CN209296333U - 一种储水式电热水器能耗测试装置 - Google Patents

Abstract

一种储水式电热水器能耗测试装置包括计算机，计算机通过数据线与PLC电性连接，PLC通过编程组成有供水系统、环境控制系统、数据采集系统和自动主控系统。该储水式电热水器能耗测试装置，通过PLC结合气动单向阀实现进排水自动控制，保障高温水流能稳定控制和锁死的目的，并利用以及触摸屏、计算机和PLC三者结合，进行热水器能耗测试过程控制和数据采集，利用实验室现有设备，结合PLC控制和计算机实时数据采集记录系统，实现了储水式电热水器能耗的检测，系统可扩展性强且方便使用和测试，测试过程能够自动控制，从而大大减小了检测设备的投入，同时又提高了检测精度，扩大了测试范围，使整个测试过程更加稳定可靠的效果。

Description

一种储水式电热水器能耗测试装置

技术领域

本实用新型涉及储水式电热水器能耗测试技术领域，具体为一种储水式电热水器能耗测试装置。

背景技术

储水式电热水器的能耗要求在国内外大多为强制性标准要求，对能耗的测试方法和测试设备的要求也不尽相同，目前，很多国内外储水式电热水器能耗检测实验室，一般都是采用造价昂贵的专用设备来进行能耗的检测，或者利用人工控制方式测试和计算，花费大量的财力或人力物力，而目前现状是很多电气测试实验室，已经具备了一定的供水条件和环境条件，如果再去重复采购具有类似的功能的昂贵的设备而专一用于储水式热水器能耗检测，是一种浪费和重复投资，不利于节约资源和减少浪费，例如，具备洗衣机能效检测的实验室已经有了供水系统，可以实现水温和压力的控制；电气安全的实验室也会有一些控制环境的试验箱或房间，可以实现环境温度的控制，而水温水压和环境条件也是储水式电热水器能耗测试的必要条件，且为满足这些条件而采购设备的成本占据了热水器能耗测试成本的大部分。此外，专一用于热水器能耗测试的现有设备，存在价格昂贵，但灵活性差，大多不能实现多标准测试要求的缺点。

因此，基于以上考虑，本装置在利用和改造实验室原有的专用设备，实现水和环境的基本要求，在增加控制系统和数据采集计算软件的情况下，实现了储水式电热水器能耗的检测，系统可扩展性强且方便使用和测试，测试过程能够自动控制，从而大大减小了检测设备的投入，同时又提高了检测精度，扩大了测试范围，实现了多标准的测试要求。这种低成本的利用原有造价高的设备进行改造后实现储水式电热水器能耗检测要求的测试装置，对于国内外众多的从事储水式电热水器检测的实验室来说，具有较强的可行性和可推广性，在生产领域和第三方检测机构都具有较高的实用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种储水式电热水器能耗测试装置，解决了现有专一用于热水器能耗测试的设备存在价格昂贵，但灵活性差，大多不能实现多标准测试要求的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种储水式电热水器能耗测试装置，包括计算机，所述计算机通过数据线与PLC电性连接，所述PLC通过编程组成有供水系统、环境控制系统、数据采集系统和自动主控系统，所述PLC的输出端通过导线与流量计电性连接，所述流量计的管口通过水管道与水源连通，所述流量计的出水口通过水管道与第一气动阀连通，所述第一气动阀通过转气管道与第一电磁阀相互回流连通，所述第一气动阀通过水管道与被测热水器样品进水管口内部连通，所述第一电磁阀的控制端通过数据线与PLC电性连接，所述第一电磁阀的进口端通过气管道与气源连通，所述被测热水器样品的出水端通过水管道与第二气动阀连通，所述第二气动阀通过转气管道与第二电磁阀相互回流连通，所述第二电磁阀的出气端通过气管道与气源循环连通，所述第二电磁阀的控制端通过导线与PLC电性连接，所述PLC通过数据线与接触器电性连接，所述接触器的输出端通过导线与被测热水器样品连接，温度记录仪的检测端通过导线与被测热水器样品连通，所述接触器的数据端与电参数记录仪通过连接线相互电性连接，所述温度记录仪的数据端和电参数记录仪均通过网络路由器与计算机电性连接，所述PLC通过数据线与水量采集仪、温度采集仪、耗电采集仪和重量采集仪的输出端电性连接，所述水量采集仪、温度采集仪、耗电采集仪和重量采集仪的检测器均与被测热水器样品检测连通。

优选的，所述第二气动阀的出水端安装有球阀，所述球阀的控制端通过数据线与PLC电性连接。

优选的，所述电参数记录仪的控制端通过导线与触摸控制屏连通，所述触摸控制屏的输出端通过数据线与计算机电性连接。

优选的，所述网络路由器通过导线与外置网络连通，所述网络路由器提供WIFI发射。

优选的，所述温度记录仪、电参数记录仪和计算机均通过WIFI电性连通。

本实用新型提供了一种储水式电热水器能耗测试装置。具备以下有益效果：

该储水式电热水器能耗测试装置，通过PLC结合气动单向阀实现进排水自动控制，保障高温水流能稳定控制和锁死的目的，并利用以及触摸屏、计算机和PLC三者结合，进行热水器能耗测试过程控制和数据采集，利用实验室现有设备，结合PLC控制和计算机实时数据采集记录系统，实现了储水式电热水器能耗的检测，系统可扩展性强且方便使用和测试，测试过程能够自动控制，从而大大减小了检测设备的投入，同时又提高了检测精度，扩大了测试范围，使整个测试过程更加稳定可靠，数据采集精度更高，数据输出结果明了，方便操作的效果。

附图说明

图1为本实用新型结构系统流程示意图；

图2为本实用新型结构部件电路连接图；

图3为本实用新型结构供水系统示意图；

图4为本实用新型结构自动进排水系统示意图；

图5为本实用新型结构数据采集示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，本实用新型提供一种技术方案：一种储水式电热水器能耗测试装置，包括计算机，计算机通过数据线与PLC电性连接，PLC通过编程组成有供水系统、环境控制系统、数据采集系统和自动主控系统，PLC的输出端通过导线与流量计电性连接，流量计的管口通过水管道与水源连通，流量计的出水口通过水管道与第一气动阀连通，第一气动阀通过转气管道与第一电磁阀相互回流连通，第一气动阀通过水管道与被测热水器样品进水管口内部连通，第一电磁阀的控制端通过数据线与PLC电性连接，第一电磁阀的进口端通过气管道与气源连通，被测热水器样品的出水端通过水管道与第二气动阀连通，第二气动阀通过转气管道与第二电磁阀相互回流连通，第二电磁阀的出气端通过气管道与气源循环连通，第二电磁阀的控制端通过导线与PLC电性连接，PLC通过数据线与接触器电性连接，接触器的输出端通过导线与被测热水器样品连接，温度记录仪的检测端通过导线与被测热水器样品连通，接触器的数据端与电参数记录仪通过连接线相互电性连接，温度记录仪的数据端和电参数记录仪均通过网络路由器与计算机电性连接，PLC通过数据线与水量采集仪、温度采集仪、耗电采集仪和重量采集仪的输出端电性连接，水量采集仪、温度采集仪、耗电采集仪和重量采集仪的检测器均与被测热水器样品检测连通，第二气动阀的出水端安装有球阀，球阀的控制端通过数据线与PLC电性连接，电参数记录仪的控制端通过导线与触摸控制屏连通，触摸控制屏的输出端通过数据线与计算机电性连接，网络路由器通过导线与外置网络连通，网络路由器提供WIFI发射，温度记录仪、电参数记录仪和计算机均通过WIFI电性连通，通过采用气动阀而不是电磁阀的最大优点就是气动阀可使用环境温度范围高，在高温水流下也能稳定运行。

使用时，首先供水系统提供符合标准要求的恒温恒压水源，其中环境控制系统实现测试过程中温度和风速的稳定，然后进排水控制系统可自动实现标准要求条件下（如排水温度差、定量要求等）自动进水排水功能，其过程流量可调，以及数据采集和计算系统实现测试过程中温度、电量、水量等能耗参数的自动采集，同时对采集到的数据可根据不同标准的计算公式进行计算，实现能耗测试结果自动输出到图形界面或以EXCEL表格数据的方式输出，其中，进排水控制系统和数据采集计算系统通过PLC进行自动控制和数据采集，进排水系统进水和排水端均安装有气动单向阀，利用在高温水流下也能稳定运行，在需要的时候能够完全锁死，避免了其他种类控制阀失效或不能锁死导致测试精度不高，进水端装有数字流量计，用来采集测试过程中的水量，排水端装有球阀，实现测试过程中流量的控制，数据采集和计算系采用统触摸屏加PLC控制、计算机端图形界面显示和计算的总体方案，触摸屏图形界面方便进行人机交互和关键数据的显示，PLC接收触摸屏和计算机信号，实现控制气动阀、采集数据、开停被测样品电源等功能，随后温度信号采集由数字式温度记录仪实现，电参数由数字功率计来采集，温度和电参数的数据都可通过网线连接触摸屏到计算机，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

其中需要对其本装置提供数据分析如下；

首先储水式电热水器的能耗测试方法目前主要有两种，一种是IEC 60379《储水式电热水器性能测试方法》，我国的国标GB21519-2008就是依据IEC标准选取了部分项目作为能耗测试的指标。另一种使用美国能源部制定的测试方法，即《美国联邦法规集》“10 CFRPART 430,Subpart B”的附件E“热水器能耗的性能测试方法”。这两种测试基本要求如下表1。

表1 测试要求对比

序号	测试项目	美国标准	中国标准
				1	环境条件	19.7±1.4℃	20±2℃，空气流速≤0.25m/s
2	储水温度	57.2±2.8℃	65±3.0℃
				3	进水温度	14.4±1.1℃	15±5℃
4	进水压力	蓄水箱不排水时，供水压力稳定在0.275Mpa和热水器制造商允许的最大压力之间。	密闭式热水器，不排水时压力在0.28Mpa和额定压力之间，波动在±0.05Mpa之间。
				5	排水流量	11.4±0.95L/min	根据额定容量大小，在2-10L/min或额定容量的5%L/min
6	排水温差	13.9℃	20℃
				7	排水次数	多次排水	排水一次或不排水。

从表1和相关标准要求看，一套测试系统一般由以下几部分组成：供水系统，环境控制系统，进排水控制系统，数据采集、计算系统等。要想节省人力同时提高测试准确度，则进排水和数据采集等环节能实现自动化，要求能自动根据测试条件排水和采集温度、耗电量、流量等参数。

其次从表1可以看到，热水器能耗检测时对水的要求主要有两条：水温和水压。水温在15°左右，水压0.28Mpa左右，这就需要一套能制冷、制热和加压的恒温水源。在洗衣机能耗测试系统中，也要求这样的一套的水系统。洗衣机能耗测试标准IEC60456-2010对水温要求从15°到60°不等，水压为0.24±0.05Mpa[3]，可见，一个实验室如果具备了洗衣机能效的能力，只需额外借出一条供水回路，那么供水条件就可以满足热水器能耗检测要求，此举将大大降低供水设备的成本。本文的系统就利用宁波出入境检验检疫局技术中心原有的洗衣机供水系统，额外接出一条供水和回水管路，就提供了在最大0.28Mpa水压下，温度范围为10-70℃的供水，增加少许成本的情况下实现了热水器能效检测的用水需求，热水器能效测试系统的关键之一在于自动进排水的实现，从表1可以看到，国标只需要一次排水，人工方式排水问题不大。但是，美标却要求多次排水，两种标准排水与否的条件都在于排水温差。如果这一过程用人工控制，那将是一个非常费力和复杂的过程，且测试准确度易出现偏差。本系统利用计算机程序进行排水与否的判断（包括水温差和时间、以及温控器断电等不同条件），然后通过PLC控制进水和出水端的控制阀来实现自动化排水过程。由于排出水的温度最高会有65℃左右，可靠起见，控制阀使用气动阀来控制进排水过程。排出水量的多少用涡轮式数字流量计来衡量，流量计通过网络接口连接至PLC和计算机，储水式电热水器能耗检测需要采集的数据主要是测试过程中热水器消耗的电能、测试环境和热水器的进水、排水和储水温度以及测试过程中水的使用量，采集到的数据再按照各个标准的计算要求计算出能耗指标参数。本文设计的数据采集计算系统中，消耗的电能用带网络接口的电参数测量仪来实现；各个温度值的采集也用带网络接口的温度采集仪来实现；水的使用量用数字式涡轮流量计来采集传输。同时，为了实现对热水器容积测量的自动化，本文的系统采用了带网络连接功能的数字台秤，然后通过软件去皮功能和进排水控制，实现了容积的自动测量。所有采集到的数据传输到计算机后通过计算，结果在计算机图形界面上显示出来，同时过程数据通过Excel表格输出。为了系统的运行过程更加直观和控制反应的速度更快，系统的主控节点采用触摸屏控制，在触摸屏上实现检测过程中的手动或自动控制，数据采集计算节点则使用计算机程序来实现相应的功能，两者结合，稳定高效的实现整个数据采集计算过程。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种储水式电热水器能耗测试装置，包括计算机，其特征在于：所述计算机通过数据线与PLC电性连接，所述PLC通过编程组成有供水系统、环境控制系统、数据采集系统和自动主控系统，所述PLC的输出端通过导线与流量计电性连接，所述流量计的管口通过水管道与水源连通，所述流量计的出水口通过水管道与第一气动阀连通，所述第一气动阀通过转气管道与第一电磁阀相互回流连通，所述第一气动阀通过水管道与被测热水器样品进水管口内部连通，所述第一电磁阀的控制端通过数据线与PLC电性连接，所述第一电磁阀的进口端通过气管道与气源连通，所述被测热水器样品的出水端通过水管道与第二气动阀连通，所述第二气动阀通过转气管道与第二电磁阀相互回流连通，所述第二电磁阀的出气端通过气管道与气源循环连通，所述第二电磁阀的控制端通过导线与PLC电性连接，所述PLC通过数据线与接触器电性连接，所述接触器的输出端通过导线与被测热水器样品连接，温度记录仪的检测端通过导线与被测热水器样品连通，所述接触器的数据端与电参数记录仪通过连接线相互电性连接，所述温度记录仪的数据端和电参数记录仪均通过网络路由器与计算机电性连接，所述PLC通过数据线与水量采集仪、温度采集仪、耗电采集仪和重量采集仪的输出端电性连接，所述水量采集仪、温度采集仪、耗电采集仪和重量采集仪的检测器均与被测热水器样品检测连通。

2.根据权利要求1所述的一种储水式电热水器能耗测试装置，其特征在于：所述第二气动阀的出水端安装有球阀，所述球阀的控制端通过数据线与PLC电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种储水式电热水器能耗测试装置，其特征在于：所述电参数记录仪的控制端通过导线与触摸控制屏连通，所述触摸控制屏的输出端通过数据线与计算机电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种储水式电热水器能耗测试装置，其特征在于：所述网络路由器通过导线与外置网络连通，所述网络路由器提供WIFI发射。

5.根据权利要求4所述的一种储水式电热水器能耗测试装置，其特征在于：所述温度记录仪、电参数记录仪和计算机均通过WIFI电性连通。