刘念波等：关于太阳能热水器电热带功率测试及使用年限保证的研究 39
关于太阳能热水器电热带功率测试及使用年限
保证的研究
刘念波1 陈风林2
（1德州市产品质量标准计量研究院，山东德州253000；皇明太阳能股份有限公司，山东德州253090）
摘要：太阳能热水器在人民生活和工厂、宾馆、办公等热水供应中起到很大作用，本文主要论述了如何测试太阳能热水器的电热带功率测试
和使用年限保证。
关键词：功率测试；使用年限中图分类号:TK5I
文献标识码:A 国家标准学科分类代码：467. 0699
DOI ：17.15978/j. cnkk 1044 -6948.2408.4.214
Reseeah on P owv Test and Servict Life Guarantee of Solaa Watea Heating
LIX Niaxka CHEN Feglio
Abstract : The solar water heating plays ak impo/akt ute in the hot water supply of People ； s daity life ank facto-
Ues u hotets , odices , O o This paxer mainty discnsses how to test the power of the solar water heating and yuarantev its service life.
Keywoas : power test ； life expytncy
7引言
自限式电热带的带芯是一种很复杂的高分子复 合物，它由多种材料和导电介质复合而成，经过特定
的化学变化和物理处理之后挤出成型，在两条平行 导线之间组成的一条保持连续平行的加热原件。在 加热过程中，这个高分子材料的内部半导体通道的
数量，电阻发生了惊人的正温度系数（简称PTC 效
应）的变化，且具有特殊的分子记忆能力，而且这种 记忆性反应强烈。当环境温度升高时，高分子聚合
物微分子膨胀，碳粒渐渐分开，引起了电路中断，电 阻上升，伴热线自动减少功率输出；当环境温度降低 时，高分子聚合物微粒间距又收缩变小，碳粒相应连
接起来形成电路，伴热线发热功率又自动上升；当环 境温度处于某一稳定状态时，系统将达到热输出稳
定，使其具有温度自限性。它控制温度不会过高亦不 会过低，能自动调解。从而，达到了安全可靠的目的。
防冻、保温管路接头
图1
I 自限式电热带功率测试
电热带功率的国家标准测试方法为取一段直径
55mm 、壁厚7.4mm 、长度1737mm 的不锈钢管，将管
路两头连接恒温水箱，水箱内放置冰水混合物，恒温 水箱有加温装置，测试时将电热带平铺在不锈钢管 路上，电热带外缠绕厚度不低于37mm 的保温层，加
热水箱内的水，使水在恒温水箱和不锈钢管路循环,
作者简介：刘念波，硕士，高级工程师，主要从事温度、电学计量检测工作
。
44《计量与测试技术》2421年第48卷第4期
记录水箱内水的温度，当温度为10°C时，记录此时电热带的功率就作为电热带功率判定值。
此方法的实际操作弊端在于：（1）需要恒温水箱体积约在20L左右，这就带来制取冰水混合物的难度，需要约2L~3L的冰块；（2）不锈钢管长度为lm，每次将电热带缠绕到管路上，因为缠绕的松紧度不同，而造成功率差别很大（紧贴时的功率要比松的功率高2W左右）；（3）需要循环水泵，在试验时难免会有噪声。
我们改进的方法为：使用市面上的保温杯代替不锈钢管路（壁厚保证0.4或者更小的，这样保证热传导良好），保温杯的体积在0.5L左右，这样在制取冰水混合物时大约只需要0-2L冰块，在冰箱里很快就可以完成，不需要单独购买专业实验设备类冰箱，同时在电磁炉加热的过程中，使用磁力搅拌器一直不停的搅拌冰水混合物用来保证水温的均匀性。测试时将电热带紧密缠绕在保温杯外壁上，电热带之间的间距为15mm以上，保证缠绕的电热带之间不互相发热而影响功率，外缠30mm厚保温，保证和外界环境的热传导隔绝。这样就达到了替代国标方法测试电热带功率的目的。
方法验证：
（1）使用红外测温仪测试保温材料外层温度，数据和室温相等，说明工装的保温效果良好，电热带的热量未散失，此时电热带的温度和水温是等同的。
（2）使用磁力搅拌器搅拌冰水混合物，水温均匀达到了以泵循环的目的。
（3）测试数据和国标方法比较数据一致，功率偏差最大为0.3W，功率标准差为0.09，也意味着二种测试方法在95%的情况下差距为0.09W o
表1功率对比数据
方法62)456国标方法23.1W23.5W22.0W23.0W23.9W2200W 改进方法2208W23.0W22.0W23.5W23.
0W2206W 功率差值平均：(0.3+0.0+0.0+0.1+0.5
+0.1)/6=0.17W
热轧酸洗
S2=(0.5x0.5+0.0x0.0+0+0.3x0.3
+0.5x0.5+0.1x0.1)/6x(6-1)=0.009
标准差09
此方法优点：
（1）冰块使用少，减少了制冰设备的投入。
（2）保温杯的体积比恒温水箱和不锈钢管路小很多，细腻精致2适合在实验室作为实验研究设备使用，而且使用方便，一个人操作，避免了在缠绕电热带时需要另外一人缠绕固定保温的情况。
（3）数据偏差小，可以作为指导生产，快速测量使用。
（4）对非电热带生产厂可以使用此方法保证采购的电热带的质量稳定性和数据符合性。
2电热带实际使用模拟测试
国标对电热带只有功率测试的要求，对使用年限和寿命没有规定测试方法，而我们的太阳能热水器一般使用十几年，这就要求电热带也保证这么长的使用时间，现实存在的问题是电热带经常出现使用了一段时间后，一种情况是电热带功率变小，一种情况是功率变大，第一种情况的结果是电热带失去了自己的作用，当用户需要电热带进行保温或者解冻时，却发现电热带根本不起作用，第二种情况时电热带功率过大，启动电流大于1A，导致了接头处如果是有水汽的时候就会产生打火，极易引起火灾，所以二种情况都要避免。
电热带十几年的使用按照每个冬天大约有99天平均气温低于0C（对于平均气温常年低于0C的地区，电热带需要长期使用），按照用户启动60次电热带计算，电热带在太阳能使用寿命期内大约会使用1000次左右，为了保证1000次后的使用效果（电热带功率维持在原功率的5W偏差内），我们就要在实验室里模拟使用，达到测试电热带寿命的效果。
首先对电热带进行通电测试，当其达到表面温度最高后，然后断电，通过多次测量最后得出结果是通电5min，断电2min是能达到最好效果----通电时电热带能够达到表面温度最高，断电时能够达到电热带温度恢复到室温情况。
表2通电测试温度（测试仪为：远红外测温仪）
时间S306090620150680270温度C25333339.346.543.344.4表）断电测试温度（测试仪为：远红外测
温仪）时间S506090620
温度C59352869
下面的问题就是如何让电热带通断1000次，首
刘念波等：关于太阳能热水器电热带功率测试及使用年限保证的研究41
便携式小岛先就是选择时间继电器（型号JSS48A-S），达到通电5min，断电4min的效果，因为此时间继电器的触点容量为3A，而电热带的启动电流正常为7.4A，所以一次最多可以测试12根电热带，保证了测试的准确性和样品的抽样保证性。
玻璃钢酸洗槽时间控制解决了，再就是解决计数问题，采用JDMI-9L计数器，最初是将时间继电器输出的通断信号直接接入计数器计数触点，但因为电流过大，导致触点击穿，计数失败，改进办法为接入电磁继电器，用时间继电器给电热带和电磁继电器提供220V 电压，当电路通路时，电磁继电器吸合，触点5-9导通,（将触点5-9通电信号接入计数器）这样计数器加一，当时间继电器控制给电热带和电磁继电器供电中止时，电磁继电器断开，触点5-9断开，重复以上动作，达到了模拟1207次的使用效果，而且使用计数器保证了计数准确，为实验研究提供了可靠依据。
通过在通断之前进行测试电热带功率和启动电流，记录电热带开始使用时的情况，然后将电热带接入
实验工装，通断一千次后重新测试电热带的功率和启动电流，这样通过对电热带的多次实验和选择，从几十种带子中出了最适合太阳能热水器使用的
（上接第38页）
法在满足安全距离的前提下，规划出准确有效的避障路径，实现了对静态、动态障碍物的实时避障。
3结语
本文针对工厂、医院、商场、博览会等存在运动障碍物的环境，提出考虑AGV运动学模型与运动约束的动态避障、实时路径规划算法。首先对叉车型AGV进行数学建模，然后经过推导得到AGV车体及舵轮位姿的运动学公式，接着提出AGV躲避障碍物的控制策略，最后在Matlab上进行实例仿真分析，经验证，使用本文提出的算法规划出的路径，符合AGV在实际环境中的运动约束，能够准确有效的躲避静态、动态障碍物。
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表4现有电热带的测试数据
序号初始222次507次1707次2007次11503I7.I18.621052I.7
21602130212.322.322.3
3160118.3190222.62105
416.61301190221032I.7
515.6I7.5130921052105
616.318.61905220122.7
3结论
通过以上数据分析，电热带在1207次内，每隔202次约有I.0W的功率升高，而在（1207~2007）次的时候，功率并无大的升高，相反个别的带子还会出现功率衰减的情况，所以我们现在的1207次测试数据是符合现在电热带的使用要求的。
通过对电热带的功率和使用年限的测试，保证了太阳能热水器的功率稳定性和长时间使用电热带的功
圆机罗纹率保持性。
参考文献
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