一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置及方法与流程

本发明属于太阳能热水器技术领域，尤其涉及一种能够模拟太阳能热水器防冻带的使用状态，进而测试防冻带寿命的装置及方法。

背景技术：

防冻带具有加热升温的性能，其缠绕在太阳能热水器下水管路的外周，主要起到在冬季保护太阳能热水器下水管路不被封冻，甚至冻裂的作用，因此，要求防冻带在经过多次的热冷状态的循环使用后仍然能保证它的功率及散热性。

我国对太阳能热水器防冻带的寿命并没有明确的要求，仅仅要求其出厂的功率要达到相应的要求(gb/t19835要求对防冻带进行热稳定性测试)，然而，如果防冻带在使用过程中失效，就会造成管路结冰，轻则水无法从太阳能流到用户家里，重则管路被冻裂，需要重新更换管路；而太阳能热水器的设计使用年限一般为15年，如果安装了寿命较短的防冻带，就会导致热水器的正常使用年限内防冻带非正常失效，造成不必要的麻烦，因此，在出厂之前，对测试防冻带的寿命测试就显得格外重要，按每年使用60次计算，15年就是900次，也就是说必须保证防冻带具有900次以上的使用寿命，才能保证在热水器正常使用期间防冻带不会失效。

目前，为了测试防冻带的热稳定性，本领域技术人员普遍按照国标gb/t32348.1-2015中规定的方法对防冻带进行测试，这仅是一种热稳定性的测试，在该方法里，首先，测试要求的底板需要使用金属板，其次，要求每个循环的时间必须大于15分钟，再次，要求金属板有满足测试温度的加热功能。本发明长期试验、分析后发现：防冻带本身为发热元件，如果使用外媒进行加热就失去了自身的作用，而且用金属板进行加热会对防冻带造成不必要的伤害，增加测试误差，不能更明确的反应防冻带本身的性能。在上述国标提供的测试方法里，要求防冻带在保温层里面进行测试，因防冻带有自限温功能，这样就不能达到自身的最高温度，降低测试样品的老化程度，也会增加对样品的测试误差。因为在上述国标的测试方法中，要求测试完成后功率不低于原功率的90％，然而，经过本发明生产安装实践证明，采用上述国标的方法测试后，防冻带除了失功率以外，还存在老化后功率突然变大的严重问题，因为接头一般都是在房顶上，而潮湿后因功率变大，启动时打火连电，对于太阳能安装来说，由于保温层不是阻燃材料，经常造成起火事故。为此，有必要研究一种测试太阳能热水器防冻带寿命的装置，以期解决国标gb/t32348.1-2015中测试方法带来的不便以及目前对防冻带寿命测试没有明确的要求的问题，以保证防冻带在出厂之前完全和太阳能热水器的使用寿命是相匹配的。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置及方法，本发明设计的测试装置通过模拟防冻带的使用状态，很好地解决了防冻带寿命测试的问题，从而保证防冻带在出厂之前完全和太阳能热水器的使用寿命是相匹配的。

本发明的目的之一是提供一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置。

本发明的目的之二是提供一种太阳能热水器防冻带寿命测试方法。

本发明的目的之三是提供上述太阳能热水器防冻带寿命测试装置的应用。

为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置，包括时间继电器、电磁继电器、计数器、数据采集仪、测温电阻、固定装置、接线端子、温控器和测温探头。

所述接线端子的一端和温控器、防冻带依次连接，所述接线端子另一端和时间继电器连接，时间继电器和电磁继电器连接，电磁继电器和计数器连接，所述防冻带固定在固定装置上，所述测温电阻设置在防冻带的散热面上且与数据采集仪连接，所述温控器设置在接线端子和防冻带之间的导线上，且温控器与测温探头连接，所述测温探头设置在防冻带表面。

本发明设置温控器的原因是，防冻带测试失效的原因除了gb/t19835中说明的功率降低之外，还有本发明提出的功率升高，因为太阳能防冻带的功率一般为25w，标准的启动电流要求小于0.6a/m，当防冻带功率变大失效后，功率可能达到120w以上，启动电流会远超过1a，因为防冻带的整体性能是按照0.6a/m进行设计的，如果不考虑此部分功率上升的话，在实际使用中，很容易造成防冻带的自身温度过高，线路温升过大，造成失火事故。而设置一温控器时，只要测温探头检测到防冻带表面的温度超过了温控器中设定的温度，温控器就会跳断，从而切断接线端子和防冻带之间的供电，使整个测试系统断电，保护测试系统的安全。

进一步地，还可以将温控器与电脑连接，电脑通过测温探头检测到的防冻带温度与预先设置好的安全温度上限进行比较，一旦发现防冻带温度超过了安全温度上限，立刻控制温控器断开，保护整个测试系统的安全。这种方式和单纯使用温控器这种机械控温方式相比，采用电脑控制可使整个检测过程更加自动化、准确、可靠。

进一步地，本发明提供另外一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置，以便于在需要时保护测试系统的安全的方法，所述测试装置包括时间继电器、电磁继电器、计数器、数据采集仪、测温电阻、固定装置、接线端子和电脑。

所述时间继电器、电磁继电器、计数器、数据采集仪、测温电阻、固定装置和接线端子之间连接关系同上，所述时间继电器通过接线端子和电脑连接，所述电脑和数据采集仪连接。

这样设置的原因是：(1)电脑可以充分利用数据采集仪实时收集的温度数据来监测防冻带的温度，一旦发现防冻带温度超过了安全温度上限，立刻控制时间继电器断开，使整个测试系统断电，保护测试系统的安全。(2)当测试的防冻带型号不同时，可以分别针对不同型号的防冻带设置安全温度，当超过安全温度时，可以切断该型号防冻带的电源停止测试，而不影响其它防冻带的测试，本发明的这种方法将gb/t32348.1-2015中的测试方法从只能针对一个样品测试改进到多个样品、多个型号同时测试，大幅提高了工作效率，节约了时间成本，能够更快地适应市场的需求。

优选的，所述固定装置固定在阻燃板上，由于本发明的测试装置为根据设定好的时间进行自动测试，在测试过程中防冻带可能会由于防冻带功率过高造成失效，即使是在设置的加热时间内，也会升温到过高温度而着火，因此，需要在测试的防冻带下方铺设阻燃板，避免失火。

优选的，所述测温电阻为pt100铂电阻，这种电阻的测试性能更加稳定，有助于保证测试的稳定性和准确性。

优选的，所述计数器的型号为jdm1-9；所述电磁继电器的型号为al2f；所述温控器为温度可调温控器。

进一步地，所述接线端子的排数可以根据需要同批测试的防冻带选择，既可以统一控制断开，也可以分开单控断开。

本发明中，所述时间继电器的作用是根据设定的时间，控制开关的开合，以达到控制加热和冷却时间的目的。所述测温电阻的作用是实时监测测试过程中防冻带的温度，所述数据采集仪的作用是收集测温电阻监测到的温度，以便于评估防冻带是在何时失效的，所述接线端子的作用之一是向被测试的防冻带中通入电流。

所述电磁继电器的作用是将大电流转化为微电流后再通入计数器中，避免计数器被烧坏。因为本发明在实际测试中发现，计数器需要输入开关信号进行操作，如果将防冻带的电流信号直接接入计数器，经常造成计数器损坏，使整个测试过程中断，试验失效，必须重新开始。而电磁继电器的触点电流负荷足够(10a)，防冻带的电流信号接入电磁继电器，电磁继电器吸合后，电磁继电器的不带负载的触点吸合，将此信号传给计数器，这样就能保证即使防冻带出现故障，也能清晰的保留测试的次数数据，能对防冻带的使用寿命进行充分评估。

其次，本发明公开一种太阳能热水器防冻带寿命测试方法，包括如下步骤：

(1)根据需要待测的防冻带达到的加热温度设定时间继电器的闭合与断开的时间，将防冻带固定在固定装置上，备用；

(2)时间继电器闭合，给防冻带通电，防冻带开始升温，同时电磁继电器吸合，计数器加一；达到设定的闭合时间时，时间继电器断开，防冻带温度回落；同时，电磁继电器断电，计数器信号断开。时间继电器达到断开时间时切换到闭合状态，防冻带开始升温，同时电磁继电器吸合，计数器加一；测温电阻对防冻带的温度进行监测，并由数据采集仪对监测温电阻测得到的数据进行采集和记录；

(3)重复步骤(2)，直至防冻带失效，根据循环的次数判断防冻带寿命。

步骤(1)中，所述时间继电器的闭合与断开的时间分别为5min和3min。闭合时间设置为5min时，可以保证防冻带的加热温度保持在60℃，避免由于加热温度过高而导致防冻带失效，使防冻带的检测不准确，需要说明的是，经过充分测试，时间选择5分钟和3分钟时，可使防冻带可以达到最高温度和回落室温，从而将gb/t32348.1-2015中的测试时间由15分钟降到了8分钟，能更快速的评定防冻带的状态。

太阳能用防冻带的加热功率为25w，其在75-80℃以上的高温下会失效；断开时间设置为3min，可以保证防冻带的温度回落到室温；因此，时间继电器的闭合与断开的时间需要根据上述要求严格设置。

步骤(3)中，重复的总次数不小于900次，优选为900次，因为太阳能热水器的设计使用年限一般为15年，经过900次循环后合格的防冻带寿命恰好可以与太阳能热水器的寿命匹配，这样也能在检测达到900次循环后仍然合格时及时终止检测，避免能源、时间的额外消耗。

需要说明的是：达到通电时间后断电，且达到断电时间时为重复一次。

最后，本发明公开了太阳能热水器防冻带寿命测试装置在电气类元气件寿命测试中的应用。例如，在电磁继电器、固态继电器、交流接触器等的寿命测试，电磁阀耐久性测试，灯泡类寿命测试等。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

(1)利用防冻带自身具有一定的功率的特点，直接通过通电、断电对其进行升温、降温循环测试，从而模拟了防冻带的真实使用环境，这样能够更加准确地测试出防冻带的使用寿命，因为防冻带的使用环境就是在外界气温降到零度以下时，通电启动加热，通过自身的功率将电能转化为热能，起到防止太阳能热水器水管结冻的作用，气温回升到零度以上后，通入防冻带的电流断开，防冻带的温度回落；因此，只有在尽可能真实的模拟环境中才能测试出防冻带的真实寿命，保证出厂的产品质量合格。

(2)本发明的装置是自动测试，不需要人工记录，减少了人为误差，省时省力且测量准确；同时，本发明的装置简单实用、制备成本很低、安装方便，便于推广应用。

(3)本发明的装置除了能够满足防冻带测试需要外，还能够满足电气类元器件寿命测试要求，是试验室测试寿命的即简便又科学自动化的寿命工装设备。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1中太阳能热水器防冻带寿命测试装置的结构示意图。

图2为实施例2中太阳能热水器防冻带寿命测试装置的结构示意图。

图3为实施例3中太阳能热水器防冻带寿命测试装置的结构示意图。

图4为实施例4中太阳能热水器防冻带寿命测试装置的结构示意图。

附图中标记代表：1-时间继电器，2-电磁继电器，3-计数器，4-数据采集仪，5-测温电阻，6-固定装置，7-接线端子，8-阻燃板，9-防冻带，10-温控器、11-电脑、12-测温探头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，如果防冻带在使用过程中失效，就会造成管路结冰，轻则水无法从太阳能流到用户家里，重则管路被冻裂，需要重新更换管路，造成不必要的麻烦。因此，本发明提出一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置及方法，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置，包括时间继电器1，电磁继电器2，计数器3，数据采集仪4，测温电阻5，固定装置6，接线端子7、温控器10和测温探头12。

所述接线端子7的一端和防冻带9连接，另一端和时间继电器1连接，时间继电器1和电磁继电器2连接，电磁继电器2和计数器3连接，所述防冻带9固定在固定装置6上，所述测温电阻5设置在防冻带9的散热面上；所述数据采集仪4和测温电阻5连接；所述温控器10设置在接线端子7和防冻带9之间的导线上，且温控器10与测温探头12连接，所述测温探头12设置在防冻带9表面。

实施例2

如图2所示，一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置，同实施例1，区别在于：所述测试装置还包括电脑，所述电脑与温控器连接，电脑通过测温探头检测到的防冻带温度与预先设置好的安全温度上限进行比较，一旦发现防冻带温度超过了安全温度上限，立刻控制温控器断开，保护整个测试系统的安全。

实施例3

如图3所示，一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置，包括时间继电器1，电磁继电器2，计数器3，数据采集仪4，测温电阻5，固定装置6，接线端子7和电脑11。

所述接线端子7的一端和防冻带9连接，另一端和时间继电器1连接，时间继电器1和电磁继电器2连接，电磁继电器2和计数器3连接，所述防冻带9固定在固定装置6上，所述测温电阻5设置在防冻带9的散热面上；所述数据采集仪4和测温电阻5连接；所述时间继电器1通过接线端子7和电脑11连接，所述电脑11和数据采集仪4连接。

这样首先可以使电脑可以充分利用数据采集仪实时收集的温度数据来监测防冻带的温度，一旦发现防冻带温度超过了安全温度上限，立刻控制时间继电器断开，使整个测试系统断电，保护测试系统的安全。其次，当测试的防冻带型号不同时，可以分别针对不同型号的防冻带设置安全温度，当超过安全温度时，可以切断该型号防冻带的电源停止测试，而不影响其它防冻带的测试，本实施例的这种方法将gb/t19835中的测试方法从只能针对一个样品测试改进到多个样品、多个型号同时测试，大幅提高了工作效率，节约了时间成本，能够更快地适应市场的需求。

实施例4

一种太阳能热水器防冻带寿命测试装置，同实施例1，区别在于：

(1)所述测试装置还包括阻燃板8，所述固定装置6固定在阻燃板8上(如图4所示)。

(2)所述测温电阻5为pt100铂电阻，这种铂电阻的测试性能更加稳定，有助于保证测试的稳定性和准确性，所述计数器3的型号为jdm1-9；所述电磁继电器2的型号为al2f；所述接线端子7的排数为10排，这样可以同时测试5组防冻带样品。

实施例5

一种利用实施例3所述的测试装置进行太阳能热水器防冻带寿命测试的方法，包括如下步骤：

(1)设定时间继电器1的通电的时间为5min，断电时间为3min，将防冻带9固定在固定装置6上并与接线端子7连接，备用；

(2)时间继电器1闭合，给防冻带9通电，防冻带9开始升温，同时电磁继电器2吸合，计数器3加一；通电时间达到5min时，时间继电器1断开，防冻带9温度回落；同时，电磁继电器2断电，时间继电器1断开时间达到3min时切换到闭合状态，防冻带9开始升温，同时电磁继电器2吸合，计数器3加一；测温电阻5对防冻带9的温度进行监测，并由数据采集仪4对测温电阻5监测得到的数据进行采集和记录；

(3)重复步骤(2)900次，直至防冻带9失效，停止测试，本批次防冻带的寿命合格。

测试中，通电加热5min和断电3min即可完成一次模拟测试，这样可以在1天内测试180次，5天即可完成900次的寿命测试，可以看出，本发明的测试装置和测试方法不仅简单准确，而且测试效率高。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。