叶亦旭 胡哲

【摘要】对带有双自复位热断路器水壶的100次非正常测试进行介绍，分析了目前采用手工测试的缺点，提出了研究自动化测试设备的必要性和技术方案，总结了研究该设备的关键技术和研究成果，并提出技术改进意见，为进一步提高水壶该项目测试的规范性、准确性提供参考。

【关键词】双自复位热断路器水壶;非正常测试;自动测试

1.前言

水壶控制器的发展经历了从分离式控制器件，如限温器、自复位热保护器和热熔体到集成式标准化控制器的发展过程。而如今，采用双自复位热断路器作为非正常保护设计的水壶已成为一种较成熟的产品，这种保护设计的方式正越来越多的被推广。水壶的安全检测标准在非正常试验中，对该结构采用100次倒水试验来考核，而目前实验室基本采用手工进行该试验，存在不规范、效率低下等缺点，本文研究探讨一种自动化测试设备代替手工操作，提高测试的规范性和准确性。

2.研究的目的和意义

双自复位热断路器是电水壶重要元器件之一，其非正常保护工作原理为，当水壶出现干烧的状态下，双自复位热断路器感温双金属片紧贴发热盘，到达感温双金属片动作温度时，双金属片形变动作，带动联动机构，切断触点金属片，使发热盘断电，逐步冷却，当发热盘冷却到双自复位热断路器感温金属片复位时，感温金属片产生复位形变，带动联动机构，接通触点金属片，重新使发热盘得电，通过这样的循环，把电水壶发热盘控制在一定温度，避免发热盘过热，从而达到电水壶非正常保护的目的。自复位热断路器感温双金属片的图示，请参考图1所示。

图1

国家强制性标准GB4706.19-2008对自复位热断路器动作的可靠性考核做出了明确的规定，标准19.102规定“带有2个自复位热断路器的电水壶，将一个热断路器短路进行工作，器具选择0.85倍或1.15倍额定输入功率中较不利者的情况。在另一个热断路器动作后的2s时间内，在电水壶中注入温度为15℃士5℃的水。1min后将电水壶中的水倒掉。试验进行100次。”试验后，还要依据标准判定合格性，部分不合格的产品可能会导致水壶壳体燃烧，金属熔融等危险。

由此可见，依据标准进行电水壶双自复位热断路器测试的重要性，但目前进行该项测试以手工操作为主，测试的效率不高，带有一定的随意性，容易带来操作的不规范。为使测试更规范、准确，减少人工操作的不确定性，提高测试效率，研究双自复位热断路器水壶非正常试验设备是非常有必要的。

3.研究内容和技术路线

本文拟研究一台双自复位热断路器水壶非正常试验设备，通过自动化的测试来代替手工测试，研究内容主要包括：进行试验次数、间隔时间的自动设定;根据设定进行注入水的自动水温调节;具备自动加水功能;具备夹持多种壶体，自动翻转倒水功能;具备接通和操作故障报警功能具有热电偶采集接口，进行部件温升测量;具备良好的人机交互界面。

根据上述的研究内容，拟定的技术路线和采取的技术方案为：根据设备测试样品的多样性，采用了可调节式的壶体夹持装置;考虑壶体自动翻转的可靠性，选用气缸作为动力源，设计三个行程，壶体提升、平移、翻转;测试设备的核心控制器采用功能完善的可编程控制器，采用LCD触摸屏作为人机交互界面，方便试验数据的输入和试验结果的输出。

4.技术关键

技术关键主要包含设备的硬件设计以及软件流程的设计，下面重点对其进行介绍。

硬件部分的设计主要包括：（1）多用途壶体夹持装置。设计一个可调节直径大小的夹具，用于夹持水壶的底座，设计一个大小快速可调的壶体夹持夹具，采用摇柄的方式进行快速的粗调，在夹持壶体部分，采用四点式可调固定杆的方法，进行不同外形壶体具体形状的贴合细调。采用气缸驱动，完成水壶的提升、平移和翻转倒水，相比采用电动连杆进行翻转的机构，气缸系统具有运行稳定、动作可靠、寿命更长的优点。（2）通过PLC、LCD触摸屏搭建自动测试系统。PLC输入单元包括：气缸系统的限位开关;急停按钮，启动按钮输入;负载电流检测。PLC输出单元包括：气缸系统动作控制，水壶电源控制，电水壶加水电磁阀控制，报警灯、蜂鸣器控制。考虑到输入单元和输出单元的数量以及PLC性价比，选用三菱FX1S系列中的FX1S-20MT-001，能满足性能和技术的要求。LCD触摸屏选用威纶通的TK6070iH为人机交互的界面，TK6070iH具有7寸屏，采用电阻式触控，具有USB2.0和串行接口，方便与电脑的连接调试以及与PLC的通讯连接，能满足设备的需要。软件的设计的编程动作依据标准规定流程，简介如下：设定试验的次数和工作时间—>夹持装置将空水壶放在底座上—>水壶接通电源—>自复位热断路器动作—>设备自动加水—>工作一分钟后，水壶离开底座—>夹持装置自动翻转倒水—>累计倒水次数，再重复循环过程，期间加入水壶电流信号检测和注入水温的检测。

5.研究成果

研究探讨并实践的研究成果如下：

（1）多用途壶体夹持装置和自动翻转系统

水壶固定装置是进行水壶测试的第一步，本设备采用可调节式的水壶基座固定装置，方便不同大小水壶基座的固定。采用多用途壶体夹持装置，可根据壶体形状的不同进行夹持。采用电磁阀、气缸传感器和气缸来构成壶体自动翻转系统，充分考虑到壶体翻转的稳定性和可靠性。

（2）通过PLC、LCD触摸屏搭建自动测试系统

该测试系统主要分PLC、LCD触摸屏的硬件系统和PLC程序和触摸屏的图形编程的软件系统。通过软硬件的结合，实现了设备输入参数的设定和LCD触摸屏上动态显示测试过程和测试结果，完成了整个科研课题最为核心的功能。

（3）带有软硬件保护的自动报警系统

考虑到测试过程的安全性，在设计以及调试的过程中，不断加以改进安全保护系统，形成带有软硬件保护的自动报警系统，包括通过短路保护器、漏电保护器实现硬件保护，通过控制器程序的设定，具有负载短路、断路、热断路器动作、加热时间过长等报警功能。

6.技术改进

对本设备研究的过程后，我们发现设备具有技术改进之处：对于水壶的注入水温依据标准要求增加温度控制器，并设定进水温度的上下限，超过限值的水温，系统将自动报警;增加水壶电流的检测功能，当出现无电流，负载开路的情况，自动报警;为避免自复位热断路器失效，水壶持續干烧，在控制器的程序中增加干烧最长时间的设定，超过该时间，系统自动进行热断路器异常报警。

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