温控开关失效性的研究

摘要： 近年来，精美、实用、方便、快捷的电热水壶开始走进千家万户，为我们生活带来巨大的便利，但在使用过程中，也发现电热水壶使用的寿命不长，虽然外观看起来完好，却不能正常使用了，究其原因，主要是温控开关引起的，温控开关作为电热水壶的核心部件，温控开关的寿命直接影响到电热水壶的寿命，据统计电热水壶不能正常工作，90%以上都是由电热水壶的温控开关失效造成。因此研究电热水壶的温控开关失效性原因，找出其失效的原因，在生产中尽量降低温控开关失效比例，提高产品的合格率，具有重要的经济意义。

关键词：电热水壶；温控开关；失效性原因

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8436-03

1 概述

近年来，精美、实用、方便、快捷的电热水壶开始走进千家万户。电热水壶行业经过十余年发展，目前国内拥有量达几千万台，中国已成为世界最大电热水壶市场，且发展前景广阔，估计单是广东地区，每年电热水壶产量就超过了3000万台。但最新抽查显示：市场上有约30%的电热水壶不合格，而且消费者在使用过程中，也发现电热水壶使用的寿命不长，虽然外观看起来完好，却不能正常使用了，究其原因，主要是温控开关引起的，温控开关作为电热水壶的核心部件，温控开关的寿命直接影响到电热水壶的寿命，据统计电热水壶不能正常工作，90%以上都是由电热水壶的温控开关失效造成。以一个1.5L电热水壶为例，市场售价为50～100元，而一个温控开关售价仅为5～8元。如果因为温控开关的失效而造成电热水壶不能正常使用，无疑是个巨大的浪费。

因此研究电热水壶的温控开关失效性原因，找出其失效的原因，不仅可以在生产中尽量降低温控开关失效比例，提高产品的合格率，而且对于个人来说，也可以减少损耗和浪费，仅需要更换电热水壶的温控开关，或者温控开关的双金属片，就可以继续正常使用该电热水壶，因此该研究论文具有一定的经济意义。

2 电热水壶的工作原理

我们使用电热水壶的时候（如图1），装上适当的水，按下电热水壶手柄上的按键（如图2），接通温控开关内部的通路，电热水壶通电，发热盘加，水壶开始煮水，当水沸腾时产生的水蒸汽使温控开关（如图3a，3b）的双金属片（如图4）变形，并利用变形通过杠杆原理推动温控开关，从而使电热水壶在水烧开后自动断电，其断电是不可自复位的，故断电后水壶不会自动再加热。而此时温控开关上的双金属碟片仍处于变形状态，我们无法按下水壶上的按键使电热水壶再次加热，直到当温度片的温度下降，温度片会自动恢复到初始状态，才能进行下一次的煮水过程。

从电热水壶的煮水过程看出，当电热水壶的温控开关失效的时候，电热水壶无法连通电路，无法煮水，或者温控开关无法切断电路，电热水壶一直在煮水，这两种现象在一般人眼中，这电热水壶就是坏了不能正常工作，但其实质是温控开关的失效造成的，对个人而言，更换温控开关即可。

图1 电热水壶外观图 图2 按键开关

（a） 正面 （b） 背面

图3 温控开关外观图 图4 双金属碟片

在这里使用湛江迪艾斯电器厂的温控开关DIC-100来进行介绍，实物图如图3所示，该开关进行分解图如图5所示。主要分为

1） 塑料上下盖（图6所示）；

2） 双金属碟片（图4所示）；

3） 正负连接端子（图8所示）；

4） 弹簧（图9所示）。

图5 温控开关分解图 图6 温控开关塑料上盖 图7 温控开关塑料下盖

图8 温控开关正、负连接端子 图9 温控开关弹簧

电热水壶的温控开关采用碟形的双金属片作为温度传感部件，温控器的工作原理为：当温度升高时，双金属碟形片两面的热膨胀系数不同，双金属碟片两面将产生相应的变形力，而当温度达到碟形片产生变形的值时，碟形片的突跳，通过杠杆原理，并且借助弹簧的弹力推动上塑料盖头部（图6的上部）往上运动，上盖尾部往下运动，尾部有个楔形（图6的下部），把正端子往下压，从而断开正、负连接端子的触点相连，断开电路通路，切断电流。动作温度范围：0℃-300℃。在电热水壶的检测中，我们所拟定判断开关好坏的原则是，温控开关在达到65℃～85℃范围内，蝶形片能变形。

3 温控开关失效性部位分析

由于温控开关是由塑料上下盖、双金属碟片、正负连接端子、弹簧这几部分组成。我们先从这几部分进行分析。

1）温控开关的塑料上下盖。塑料上下盖造成温控开关失效原因的分析：当这个上盖内部末端的楔形高度过高，即使按下开关，仍接触正端子或者仍给正端子一个压力，使正端子无法恢复到与负端子连接在一起的位置，那么电热水壶是不能加热的。如果这个楔形盖度不够，水沸腾，蒸汽使双金属片跳转，但由于楔形高度不足，无法切断正、负端子的连接，电热水壶仍在不断沸腾煮水，所以这个楔形的高度在模具设计的时候要重点的考虑，并且与下座和正负端子安装位置有关，这个也要一起综合考虑。

其次可能是注塑的时候，注塑的塑料没进行干燥处理，或是注塑过程射料、冷却时间太短、注塑压力不足，造成不饱满、缩水、产生气泡、变形的原因。

2）温控开关的双金属碟片材料的问题，因为该温控开关需要水蒸气去推动，那意味着该温控能承受100℃以上水蒸气温度不变形，而且不能产生有毒气体。那么塑料的选择很重要，特别是吸水率的问题，因为吸水率大意味着开关使用过程，容易吸水而导致开关变形。如使用我们现在广泛使用的ABS塑料为例。

图10 热双金属变形

那温度片如何造成温度开关失效呢？

由图10可知，当有水沸腾，蒸汽通过水壶手柄的孔进入温度开关，当温度开关的双金属片接触到水蒸气，两面受热，变形，推动上盖头部杠杆，上盖的尾部向下切断正、负端子连接，切断电路，当温度下降，双金属片受热冷却恢复原来状态。那双金属片高温受热的温度值就非常重要了，当跳转温度太高，无法关断电路，那水一直在沸腾，那如果跳转温度太低，水还没煮熟，就已经跳转切换电路，据查阅大量资料和实际测试，一般温度片跳转温度在65-85℃为佳，否则更换双金属片。

3）温控开关的正、负连接端子

那该正、负端子失效的原因主要出现在：

①水壶使用一定时间和次数后，由于磷铜片受到上盖的楔形压的时间、次数、力量等原因，而在按下温控开关，楔形离开正端子的磷铜片后，磷铜片不能恢复到与负端子接触的位置，不能接通电路，所以在设计和生产该铜片的时候要选择弹性和韧性好的铜种类，磷铜的韧性就比黄铜要好。

②在设计磷铜片的时候，要设计成一定折弯度，如图11所示。这样弹性会比直片要好很多。

图11

③银触点的使用厚度和使用寿命问题。

4 总结

该论文主要对温控开关的工作原理、结构和可能造成失效的原因进行了初步的研究，从对生产的工艺、生产的材料选择、材料参数的确定、装配的一些注意事项都作了一些分析，该分析是建立在理论和大量的实际经验数据中得来，具有一定实际的指导意义，在国内暂时还没有发现对温控开关失效的原因分析，具有一定的指导意义。但该论文也存在不足，由于时间和条件限制，没有很系统的分析和研究每种热双金属带材或者双金属片的特性、使用范围和场合，电热水壶的温控开关可以使用哪几种带材，也没有很系统的研究和分析弹簧钢的性质以及各种银触点不同银层的使用次数和寿命。

针对以上不足，后续的工作，增加对带材的研究，并且制做一台开关测试设备，来测试装上不同材质的弹簧和银触点材料、厚度时候温控开关的寿命。

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