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關(guān)于電阻法測(cè)量進(jìn)水電磁閥繞組溫升的探討
發(fā)表時(shí)間:2019-07-01 14:03:59

1、引言


電磁閥是一種以電磁控制的元件,主要作用為控制流體的自動(dòng)化,相當(dāng)于一種執(zhí)行元件,可用來(lái)控制液壓以及氣動(dòng)等等。電子坐便器中的進(jìn)水電磁閥主要用于控制進(jìn)水的流量、速度等方面。電子坐便器中的進(jìn)水電磁閥一般分為兩種,一種為直流電磁閥,其阻值相對(duì)較小,一般在幾十歐至上百歐的范圍;另一種為交流電磁閥,其阻值相對(duì)較大,其阻值一般為幾千歐。由于在電子坐便器以最大功率運(yùn)行一個(gè)清洗周期的過(guò)程中,進(jìn)水電磁閥會(huì)產(chǎn)生大量的熱,這樣可能會(huì)導(dǎo)致由于絕緣失效而產(chǎn)生的水路失控和電擊危險(xiǎn),這樣會(huì)對(duì)產(chǎn)品的使用者造成生命威脅,因此進(jìn)水電磁閥的溫升檢測(cè)工作也就成為了電子坐便器安全考核指標(biāo)中的一項(xiàng)重要考核項(xiàng)目,在GB4706.1-2005,GB 4706.53-2008等標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)該項(xiàng)目考核都有明確的指標(biāo)規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)中要求測(cè)量繞組達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)其所對(duì)應(yīng)的溫升,并對(duì)溫升有嚴(yán)格的限值要求。



本文將以實(shí)際產(chǎn)品的檢測(cè)實(shí)例來(lái)介紹有關(guān)電子坐便器中進(jìn)水電磁閥阻值法測(cè)量溫升的操作步驟及數(shù)據(jù)處理方法。


2、電阻法測(cè)量溫升存在的問(wèn)題


通常檢測(cè)方式是以最大功率運(yùn)行電子坐便器,運(yùn)行時(shí)間為一個(gè)周期或2分鐘(取兩者較小的時(shí)間),結(jié)束運(yùn)行后斷電測(cè)量電阻值,這樣雖然檢測(cè)得出的電阻值會(huì)升高,但是由于斷電再加測(cè)量的手動(dòng)操作時(shí)間會(huì)產(chǎn)生一定的延時(shí)效應(yīng),這樣測(cè)量的電阻值已經(jīng)不是斷電瞬時(shí)的電阻值,而標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要測(cè)斷電瞬時(shí)的電阻值,所以常規(guī)測(cè)試電阻方法得到的結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)要求,斷電后手動(dòng)測(cè)量獲得的結(jié)果與斷電瞬間測(cè)量的結(jié)果存在差異,因?yàn)殡姶砰y繞組在剛斷電瞬間下降速度是最快的,并隨著時(shí)間的增長(zhǎng),下降速度逐漸放緩,所以在手動(dòng)測(cè)量時(shí)已經(jīng)是下降后的結(jié)果。GB 4706.1-2005指出,可以測(cè)量斷電后一段時(shí)間的阻值隨時(shí)間的變化情況,然后再反推斷電瞬時(shí)的阻值。本文將具體探討這種測(cè)量方式。


3、引入修正電阻法測(cè)量進(jìn)水電磁閥繞組溫升


由于常規(guī)的電阻法測(cè)量繞組溫升的精確性無(wú)法保證,故需引用修正電阻法,通過(guò)測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)的阻值來(lái)反推初始阻值,從而解決測(cè)量精確性的問(wèn)題,下面具體介紹下該方法的測(cè)量步驟。以測(cè)量直流電磁閥繞組溫升為例,把測(cè)試樣機(jī)放在23℃±2℃的試驗(yàn)溫度下,進(jìn)水水壓0.2Mpa±0.02Mpa,進(jìn)水水溫15℃±2℃的進(jìn)水環(huán)境下,并且保持試驗(yàn)室無(wú)強(qiáng)制對(duì)流。檢測(cè)設(shè)備為Fluke2638A多功能數(shù)據(jù)記錄儀。


然后具體試驗(yàn)操作如下:

(1)將樣機(jī)連接到水源,保證樣機(jī)可以正常運(yùn)行,且無(wú)進(jìn)水滲漏。


(2)連接相關(guān)輸入輸出導(dǎo)線,以及測(cè)試負(fù)載相關(guān)設(shè)備等。


(3)用Fluke記錄儀讀出樣機(jī)進(jìn)水電磁閥的冷態(tài)阻值R1,記錄當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度t1。


(4)將Fluke記錄儀的測(cè)試表筆斷開(kāi),將電子坐便器通電,以最大功率運(yùn)行一個(gè)清洗周期或2分鐘,結(jié)束運(yùn)行后斷開(kāi)電源,并記錄斷電時(shí)的環(huán)境溫度t2。


(5)接通Fluke記錄儀的測(cè)試表筆,將測(cè)試表筆固定于電磁閥的測(cè)點(diǎn)處,開(kāi)始讀數(shù)記錄阻值,將記錄數(shù)值以excel形式打開(kāi),以每隔5s取一次記錄點(diǎn)的方式取5次記錄點(diǎn)(也可以取更多的記錄點(diǎn)),然后用曲線擬合出斷電時(shí)的瞬時(shí)阻值R2。


(6)本次試驗(yàn)所取記錄值見(jiàn)表1(數(shù)據(jù)保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位)。



4、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理


由于測(cè)試得出的阻值均為分散的散點(diǎn)數(shù)值,為了得到初始阻值需把散點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行擬合,從而得出對(duì)應(yīng)的函數(shù)來(lái)計(jì)算出初始阻值。下面將具體介紹應(yīng)用四種散點(diǎn)數(shù)據(jù)的擬合方法,通過(guò)對(duì)比分析找到擬合精度最高的方法,從而確保初始阻值的精確度。


把表1中數(shù)據(jù)用曲線擬合,擬合方式選取多項(xiàng)式擬合的方式,最后取擬合曲線與y軸的交點(diǎn),即x=0時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值作為斷電瞬間的阻值,擬合曲線如圖1。


圖1 多項(xiàng)式擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線

把測(cè)量值代入到計(jì)算公式中算出電磁閥的繞組溫升。



本次試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。



把表格2中實(shí)際測(cè)量值代入到上面的公式中進(jìn)行計(jì)算,得到最終的溫升結(jié)果Δt=29.3K。


把表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,擬合方式選取指數(shù)擬合的方式,這樣可以得到一條擬合曲線,具體見(jiàn)圖2。


圖2 指數(shù)擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線

用指數(shù)擬合得到的檢驗(yàn)參數(shù)R2=0.9948,而多項(xiàng)式擬合得到的檢驗(yàn)參數(shù)R2=0.9988,可見(jiàn)指數(shù)擬合的效果不如多項(xiàng)式擬合,多項(xiàng)式擬合更接近實(shí)際情況。


下面再來(lái)驗(yàn)證線性擬合,把表1中的數(shù)據(jù)用線性擬合的方式進(jìn)行擬合,可得擬合曲線如圖3。


圖3 線性擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線


用線性擬合得到的檢驗(yàn)參數(shù)R2=0.9946,同樣小于多項(xiàng)式擬合的檢驗(yàn)參數(shù),故線性擬合的效果也不如多項(xiàng)式擬合接近實(shí)際情況。


最后考慮冪函數(shù)擬合的驗(yàn)證方式,把表1中的數(shù)據(jù)用冪函數(shù)擬合可得圖4擬合曲線。


圖4 冪函數(shù)擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線

用冪函數(shù)擬合得到的檢驗(yàn)參數(shù)R2=0.9705,小于多項(xiàng)式擬合的檢驗(yàn)參數(shù),故冪函數(shù)擬合不如多項(xiàng)式擬合更接近實(shí)際情況。


綜上所述,利用多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合所得到的擬合精度最高,因此電子坐便器中進(jìn)水電磁閥繞組隨時(shí)間變化規(guī)律是符合多項(xiàng)式函數(shù)變化規(guī)律的,下面再以四組試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體驗(yàn)證此結(jié)論。四組試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在22.0℃的環(huán)境溫度下,進(jìn)水水壓0.2Mpa,進(jìn)水水溫15.2℃的進(jìn)水環(huán)境下,并且無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的條件下測(cè)得,測(cè)試設(shè)備為Fluke2638A多功能數(shù)據(jù)記錄儀,檢測(cè)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB4706.1-2005,GB 4706.53-2008。



四組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表3~表6,將四組數(shù)據(jù)分別用多項(xiàng)式擬合后得到圖5~圖8曲線。


圖5 第一組數(shù)據(jù)擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線

圖6 第二組數(shù)據(jù)擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線
圖7 第三組數(shù)據(jù)擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線

圖8 第四組數(shù)據(jù)擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線


綜上所述,電子坐便器中直流進(jìn)水電磁閥繞組隨時(shí)間變化曲線經(jīng)多項(xiàng)式擬合后,檢驗(yàn)參數(shù)R2均在99%以上,故認(rèn)為電子坐便器中直流電磁閥繞組隨時(shí)間變化趨勢(shì)符合多項(xiàng)式函數(shù)。而電子坐便器中交流電磁閥同樣適用于此規(guī)律。下面用一組交流電磁閥數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。


同樣選取5個(gè)記錄點(diǎn),時(shí)間間隔為5s,列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。


圖9 交流電磁閥數(shù)據(jù)擬合得到的電磁閥繞組-時(shí)間變化曲線

用多項(xiàng)式擬合后,得到圖9曲線。如圖9所示,擬合程度同樣大于99%,所以電子坐便器中的進(jìn)水電磁閥繞組隨時(shí)間變化關(guān)系是符合多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系的。


5、結(jié)論


在測(cè)試技術(shù)逐漸成熟的當(dāng)今時(shí)代,利用曲線擬合反推初始阻值的測(cè)試方法削減了直接測(cè)量法帶來(lái)的誤差,使得測(cè)量結(jié)果更加真實(shí)準(zhǔn)確,同時(shí)也避免了人工讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生的誤差影響,通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)驗(yàn)證,在測(cè)量電子座便器的進(jìn)水電測(cè)閥繞組時(shí),為了更好地?cái)M合出曲線,一般至少要測(cè)量五個(gè)記錄點(diǎn),并且相鄰兩個(gè)記錄點(diǎn)測(cè)量的時(shí)間間隔不宜過(guò)長(zhǎng),一般間隔5~7秒的時(shí)間比較合適,并且從本文之前的驗(yàn)證可知,選取多項(xiàng)式擬合的方式是最佳的曲線擬合方式,這樣可以更為準(zhǔn)確地測(cè)得電磁閥的繞組溫升,該測(cè)量方法在驗(yàn)證電磁閥繞組溫升時(shí)更加可靠,因此該測(cè)量方法是具有意義的。


參考文獻(xiàn)

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[3] 秦燕. 淺談電器溫升在線測(cè)試的幾種方法[J]. 煤礦安全,2006.12:42-44.