《电器产品质量检验》课程设计要求.docx

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《电器产品质量检验》课程设计要求

课程设计报告

课程名称：

电器产品质量检验

设计题目：

电热毯的工作原理及检验

系别：

机电系

专业班级：

商检三班

学生姓名：

罗帅举

学号：

0201100344

指导老师：

杨林鹏

设计时间：

2012/5/8

河南质量工程职业学院

河南质量工程职业学院

机电工程系课程设计任务书

专业

班级

商检三班

学

号

020*******

学生姓名

罗帅举

指导

教师

杨林鹏

设计题目

电热毯的工作原理及检验

主

要

设

计

内

容

对电热毯结构原理进行分析以及其检验。

主

要

技

术

指

标

1、电热毯的发热面任一部位温度不应超过平均温度的±5℃。

2、电热毯泄露电流1mA/㎡发热面积，最大不得超过2.5Ma.

3、耐压试验中要承受住比额定电压5倍以上的工频电压，历时1min，不发生击穿和闪络现象。

4、额定功率（Pa）：

180W及以下，额定电压（Ua）：

220V及以下。

5、电热毯的线功率不大于5W/m（上盖电热毯），4.1W/m（下盖电热毯）。

工

作

计

划

及

安

排

主

要

参

考

资

料

及

文

献

【1】麦汉光、刘伟军。

家用电器技术基础与维修，北京：

高等教育出版社，2000

【2】李德明、王庆志。

电工电器产品质量检验。

上海：

同济大学出版社，2007

【3】席宏卓。

产品质量检验技术。

北京：

中国计量出版社，1992

【4】家电维修合订版2008—7

【5】标准：

GB4706.1—2005GB4706.1—1992GB4706.8—2008

GB/T23107—2008GB4706.8—2003GB17652—1998

QB/T2994—2008QB/T3898—1999

河南质量职业学院机电工程系

课程设计综合成绩评定表

姓名

罗帅举

学号

020*******

班级

商检三班

课程名称

电工电器产品质量检验

设计题目

电热毯的工作原理及检验

指导教师评语

指导教师签字：

年月日

设计报告成绩综合评定

项目

标准

成绩

1、计算和绘图能力

10

2、综合运用专业知识能力

20

3、运用计算机能力和外语能力

10

4、查阅资料、运用工具书的能力

10

5、独立完成设计能力

10

6、书写情况（文字能力、整洁度）

10

7、表述能力（逻辑性、条理性）

10

平时考核成绩（20）

设计考核成绩（80）

综合成绩

教研室主任签名：

年月日

目录

摘要3

Abstract4

2电热毯的结构、分类6

2．1电热毯的基本结构6

2．2电热毯的分类6

3工作原理7

3．1热敏电阻7

3．2工作原理8

4电热毯的安全检验9

4．1试验环境9

4．2外观检验10

4．3主要安全检验10

4．3．1发热10

4．3．2泄露电流11

4．3．3电气强度14

致谢32

参考文献33

摘要

电热器具是将电能转换为热能的器具。

在家用电器中，电热器具占有很高的比例，其中就有电热毯。

本文就是以电热毯为研究对象，涉及电热毯的结构及原理，以及电热毯的工作性能及检测。

本文在开始先介绍电热毯的基本结构及其分类，让我们初步了解电热毯。

而后介绍电热毯的发热元件（热敏电阻）的温度特性、温度控制和伏安特性，通过对热敏电阻的了解我们知道了热敏电阻在电热毯中的应用。

接着是电热毯的工作原理。

最后介绍电热毯的安全检验和功能性能检验。

【关键词】电热毯结构原理检验

Abstract

Electricapparatusisconvertedtoheatenergyintheapparatus.Inhouseholdappliances,ahighpercentageofelectricappliances,whichhaveelectricblankets.

Thisistoblanketthestudy,involvingthestructureandprinciplesofelectricblanketsandelectricblanketsandtestperformance.

Firstintroducedatthebeginningofthispaperthebasicstructureandclassificationofelectricblankets,electricblankettoourinitialunderstanding.Thenintroduceelectricblanketheatingelement（thermistor）temperaturecharacteristics,temperaturecontrolandvoltagecharacteristics,throughtheunderstandingofthethermistorthermalresistanceweknowofintheblanket.Thentheelectricblanketworks.Finally,electricblanketsafetyinspectionandfunctionalperformancetest.

Keywords：

electricblanketstructuralprincipletesting

2电热毯的结构、分类

2．1电热毯的基本结构

电热毯一般由电热线、毯体、电路控制三部分组成。

其产生热量的大小和安全性能的优劣主要取决于电热线和接头。

1、电热线：

是有电热丝和外敷的绝缘层组成。

常用的电热丝有镍铬合金丝，铁铬铝合金丝、康铜丝、铜丝等。

电热丝的卷绕方式有直线型和螺旋型两种。

目前流行的电热丝是镍铬合金丝，电热线的形态是螺旋型。

绝缘形式采用双重绝缘。

电热毯在毯体底料上的布置为波纹迂回方式。

2、接头：

对于电热毯，最关键的工艺是电源线的连接密封问题，接头的好坏对产品的性能、寿命、安全可靠性有着关键性底影响。

若接头不好出现松脱、不能密封防潮，或再使用中发生电源引线脱落等情况，极易引发火灾或者造成触电事故。

目前国内电热毯的接头处理工艺主要有一下几种：

1）压接：

将电热丝和铜心线绞接后再用金属片制成的卡箍卡紧。

2）银焊：

电热丝与铜心线绞接后用银焊条焊牢。

3）电弧熔焊：

接头部分绞接后，用低压大电流的电弧熔化接头后，结成一体。

4）接线盒压接：

再压接的基础上，再采用特制的塑料接线盒，利用螺钉紧固压接。

在上述几种接头处理工艺中，还要对接头部位进行密封处理，以达到防水、防潮的目的。

2．2电热毯的分类

电热毯按电源性质和调温性能分，有以下几种：

1）简易普通型电热毯；

2）电容温控型电热毯；

3）变压器温控型电热毯；

4）改变电热元件阻值（串或并联）的调温型电热毯；

5）具有PTC元件的温控型电热毯；

6）电子温控型电热毯。

电热毯按电热元件的材料特性分，有以下几种：

1）镍铬合金丝电热毯；

2）铁铬合金丝电热毯；

3）镍铜合金丝电热毯；

4）漆包线及用耐热聚氯乙烯绝缘的铜软线电热毯；

5）用薄膜加热片制作的电热毯。

薄膜加热片是一种发展型电热元件，它用康铜丝和聚酰亚胺薄膜做成。

该薄膜加热片发热均匀，温度可调，安全性能好，（使用6～24V低压），还具有轻、薄、软等特点。

目前，由于薄膜加热片制作成本较高，所以还不能被广泛地采用。

3工作原理

电热毯目前主要是利用发热元件来进行工作的，而发热部件的主要功能是将电能转换为热能。

而现在有很多的电热毯所采用主要的发热元件是热敏电阻。

3．1热敏电阻

热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质而制成的。

其常用的半导体材料有铁、镍、锰、钴、钼、钛镁铜等的氧化物或其他氧化物。

热敏电阻具有灵敏度高，电阻温度系数比金属大，体积小，热惯性小，结构简单，稳定性好，机械性能强，价格便宜，寿命长等优点。

但也有互换性和复现性差，非线性严重，测温范围较窄。

1）温度特性

热敏电阻按其性能可分为负温度系数型热敏电阻、正温度系数型热敏电阻和临界温度系数型热敏电阻三种。

2）伏安特性

电压——电流特性简称伏安特性‘它展示了PTC热敏电阻在加电气负载达到热平衡的情况下’电压与电流的相互依赖关系。

IK在外加电压VK的动作电流

Ir外加电压Vmax时的残余电流

Vmax最大工作电压

VN额定电压

VD击穿电压

图3-1热敏电阻的伏安特性

PTC热敏电阻的伏安特性大致可分为三个区域：

在0——VK之间的区域为线性区，此间的电压和

电流的关系基本符合欧姆定律，不产生明显的非线形变化，也称不动作区，在VH——VD之间的区域称为跃变区，此时由于PTC热敏电阻的自热升温，电阻值产生跃变，电流随着电压的上升而下降，所以此区也称动作区。

在VD以上的区域称为击穿区，此时电流随着电压的上升而上升，PTC热敏电阻阻值显指数型下降，于是电压越高，电流越大，PTC热敏电阻的温度越高，阻值越低，很快导致PTC热敏电阻的热击穿，伏安特性是过载保护PTC热敏电阻的重要参数特性。

3）温度控制

用热敏电阻与一个电阻相串联并加上恒定的电压，当周围介质温度升到某一数值时，电路中的电流可由十分之一毫安变为几十毫安，因此可以用继电器的线圈代替不随温度变化的电阻，当温度升高到一定值时，继电器动作，继电器的动作反应温度的大小，所以热敏电阻可用作温度控制。

3．2工作原理

电热毯，电热毯的电源是经开关和保险丝与电热线直接相连接的。

使用时，插上电源插头，闭合电源开关，电热线加热升温，其温度的调节只能靠开关和插拔电源插头来完成。

其中的保险丝要起过流保护作用。

电路如下图3-2-1所示。

图中IC为NE555时基电路；RP3为温度调节电位器，其滑动臂电位决定IC的触发电位V2和阈电位Vf，且V5=Vf=2Vz。

220V交流电压经C1、R1限流降压，D1、D2整流，C2滤波，DW稳压后，获得9V左右的电压供IC用。

室温下接通电源，因已调V2电热丝通电发热，温度逐渐升高。

热敏传感器BG1随温度的升高，其穿透电流Iceo增大，V2、V6升高。

当V2>Vz，V6≥Vf时，IC翻转，③脚变为低电位，BCR截止邮电局热丝停止发热，温度开始逐渐下降，BG1的Iceo随之逐渐减小，V2、V6降低。

当V6元件选择：

BG1可选用3AX、3AG等PNP型锗管；BCR用400V以上小型塑封双向可控硅，其它元件可按图标选用。

图3-2-1电热毯温控器

4电热毯的安全检验

4．1试验环境

1）.常态（冷态）

试品处于正常环境和冷态的条件称之为常态。

常态下的试验是模拟电器未投入使用前的情况下的绝缘电阻和电气强度试验，因此被测试品必须是新的，并应置于正常的环境条件下。

它适用于日用电器的出厂试验，是检验电器绝缘缺陷的一项基本要求条件。

2）．热态

在正常环境条件和电器热态情况下的试验条件。

这是模拟电器在实际使用中由于通电而充分发热稳定后的试验，试验时也要求用新的电器进行测量。

由于绝缘材料在温度升高后绝缘性能（绝缘电阻）可能严重下降，其泄漏电流大大增加，因此，该状态下的绝缘性能试验是新产品试制、型式试验的必检项目。

3）.潮态

在非正常环境条件，即温度和湿度都很高的环境条件及试品为冷态下的测量。

电器

绝缘在该条件下的试验也称“防潮”试验和湿热试验，简称“潮态”，是国标中“防水”内容中的一个试验项目。

这项试验是模拟日用电器在实用运行中可能遇到的各种温度和湿度变化情况，考核电器的电气绝缘性能长期稳定性的测量，同一批生产的电器产品的绝缘性能一般需抽样进行耐潮试验。

耐潮（或湿热试验）是一种等价性试验，一般采取提高温度和湿度的严酷程度的方法来缩短产品受试时间，其等价性是以电器实际长期运行结果或长期实际试验的结果为依据而确定的，对于试品的绝缘考核的效果，与电器在实际环境长期运行后结果必须是一致的。

这项试验由于在时间和设备上都有特殊要求，因此，均在新产品试制及型式试验中进行。

电热毯应满足电热器具一般通用的技术要求外，还应满足一些特殊要求，对电热毯是否合格的判定，需将标准规定的技术指标全部检验完后方可确定。

电热毯的检验应以现行国家标准为准。

4．2外观检验

用视觉观察电热毯的外观，看表面平整、清洁、柔软，针迹整齐均匀、缝合牢固。

其针距为3～5mm；控制装置的外壳应完整、光滑、无缺陷；电源引线应无机械破损，引出线根部应有护套并与本体固定较为牢固，无窜动，开关动作灵活，各挡接触可靠，器具上的标牌，标志应符合国家标准的要求。

产品的包装应符合GB/T191的相关要求。

包装应有可靠的保护措施，保证产品的绝缘性能和保护层不受损伤。

在产品包装上应有制造商名称、生产地址、联系方式；产品名称、规格（或型号）；按规定程序办理的商标或标志等。

4．3主要安全检验

4．3．1发热

发热试验的目的是检查器具在运行中各部分的温升，应不超过标准的温升值以保证器具不因超而影响其性能和造成意外事故。

具体方法如下：

把电热毯放在测试角中（该测试角由两块成直角的边壁，一块地板和一块顶板组成。

这些边壁、底板、顶板都由涂有无光黑漆的20mm厚的胶合板制成）。

测量时尽量使电热毯放在靠近边壁的底板上，其温升用细线热电偶测量，所选用的热电偶及其放置的位置应对受试部位温度的影响为最小。

用于测试测试角的侧壁、板底、板顶表面温升的热电偶要埋入它们的表面，或粘贴与铜或黄铜制成的涂黑小圆片背面，该小黑圆片直径15mm，厚1mm，并应放置在板壁表面齐平的位置上。

器具安放时，应尽可能将其产生最高温度的部件与园片接触。

在测定手柄、旋钮、夹件等部件的温升时，应考虑到正常使用中被握持的所有零件，如果它们是绝缘材料制成的，还要考虑到与热的金属接触的部件。

除绕组绝缘外，电气绝缘的温升测定应在绝缘物表面进行，测定的位置为：

绝缘失效时会引起短路的部位、带电部件和易触及的金属部件相互接触的部位、绝缘跨接部位、爬电距离和空气间隙低于规定值以下的部位。

绕组的温升用电阻法测定，除非绕组不均匀或用电阻法测量需要非常复杂的接线，此时可用热电偶进行测试。

如果必须拆除器具才能防止热电偶，则器具在装配后，应再一次测量其输入功率，以检查装配是否正确。

用来测定发热元件温度的热电偶用编织线捆到发热元件上，绑结点靠近感温点的距离至少为10mm。

用来测定电热毯表面温度的热电偶焊接到65mm×65mm，厚度为0.5mm的铜或黄铜片上，铜片的放置位置为其一边平行于走线的方向且能覆盖住最多数量的发热元件。

温度至少在6个位置上测定。

柔性部件的每个表面上有三个点。

电热毯按充分放热条件连续运行直至达到稳定状态为止。

所有电热元件都接入电路中，电源电压使其在输入功率等于最大额定输入功率1.15倍的情况下工作。

试验期间，热熔断体不应动作，温升要连续监测，在工作周期结束后，迅速记录各部温升，其值不应超过标准温升上限，若有密封剂，则不应流出。

对装有自动控温的电热毯，如其软部件内有温度敏感元件，则器具表面最热部分的温度和发热元件的温度，在控制器工作一个周期内达到稳定后的平均值，发热元件温度不应超过95℃。

对不带控制器和带控制器但在软部件内没有温度敏感元件的器具，或带控制器但在试验期间不工作的器具，其发热元件的温度不超过80℃。

产品发热面任一部位温度不应超过平均温度的±5℃。

4．3．2泄露电流

泄漏电流一般是指被试品在直流高电压作用下流经绝缘部分的电流。

泄漏电流的测量与绝缘电阻的测量在本质上是相同的，一般而言，泄漏电流测量时施加于试件上的直流电压比测量绝缘电阻时更高。

这样，一方面因泄漏电流较大，不需要放大器就可以直

接用微安表来测量，使测量结果的重复性较好；另一方面因绝缘中的问题而存在的某些缺陷或弱点在较高的电场下也能得到较好的暴露。

泄漏电流的测试是在电源任一极欲易触及的金属部件或紧贴在绝缘材料表面的金属箔之间进行：

而金属箔和绝缘材料易触及表面的接触面积不超过20cm×10cm。

在工作温度下，电热毯应具有良好的电器绝缘，正常使用中的泄露电流不应过大。

泄露电流的测试方法如下：

在充分散热的条件下，器具在1.15倍的最大输入功率下工作。

对控制器具应施加于1.06倍的额定电压。

试验时，要插入两张同样的铝箔，一张在器具上面，另一张在器具下面，用电气连接在一起。

通过给发热面施加350N/m2的压力，使铝箔和器具紧密接触，压力均匀地分布在隔热材料的上层面上。

在发热回路中全部热控制器处于接通位置，并且整定在一个对泄露电流最不利的位置上。

隔热层上面均匀分布的负载应约为35Kg/m2。

测量从电源的任一极到金属箔可流过的泄露电流，在充分散热条件规定的工作时间以后，不应超过如下值：

电热毯，为2.5mA或每平方米加热面积1.0mA，选较底者。

建议通过隔离变压器供电，否则必须与大地绝缘。

金属箔应覆盖测试表面上可能的最大面积。

但不得超过所规定的尺寸。

如果金属箔的面积小于测试表面，则将金属箔移动，以便测试此表面的所有部分。

但器具的散热不得受金属箔的影响。

为了证实连接在单极开关后面的电容器不会引起过量的泄露电流，应在开关的“断开（off）”位置上进行测试。

对柔型部件而言，其泄露电流在电源的任一极与金属箔之间测得。

试验电压应施加于带电部件与金属箔之间。

除具体规定的值以外，柔性部件的泄露电流不得超过：

——对电热毯：

1mA/m2发热面积，最大不得超过2.5mA。

泄露电流的测量电路如图4-1所示：

图4-1测量泄露电流的电路

该线路有下列元件组成：

锗二极管D组成的整流器和动圆式仪表M、调节电路特性的电阻和电容器C以及调节仪器电流范围的“先闭后断”开关S。

电路的输入等效电阻用以模拟人体电阻，阻值范围为R总=R1+Rv+Rm=（1750士250）Ω。

整个仪器的最灵敏的范围不超过1.0mA，较高的测量范围由并联在仪表线圈上的无感电阻RM分流来获得，同时调节串联电阻RV，以保持电路总电阻R1+RV+RM为规定值。

该电路可以具有过流保护，但所选择的方法不能影响电路的特性。

可在仪表电流为0.5mA时测量整流器两端的电压，通过计算得到Rm值，然后调节串联电阻Rv以保证电路每个测量范围的总电阻等于规定值。

在正弦波50HZ或60HZ频率时，基本校准点为0.25mA,0.5mA,和0.75mA。

通过在仪表电流为0.5mA时测量整流器两端的电压降来计算电阻RM，然后再调节串联电阻RV以保证电路每个测量的总电阻等于规定值。

采用锗二极管是因为它们管压降低于其他类型的二极管，因而测得的结果更具有线性，应优先选用金键型二极管。

二极管的额定值应选择得适合整个仪器所设计的最大范围，单该范围不得超过25mA,因为二极管通过较大的电流时其管压降会随之升高。

为了防止仪器遭到意外破坏，建议安装一个能使仪器自动恢复到最大电流档位的开关。

电容器的选择可由具有推荐数值的电容器通过串联或并联的方法来达到。

4．3．3电气强度

电气强度也称耐压试验，是为了保证电器能在实际电路中长期的安全使用，而不致发生绝缘被施加的额定电压或过电压所击穿或出现闪络的事故。

此外电气强度也是发现新研制的电器的绝缘是否有缺陷的重要手段之一。

电气强度试验有直流电气强度和交流工频电气强度试验两种。

由于交流工频电气强度试验于产品实际运行情况较接近，且电压较高，日用电器产品的检验中较多用交流工频电气强度试验。

由于水分不论在绝缘体表面或进入内部均能增加导电性能，使其击穿电压降低；而热击穿又主要取决于绝缘材料的温度的高低，一般固体绝缘材料的温度每升高100℃，其电气强度约下降75%，因此，电气强度试验对试验环境有特定的要求。

在电器产品的型式试验中，要求试件分别承受常态、热态和潮态几种状态的电气强度试验。

这里，在正常环境条件下，器具不工作的状态为常态，也称冷态；工作温度状态下称之为热态；在温度和湿度都很高的非正常环境条件称之为潮态。

安全标准中规定在其它一般的试验中，电动器具的电气强度试验在试品为冷态下进行；而电热器具则需增加试品处于热态情况下的试验；对环境有特殊要求的电器，需做潮态下（湿热试验装置内）的电气强度试验（或湿热试验）。

工频电气强度试验是根据绝缘的伏-秒特性等价原理而实施的一种试验。

试验中，一般选用比额定电压高数倍（一般5倍以上）的工频电压加于被试电器的需试部位上，施加时间一般为1min～5min，检查是否存在绝缘等的击穿现象，以此判定产品的合格性。

图4-2工作温度下电气强度测试的原理图

电气强度的试验是在泄露电流试验后，要求金属箔之间或溶液中的器具，在带电部位和与器具上表面接触的金属箔之间，或带电部件与溶液之间，立即进行50HZ～60HZ频率的正弦电压试验。

历时1min，其试验电压值和施加的部位见附录C。

用于此试验的高压电源在其输出电压调整到相应试验电压后，应能在输出端子之间提供一个短路电流IS，电路的过载释放器对低于跳闸电流IR的任何电流均不动作。

不同的高压电源的IS和IR值见下表4-1所示

表4-1高压电源的特性

试验电压/V

最小电流

IS

IR

≤4000

200

100

＞4000且≤10000

80

40

＞10000且≤20000

40

20

注：

此电流是以在该电压范围的上限，短路和释放能量分别为800VA和400VA为基础计算得出的。

试验电压施加在带电部件和易触及部件之间，非金属部件用金属箔覆盖，对带电部件和易触及部件之间有中间金属件的Ⅱ类结构，要分别跨越基本绝缘和附加绝缘来试加电压。

试验电压值如表4-2所示：

表4-2电气强度试验电压

试验电压/A

绝缘额定电压（U）工作电压（U）

安全特低电压SELV≤150＞150且≤250＞250

基本绝缘500100010001.2U+700

附加绝缘—125017501.2U+1450

加强绝缘—250030002.4U+2400

施加电压的起始值应不大于规定值的50％，应从零开始，不可冲击合闸。

电压上升到试验电压的40％可不在受升压速度的限制，而后升压则应匀速升压，按每秒3％的速度抬高试验电压至规定试验电压值。

在5min内将电压逐渐降到试验电压的25％后。

以避免因瞬间电压突变而把试件误击穿。

注意应把金属箔放在不致引起绝缘边缘闪络的位置

图4-3给出了一种利用手动升压的试验装置线路图。

图中M1是装在安全门上的限位开关，只有安全门闭上时M1才闭合。

M2是装在调压器底部的限位开关，只有当调压器降到“零”位时M2才闭合。

K1为切断控制回路的分开关，K2为接通控制回路的开关。

继电器J带动5个常开触点和1个常闭触点，其中J1、J2起自锁作用，即当控制回路接通后，即使K2，M2打开，由于J1、J2闭合，控制回路也不会被切断。

J3、J4闭合使调压器接通电源，绿灯（GN）亮说明电源有电，红灯（RD）亮说明调压器接通电源，可以进行升压试验。

一旦被试产品发生绝缘击穿，由于回路电流迅速增加，过电流继电器PM动作，打开常闭触点