刘念波等：关于太阳能热水器防冻带寿命测试装置及方法的研制65关于太阳能热水器防冻带寿命测试装置及方法的研制
刘念波6陈风林4
（6德州市产品质量标准计量研究院，山东德州253004；皇明太阳能股份有限公司，山东德州253094）
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，太阳能热水器防冻带寿命测试装置，属于太阳能热水器技术领域。包括时间继电器，电磁继电器2十数器，数据采集仪，测温电阻，固定装置，接线端子；所述接线端子的一端和防冻带连接，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，防冻带固定在固定装置上，测温电阻设置在防冻带的散热面上；数据采集仪和测温电阻连接。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，能够更加准确地测试出防冻带的使用寿命。
关键词：防冻带寿命测试装置；测试方法
中图分类号：S214.2文献标识码:A国家标准学科分类代码：467•4232
DOI:1.13988/j.cakl.1924-6941.2921.3.922
Development of Life Test Device and Method for Solar Water
Heating A ii U-freezing Zone
LIU Niaoko CHEN Fecyliu
Abstract:The solar water heatiny pUys an important ule in the hot water supply of peoples life an)facW/vs,ho­tels；oXices；etc..The solar water heatiny antiUeeze belt life testiny device belonys to the solar water heatiny tech­meal fielU.IncluOPp time ulay,electromaycetw卩；—,counter,data aenuisitioa instwimenl,temperature measur-mg resistance ,fixing device,cocneetPy teuiinal;one enk of the coccecting teuiinal is coccecteC with antifreeze tape,an)the other enk is coccecteC with time ulay,We time ulay is coccecteC with We electromaycetw ulay, the electromaycetic ulay is coccecteC with the counter；the anti-freeziny bank is fixeC on the fixiny device,the temperature measuriny resistance is set on the cooliny surface of the anti-freeziny band,the data acquisiUoc iu-stument is coccecteC with the temperature measuring resistance.Taping anvantagv of the fact that the anti-freezing zone itself has a certain power,the test cyctv of heatiny an)cooliny is caoieC oat diuctly tUrocoh power supply an) power cut-oX,thus simulatiny the real use enviuament of the anti-freeziny zone,the utility moCel can more ac-cnuWty test the seuice life of the anti-freeziny belt.
Key wop I s:anti-freeziny zone life test device;test methoC
2引言
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/T1835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1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
作者简介：刘念波，高级工程师，主要从事温度、电学计量检测工作。
66《计量与测试技术》2201年第48卷第3期
60次计算年就是990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/T373253-2015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12min，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99%，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/T323753-2015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。
1防冻带寿命测试装置的研制
针对上述现有技术中存在的问题，我们可以设计一种测试装置通过模拟防冻带的使用状态，很好地解决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。
太阳能热水器防冻带寿命测试装置，如图1所示接线端子的一端和防冻带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，防冻带9固定在固定装置7上，测温电阻5设置在防冻带9的散热面上；数据采集仪2和测温电阻5连接；温控器17设置在接线端子7和防冻带9之间的导线上，且温控器17与测温探头17连接，测温探头17设置在防冻带9表面。
图1太阳能热水器防冻带寿命测试装置
5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；
16.温控器；61•电脑；12.测温探头
设置温控器的原因是，防冻带测试失效的原因除了GB/T19535中说明的功率降低之外，还有功率升高，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。
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。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。
本测试装置的这种方法将GB/T323453-2015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。
固定装置固定在阻燃板上，由于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
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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。
测试装置的测温电阻为PT190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，测试装置的计数器的型号为JDM1-9；电磁继电器的型号为AL2F；温控器为温度可调温控器；
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；测试装置的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；测试装置的测温电阻的作用是实时监测测试过程中防冻带的温度，测试装置的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，接线端子的作用之一是向被测试的防冻带中通入电流。
其中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。因为测试装置在实际测试中发现，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(19A)，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。
2防冻带寿命测试方法
步骤如下：(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9min和3min。闭合时间设置为9min 时，可以保证防冻带的加热温度保持在66C，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9min和3min时，可使防冻带可以达到最高温度和回落室温，从而将GB/T32348.1-2019中的测试时间由19min降到了8min，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75C ~89C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，重复的总次数大于900次2尤选为900次，因为太阳能热水器的设计使用年限一般为3年，经过990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990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。
0测试装置有益效果
与现有技术相比，本测试装置取得的有益效果是：
(3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0C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)测试装置是自动测试，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，装置简单实用、制备成本很低、安装方便，便于推广应用。
(3测试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。
参考文献
[1]GB/T3248.1-2015《工业和商业用电阻式伴热系统》[].
[2]郑博文，徐欣，周波，等.太阳能硅片厚度与翘曲度检测方法及振动抑制研究[J]・计量与测试技术20323(03)4~8+3•

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