热水器开水自动断电原理图（热水壶电线为啥那么短）

1891年电热水壶（Electric kettle）在芝加哥诞生，经过很多年的发展完善，到了二十一世纪，它已经成了全球最畅销的商品之一。而在我们日常家庭生活中，热水壶扮演着一个重要的角色，人们的生活已经离不开电热水壶，几乎每天都要去用它。

家庭常用的电热水壶

大多数用户在使用过程中都发现了两个问题，第一个问题就是为什么这个热水壶的电源线做的那么短？做那么短的电源线，难道厂家是为了节省成本吗？第二个问题就是电热水壶是如何实现水开自动断电的，这里面蕴藏了什么高科技？带着这两个人们关心的疑问，下面就为大家系统全面讲解分析。

热水壶电源线为什么这么短

大多数的用户在使用电热水壶过程中，都非常的反感厂商把电源线做的那么短，很多人都觉得厂商是在偷工减料，故意把电源线做很短。事实上厂商也不想这个样，厂商也是按照国家相关的规定设计。

热水壶的厂商也是按照GB 4706.19-2008《 家用和类似用途电器的安全 液体加热器的特殊要求》规定去设计自家热水壶的电源线长度，不符合这个规定的产品一律是无法进行上市售卖。

这个规定的大概内容如下：

电水壶的电源软线除非是螺旋型电源线，否则不应长于75cm，通过测量检查其是否合格。如果无绳电水壶带有贮线装置，则电源线长度的测量是在软线尽可能放人贮线装置后进行。

电源线比较短，不超过75CM

电源线的长度应从插头至电源线或保护套电源线进入器具壳体的那一点之间进行测量长度。GB代表的是国家强制标准，也就是说无论你的厂子规模有多大，你都需要按照这个国家强制规定来设计。

之所以这么规定，也是有原因的。我们都知道热水壶属于大功率电器，一般功率都在1500W-2000W之间。它不同于我们家用的洗衣机、电视机、电冰箱等电器，热水壶的电源线在工作过程中经过的电流比较大。

而从物理学上可以知道，导线都是有一定的内阻。同等材料和线径的电源线，越长它的内部阻值就越大，也就是在工作过程中它的发热量越大。这会导致电源线发烫严重，甚至会导致电源线烧断引起事故。

不仅仅是烧断电源线问题，长的电源线也会导致使用过程中容易绊倒人，进而引发不必要的烫伤事故。因此国家对此做了强制的规定，热水壶的电源线最长不能超过75CM。

热水壶自动断电原理

了解原理前可以先来看一下几个实验

1、盖上电热水壶的盖子，开启电源，5分钟左右壶内水被烧开并自动断电。

2、打开热水壶的盖子进行通电加热，壶内热水一直沸腾，而热水壶还在一直处于通电加热状态。

3、先开始先打开热水壶盖子加热到水沸腾，沸腾后再次盖上热水壶盖子，过了几秒后热水壶自动停止加热。

4、烧开热水后，再次用手按动热水壶开关，不能按下去。等待几分钟后，可以按下去。

通过以上的实验就可以得出一个结论，水壶自动断电靠的是壶内蒸汽。只有当热水壶盖上盖子加热，壶内积累蒸汽才能够使得热水壶把水烧到100℃自动断电。

红色为蒸汽管道，不同热水壶结构不太同

这个自动断电的装置称为蒸汽开关（温控开关），它由两个特意选择的热膨胀系数差别很大的金属片叠合组成。当热水壶内水沸腾时，壶内会产生大量的水蒸气，这些蒸汽可以通过特定通道进入到温控开关中。水蒸气具有一定的热量，一旦这个双金属片受热，金属片就会朝着热膨胀系数小的那个金属片弯曲，从而带动温控开关上的机械结构切断电源。

双金属片变形，带动机械结构断电

这一点也可以进行这样的理解：热膨胀系数大的称为主动片，热膨胀系数小的称为被动片。当两个金属片受到温度作用时，主动片的形变程度高于被动片的形变程度，主动片会向着被动片弯曲，从而带动机械结构进行断电。

当温度降低到一定的程度，这个双金属片就会恢复到原位，这也就是为什么我们烧开水后再次按压开关不能按下去的原因所在。谈到这里，再说一下热水壶底部也有一个温控开关，这个开关的双金属片比手柄处的温度感应要高，它的作用是防止干烧。

电热水壶手柄处用的温控开关，由两个双金属片和机械结构构成

而对于一些高级的电热水壶，用的不再是温控双金属片，普遍采用了NTC热敏电阻，这类热水壶对于温度控制更加的精准。热敏电阻对于不同的温度它的电阻值会发生变化，通过信号反馈线传到主板控制器中，进而实现精准的通断电。

双金属片的应用

热继电器

双金属片在热水壶上的应用，仅仅是它的冰山一角，它在工业生产应用中也是扮演着重要的角色。在工业生产中，都会用到大量的电动机。电动机能否正常工作，决定着一个生产线的效率，工厂为了达到更高的效率，都会对电动机进行运行保护。

工业用电动机过载保护：热继电器

生产线上和一些机械上用到最多就是三相电动机，如果三相电动机长期处于带负荷欠电压运行、长期过载运行，就会很容易导致电动机发生发热严重甚至线圈烧毁。而利用双金属片的热继电器的出现，很好的解决了这个问题。

当电动机发生过载时，过载电流通过热继电器发生热效应。这个双金属片对于温度有着不同的反应，这一点与热水壶控制差不多，它就会主动切断电源，从而保护电动机。

双金属片温度计

这种温度计主要用于工业生产中，它可以直接测量工业生产过程中-80℃～500℃的液体蒸汽温度和气体介质温度。它可以测量移动物件的温度，通常测量表面温度。

利用双金属片原理设计的温度计

与热继电器和温控开关不同的是，它利用双金属片的膨胀程度不同，带动表针旋转不同的角度，进而显示相对应的温度。

电熨斗

在挂烫机出现之前，一直还是电熨斗的天下。那个时候，家家户户基本上都会有一个电熨斗。而可调温电熨斗实现调温利用的就是这个双金属片，现在新型的电熨斗有的已经不再采用这种设计，但是双金属片仍然是目前的主流。

家庭常用电熨斗

双金属片如何实现电熨斗调温？可以看一下下图的内部结构。电熨斗通电后，电热丝持续发热，电熨斗温度不断的上升，上升到一定程度，上部的双金属片就会发生形变，两个金属片触点发生分离，进而断电。

电熨斗内部结构，以及调温控制双金属片

由于电熨斗熨烫衣服过程中热量不断放出，双金属片又会恢复原有形状，进而继续通电保持加热，从而可以保持电熨斗可以在一定范围温度内工作。而调节上部的螺丝，可以控制两个金属片之间的距离，也就是可以让它设定在一定温度范围工作。

笔者结语

从电热水壶中应用双金属片，引出了双金属片在生活和工业生产中的各种应用。笔者认为双金属片的大量应用，对于人类的发展进程有着重要的作用。它在提升我们的生活品质、提高工业生产安全中，都有着重要作用。

我们可以想想，利用双金属片的电热水壶出现，让很多人喝开水变得更加方便。在一些农村地区来说，电热水壶没有出现之前。烧热水还需要进行烧地锅，基本上很多人为了图省事，渴了都是直接饮用地下水。而直接饮用地下水会带来一系列问题，例如一些结石问题。而自从有了电热水壶，人们烧开水变得方便，三四分钟就能喝到开水，非常的方便，这直接提升了人类的生活品质，降低了一些疾病的发生概率。

而在工业上，利用双金属片的热继电器大量应用，让电动机的寿命更加长。企业的生产线运作更加稳定、高效，间接的带动了企业效益的增加。因此笔者认为，双金属片是人类发展进程上的一个重要物件。

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