯示的水溫是否符合要求。溫度未達到要求時，即使啟動設(shè)備，設(shè)備也會報警。

啟動設(shè)備，開始試驗，設(shè)備將自動完成規(guī)定的測試循環(huán)并記錄全過程的溫度變化。

4 結(jié)束語

與以往測試方法相比，使用本電熱水壺防干燒自動測試機不僅滿足了標準對干燒測試的要求，而且具有一次設(shè)置，多次重復(fù)測試的優(yōu)越性，達到了控制精度高、響應(yīng)速度快、操作簡單方便的目的，提高了檢測工作的自動化水平及檢測效率。

[1] IEC60335-2-15: 2008.Household and similar electrical appliances—Safety—Part 2-15: Particular requirements for appliances for heating liquids.

[2] GB 4706.19-2008.家用和類似用途電器的安全液體加熱器的特殊要[S].