表面溫升測量的影響因素

沈駿文

(合肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，合肥 230088）

溫升是GB 4706系列及IEC 60335系列標準中一個非常重要的測試項目，測試結(jié)果影響多個試驗項目的條件選取，并且為產(chǎn)品的合格性判定提供直接依據(jù)。采用熱電偶進行溫升測量是最常用的溫升測量方式，本文以多次平行試驗的結(jié)果來分析不同試驗條件對最終測試結(jié)果的影響。試驗條件主要涉及試驗環(huán)境的強制氣流以及熱電偶的布置方式。

試驗樣品采用洗衣機的進水電磁閥，試驗在溫度可控的環(huán)境試驗間的測試角上進行，保持環(huán)境溫度、試驗電源、樣品位置和熱電偶布置位置不變，樣品位置如圖1所示。

1 熱電偶測量溫升的原理

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成分的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就有電流通過，此時兩端之間就存在熱電動勢，即賽貝克效應(yīng)。兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表，將電信號轉(zhuǎn)換為溫度信號。

2 試驗用熱電偶的選擇

本次試驗選用了K型熱電偶，內(nèi)層絕緣距測量端點的距離為1.5mm，外層絕緣距測量端點的距離為15mm，熱點偶的測量端通過大電流熔焊的方式連接在一起，如圖2所示。

3 平行試驗結(jié)果

設(shè)置實驗室環(huán)境干球溫度為（23±0.5）℃，濕球溫度為（17.5±0.5）℃；樣品按上述說明放置在測試角邊緣，保持位置不變；樣品測試用電源為233.2V、50Hz。熱電偶布置位置在樣品金屬表面中心，如圖3所示。

圖1 樣品放置位置

圖2 熱電偶照片

圖3 熱電偶布置位置

保持以上試驗條件不變，進行單一試驗條件比對，分別對強制對流空氣及熱電偶布置方式進行試驗分析，試驗結(jié)果如表1所示，表中的數(shù)據(jù)為樣品進入穩(wěn)定狀態(tài)后進行三次測量的平均溫升值。

在上述兩次試驗中，筆者使用了以下幾種熱電偶固定方式：導(dǎo)熱膠、鋁箔膠帶粘貼、錫焊和高溫膠帶粘貼。其中，使用錫焊和膠帶粘貼的固定方式均獲得了較為接近的溫升，導(dǎo)熱膠的固定方式測得的結(jié)果相對離群。而在焊錫和膠帶粘貼的情況下，焊錫測得了最高的溫升值，鋁箔膠帶測得了次高的溫度值，高溫膠帶相對較低。

表1 溫升測量結(jié)果

4 試驗結(jié)果影響因素分析

4.1 接觸方式

焊錫與熱電偶端頭有著更大的接觸面，同時焊錫有著出色的導(dǎo)熱能力，能夠?qū)崃亢芎玫貍鲗?dǎo)到熱電偶上。膠帶的固定增加了熱電偶端頭與被測表面間的接觸壓力，使熱電偶和表面之間有著更好的接觸，從而產(chǎn)生了優(yōu)良的熱傳導(dǎo)。而在使用導(dǎo)熱膠的過程中，導(dǎo)熱膠由液態(tài)固化，難以形成接觸壓力，同時一旦有液態(tài)膠滲入熱電偶端頭與測量表面之間，會在一定程度上阻礙熱量的傳遞。

4.2 固定材料導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面溫差為1K，在1s內(nèi)，通過1m2面積傳遞的熱量，單位為W/（m·K）；鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為237W/（m·K），鐵的導(dǎo)熱系數(shù)為80W/（m·K）。可以看出，不同材料具有不同的導(dǎo)熱能力。而在試驗中，用鋁箔膠帶粘貼比高溫膠帶粘貼測得了更高的溫升，因此固定材料對熱量的傳遞能力也會影響測試的結(jié)果。

4.3 強制對流空氣

強制對流空氣會對溫度產(chǎn)生比較明顯的影響，空氣的流動會從樣品表面，尤其是導(dǎo)熱性良好的金屬表面帶走大量熱量，從而影響試驗結(jié)果。

5 結(jié)語

本文對熱電偶測量溫升的影響因素分析僅基于環(huán)境條件和固定方式的影響，在熱電偶測量表面溫升時要注意避免環(huán)境因素和人為因素的影響。在測試區(qū)域應(yīng)避免強制對流空氣的出現(xiàn)，要確保熱電偶端頭與測試表面的接觸，盡量減少固定材料的接觸面積。熱電偶測量表面溫升還有很多的其他影響因素，希望廣大研究與測試人員能在實際測試過程中發(fā)現(xiàn)問題并提出建議。