CN110261158B - 一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，包括实验装置本体，所述实验装置本体正面固定设有辅助板，所述辅助板内部设有抽拉键盘，所述试验装置本体的上部设有实验槽，所述实验槽内设有加热头，所述实验槽的一侧底端设有控制按键、开关和显示面板，所述实验装置本体的顶部设有显示器，所述加热头包括外壳、陶瓷发热芯和温度传感器；本发明将热电偶集成在加热部位的银质探头中，将加热头与开关或插座的端子接头处并紧密连接，在加热的同时控制温度精度，能够模拟大电流造成的温度升高，还能精准控制温度，节省资源，结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及机械技术领域，具体为一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置。
背景技术
用于防火监控报警插座与开关温度部分试验的装置，适用于需要对局部温度进行一定范围内持续升温、温度保持且温度保持期间的控温误差不小于±1℃的测试工作，测试数据可通过曲线表达出来，测试数据可以多种格式保存，并可通过电脑及打印机输出测试结果。
GB 31252-2014中要求试验中，使开关或插座处于正常工作状态。以不大于1℃/s的速率升高试样保护线路的温度至60℃，保持10min，再继续升高至70℃，保持1min。在开关和插座工作时，发热最多的部位往往在接线端子处，接线端子的尺寸大的只有人小拇指的大小，在这样小的空间中既要控制升温又要保证升温速率和误差。
现有的方案有的通过空气热传导的方式直接对开关和插座整体进行加热，由于空气的热传导速率低、高速升温时热量分布不均匀且这样的加热方式并没有模拟开关和插座发热的实际情况。还有通过控制电流大小进行加热的方案，在电路里每个点的发热情况不尽相同，通过控制电流加热虽再现了开关和插座实际的发热情况，但选取监视点的不同和环境的不同都很难保证测量结果的准确性。
目前，测量温度报警值的方式分为空气式、液体式和接触式。这些方式都无法满足对开关和插座直接、快速加热，并且不影响产品正常工作的现实需求。
空气式，热传导速率慢，且温度分布不均匀，尤其是在快速加热时，GB31252-2014中要求的升温速率为不大于1℃/s，这样的高升温速率符合插座或开关端子发热的实际情况，但通过空气加热方式很难模拟，并且空气的热传导速度低，不能满足产品报警时间的要求。
液体式需要将产品直接侵入油槽等液体环境中，不适用与对开关和插座的试验。
接触式是目前较为理想的方式，但现有的接触式都是通过温度盘等加热，不能满足小尺寸加热的需求。针对开关和插座的温度报警需要对其端子部位直接进行加热，并且要能够控制升温速率的温度精度。
这样就急需要一种接触式的用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，具有接触贴合测试，操作简单，升温快速，结构简单，节省资源等优点，用以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，包括实验装置本体和控制模块，所述实验装置本体底部两侧固定开设有散热窗，所述实验装置本体的底部正面活动设有柜门，所述柜门的上部固定设有辅助板在实验装置本体上，所述辅助板内部设有抽拉键盘，所述试验装置本体的上部设有实验槽，所述实验槽内设有加热头，所述实验槽的一侧底端设有控制按键，所述控制按键的上部设有开关，所述开关的上部设有显示面板，所述实验装置本体的顶部设有显示器底座，所述显示器底座上固定安装有显示器，所述加热头的外部固定设有外壳，所述外壳的内部设有陶瓷发热芯，所述陶瓷发热芯的上部贴合连接有温度传感器；
所述控制模块与电源模块、蜂鸣器、散热器、控制按键、检测模块和串口通讯电性连接，所述串口通讯电性连接有显示器和显示面板。
优选的，所述抽拉键盘与显示器电性连接，所述抽拉键盘活动处于辅助板内。
优选的，所述陶瓷发热芯设有两组，且陶瓷发热芯采用先进的MCH金属陶瓷发热器。
优选的，所述外壳采用的是银质外壳形成测控温一体式加热头。
优选的，所述串行通讯采用的是的七孔插针接口。
优选的，所述驱动电路、下载电路和接收电路中均设有晶振、滤波和除杂等电路。
优选地，所述控制模块设有主控芯片MCU，主控芯片MCU具有一个连接RS232跟温度采集器通讯串口；一个连接显示器来实现显示和设置数据交互的串口；一个连接USB调试串口；一个具有PWM输出功能的I/O接口；同时，主控芯片MCU的时钟配置可满足10×10-5的占空比。
优选地，所述陶瓷发热芯的银质探头中集成有KX-2*0.3mm型号的K型热电偶，K型热电偶具有线性度高，温度漂移小，探头体积小等特点，在对端子加热的同时，应用AT4508型温度采样仪每隔1s采集一次温度数据，通过出厂前校准来保证精度范围，银质探头通过外部校准和内部设定误差值消差。
优选地，所述加热头的升温电路采用DC24V电压供电，全速升温时功率为38W，电流为1.6A，全速升温时，发热芯的工作占空比高，升温速率较快，最快升温速率可达1℃/s，缓升温时根据被升温物体积和温度不同以及设置的升温速率不同，发热芯的工作占空比不同，因此功率会不一样。根据采集到的数据在屏幕上显示温度曲线，温度曲线是由上位机软件采集温度探头的温度数据后以时间(s)为横轴，温度(℃)为纵轴拟合出来，横纵轴分度值可自定义。
升温速率的控制原理：初始温度时，陶瓷发热芯以20％占空比工作，在连续三次采集内检测被升温物体的温度，计算出升温速率Tk，Tk-1为k时刻前一次的升温速率，Tk-2为k时刻前两次的升温速率，Kp为比例常数，Ki为比例积分常数，Kd为比例微分常数，则得到ΔUk为k+1时刻需要改变的占空比变量。
ΔUk＝Kp*(Tk-Tk-1)+Ki*Tk+Kd*(Tk-2Tk-1+Tk-2)
本发明的温度试验装置具有恒温功能，恒温前3℃时进入刹车程序，降低占空比来降低升温速率，此时温度曲线显示升温速率放缓，在检测温度与设定温度之间继续进入PID调整法，以使发热芯占空比随机调整，保证温度恒定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将热电偶集成在加热部位的银质探头中，试验将装置的加热探头安装于具有探测温度功能的报警开关或插座的端子接头处并紧密连接，在加热的同时控制温度精度，既模拟了大电流发热所造成的开关和插座端子温度变化的实际情况又有效的控制了温度的精度，并且加热头可以精准的放置在接线端子的位置，这样能够对插座或者开关进行精准的加热，不会造成资源的浪费；并且本发明的的结构简单，操作方便，只需要将开关和插座与加热头贴合连接即可。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的加热头示意图；
图3为本发明的电路框图；
图4为本发明的驱动电路；
图5为本发明的下载电路；
图6为本发明的传接口电路；
图7为本发明的接收电路。
图中：1、实验装置本体；2、散热窗；3、柜门；4、辅助板；5、抽拉键盘；6、实验槽；7、加热头；8、控制按键；9、开关；10、显示面板；11、显示器底座；12、显示器；13、外壳；14、陶瓷发热芯；15、温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在不同附图中以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“端”、“部”、“段”、“宽度”、“厚度”、“区”等等及类似用语仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述本发明而已，并非是对本发明的限定。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，包括实验装置本体1和控制模块，实验装置本体1底部两侧固定开设有散热窗2，实验装置本体1的底部正面活动设有柜门3，该处的柜门可以便于对实验装置本体1内部的设备进行维修和更换；柜门3的上部固定设有辅助板4在实验装置本体1上，辅助板4内部设有抽拉键盘5，该处的辅助板4可以便于实验员抄写数据和放置待实验产品；试验装置本体1的上部设有实验槽6，实验槽6内设有加热头7，该处的实验槽6和加热头7可以对具有探测温度功能的报警开关或插座进行检测；实验槽6的一侧底端设有控制按键8，控制按键8的上部设有开关9，开关9的上部设有显示面板10，实验装置本体1的顶部设有显示器底座11，显示器底座11上固定安装有显示器12，该处的设置可以便于操作控制和显示；加热头7的外部固定设有外壳13，外壳13的内部设有陶瓷发热芯14，陶瓷发热芯14的上部贴合连接有温度传感器15，该处的陶瓷发热芯14可以实现加热升温，温度传感器15可以精准的进行温度检测；
控制模块与电源模块、蜂鸣器、散热器、控制按键8、检测模块和串口通讯电性连接，串口通讯电性连接有显示器12和显示面板10。
具体的，抽拉键盘5与显示器12电性连接，抽拉键盘5活动处于辅助板4内，该处的抽拉键盘5可以对显示器12进行操作，显示器12可以显示对设备检测的图像显示。
具体的，陶瓷发热芯14设有两组，且陶瓷发热芯14采用先进的MCH金属陶瓷发热器，该处的陶瓷发热芯14具有体积小，升温快，耐腐蚀，耐高温，对环境友好，使用寿命长等特点。
具体的，外壳13采用的是银质外壳形成测控温一体式加热头7，该处的外壳13具有优良的抗压能力和导热性，进一步提高其使用寿命。
具体的，串行通讯采用的是的七孔插针接口，该处的串行通讯的七孔插针接口可以方便对设备的连接。
具体的，驱动电路、下载电路和接收电路中均设有晶振、滤波和除杂等电路，该处的设定可以使得电路稳定的检测，不会因为各种杂波造成检测不准确。
具体的，所述控制模块设有主控芯片MCU，主控芯片MCU具有一个连接RS232跟温度采集器通讯串口；一个连接显示器来实现显示和设置数据交互的串口；一个连接USB调试串口；一个具有PWM输出功能的I/O接口；同时，主控芯片MCU的时钟配置可满足10×10-5的占空比。
具体的，所述陶瓷发热芯14的银质探头中集成有KX-2*0.3mm型号的K型热电偶，K型热电偶具有线性度高，温度漂移小，探头体积小等特点，在对端子加热的同时，应用AT4508型温度采样仪每隔1s采集一次温度数据，通过出厂前校准来保证精度范围，银质探头通过外部校准和内部设定误差值消差。
具体的，所述加热头7的升温电路采用DC24V电压供电，全速升温时功率为38W，电流为1.6A，全速升温时，发热芯的工作占空比高，升温速率较快，最快升温速率可达1℃/s，缓升温时根据被升温物体积和温度不同以及设置的升温速率不同，发热芯的工作占空比不同，因此功率会不一样。根据采集到的数据在屏幕上显示温度曲线，温度曲线是由上位机软件采集温度探头的温度数据后以时间(s)为横轴，温度(℃)为纵轴拟合出来，横纵轴分度值可自定义。
升温速率的控制原理：初始温度时，陶瓷发热芯14以20％占空比工作，在连续三次采集内检测被升温物体的温度，计算出升温速率Tk，Tk-1为k时刻前一次的升温速率，Tk-2为k时刻前两次的升温速率，Kp为比例常数，Ki为比例积分常数，Kd为比例微分常数，则得到ΔUk为k+1时刻需要改变的占空比变量。
ΔUk＝Kp*(Tk-Tk-1)+Ki*Tk+Kd*(Tk-2Tk-1+Tk-2)
本发明的温度试验装置具有恒温功能，恒温前3℃时进入刹车程序，降低占空比来降低升温速率，此时温度曲线显示升温速率放缓，在检测温度与设定温度之间继续进入PID调整法，以使发热芯占空比随机调整，保证温度恒定。
操作流程：
一：访问装置
1、装置的首次用户
首次使用的客户，需要获取装置安装包，在符合装置环境的计算机硬件规定中，安装此操作装置。
2、装置安装
双击“防火监控报警插座与开关温度试验平台.exe”装置图标，按提示进行装置安装操作。
二：装置使用指南
1、打开装置
用鼠标左键双击装置图标，即可打开装置，打开过程中，会自动对实验装置本体1进行联机操作，联机过程中，会有图标和声音提示，如果联机失败，则要进行手动联机操作。
2、装置语言设置
在装置界面中，点击左上角的语言设置框，可在LANGUAGE设置框中，选择CHINESE(中文)或ENGLISH(英文)。
3、手动联机
在装置界面中，点击“通讯设置”页面，然后选择串口号(无法刷新出串口后，请检查电脑与设备的USB连接线是否安装正确，再查看电脑硬件属性中的串口属性)，再在波特率中，选择9600，最后点击“重新联机”，即可完成手动联机操作。
4、曲线配置
在装置界面中，点击“曲线配置”页面，然后可对曲线各项参考进行配置，让输出曲线更合理。
5、文件存储配置
在装置界面中，点击“文件”页面，点击星形标可配置测试数据的存储区域，点击历史数据，可查找数据。
6、启动测试
(1)电脑装置启动
在装置界面中，点击“测量显示”页面，在“采样时间”可配置数据的采样间隔(建议1S)，然后在右边“测量结果”中，需要显示的曲线型号点打勾，最后点击“开始”后，将弹出对话框中，点击“确定”，即可开始测试操作。
(2)平台配置启动
A.启动后的试验平台上的显示器12上显示有温度参数设置和启动温度测试两个选项。
B.点击温度参数设置，将弹出一个参数设置界面，分别点击要输入的配置参数位置，将弹出输入界面，输入测试参数后点击确认将返回参数设置界面，确认所有参数配置准确后将返回选择页面。
C.点击启动温度测试，将弹出测试界面，正式进入试验操作。
7、停止测试
(1)平台控制停止
试验平台上的显示器12测试界面中，点击停止测试，即可中止试验台的测试操作。
(2)电脑装置停止
在装置界面中，需要停止测试温度曲线的采集操作。点击“测量显示”页面中的“停止”按钮，将弹出对话框中，点击“确定”，即可停止测试操作。
8、结果查看
在测试结束后，呈现在界面中的测试数据及曲线图片，因数据较多可能导致查看不够清晰，此时可通过点击界面上的放大、缩小图标，进行局部数据曲线的放大或缩小操作，然后再点击移动图标，移动至需要查看的数据区域。
9、结果输出
在测试结束后，测试数据及曲线图片，可通过点击界面上的复制图标，把辐图片内容复制下来，直接粘贴到任何想粘贴的地方；也可通过点击界面的保存按键图标，把曲线结果界面，通过图片的方式，另存为电脑硬盘中；也可点击打印图标，直接把曲线数据通过打印机打印出来。
五：异常处理
1、无法联机
在手动联机后，仍然无法连接设备时，首先查看电脑与设备的RS232连接线是否松动，可进行一次拔插操作，然后右击我的电脑选择“属性”，在弹出的对话框中选择“设备管理器”，点击“端口位置”，查看是设备的串口号，如果无串口号，则需要拔插一次RS232接线，再查看是否刷新出串口号，仍然无法获取串口号，则致电设备客服人员咨询并获取解决办法。
2、测试中异常中止
点击“通讯设置”页面，选择“重新联机”操作，查看是否可正确连接设备，如果连接失败，请按1继续操作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，包括实验装置本体(1)和控制模块，其特征在于：所述实验装置本体(1)底部两侧固定开设有散热窗(2)，所述实验装置本体(1)的底部正面活动设有柜门(3)，所述柜门(3)的上部固定设有辅助板(4)在实验装置本体(1)上，所述辅助板(4)内部设有抽拉键盘(5)，所述实验装置本体(1)的上部设有实验槽(6)，所述实验槽(6)内设有加热头(7)，所述实验槽(6)的一侧底端设有控制按键(8)，所述控制按键(8)的上部设有开关(9)，所述开关(9)的上部设有显示面板(10)，所述实验装置本体(1)的顶部设有显示器底座(11)，所述显示器底座(11)上固定安装有显示器(12)，所述加热头(7)的外部固定设有外壳(13)，所述外壳(13)的内部设有陶瓷发热芯(14)，所述陶瓷发热芯(14)的上部贴合连接有温度传感器(15)；
所述控制模块与电源模块、蜂鸣器、散热器、控制按键(8)、检测模块和串口通讯电性连接，所述串口通讯电性连接有显示器(12)和显示面板(10)；
所述抽拉键盘(5)与显示器(12)电性连接，所述抽拉键盘(5)活动处于辅助板(4)内；
所述陶瓷发热芯(14)设有两组，且陶瓷发热芯(14)采用MCH金属陶瓷发热器。
2.根据权利要求1所述的一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，其特征在于：所述外壳(13)采用的是银质外壳形成测控温一体式加热头(7)。
3.根据权利要求1所述的一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，其特征在于：所述串口通讯采用的是七孔插针接口。
4.根据权利要求1所述的一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，其特征在于：所述控制模块的驱动电路、下载电路和接收电路中均设有晶振、滤波和除杂电路。
5.根据权利要求1所述的一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，其特征在于：所述控制模块设有主控芯片MCU，主控芯片MCU具有一个连接RS232跟温度采集器通讯串口；一个连接显示器来实现显示和设置数据交互的串口；一个连接USB调试串口；一个具有PWM输出功能的I/O接口；同时，主控芯片MCU的时钟配置可满足10×10 -5 的占空比。
6.根据权利要求1所述的一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，其特征在于：所述陶瓷发热芯(14)的银质探头中集成有KX-2*0.3mm型号的K型热电偶。
7.根据权利要求1所述的一种用于防火监控报警插座与开关的温度试验装置，其特征在于：所述加热头(7)的升温电路采用DC24V电压供电，全速升温时功率为38W，电流为1.6A。
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