淺談灼熱絲試驗結(jié)果影響因素分析

陳桂秀

（健研檢測集團(tuán)有限公司，福建廈門，361000）

0 引言

電子產(chǎn)品部件或零件在異常故障或過載條件下，可能會達(dá)到很高的溫度點或點燃其附近的零部件，灼熱絲試驗就是模擬過熱元器件或過載的電阻之類的熱源在短時間內(nèi)對周圍零部件產(chǎn)生的熱應(yīng)力影響，技術(shù)性的評估產(chǎn)品著火的危險性。在很多電子電氣安全標(biāo)準(zhǔn)中都有涉及到該項試驗，如中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB7000.1《燈具一般安全要求》（國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)為IEC60598-1）,GB4706.1《家用電器一般安全要求》（IEC60335）等，插座類安全標(biāo)準(zhǔn)GB2099.1/IEC60884等，由此可見其重要性。本文結(jié)合GB7000.1標(biāo)準(zhǔn)要求，詳細(xì)分析在灼熱絲試驗過程中測試結(jié)果的影響因素和注意事項。

1 試驗設(shè)備裝置影響

1.1 灼熱絲

灼熱絲是用標(biāo)稱直徑為4mm的80%的鎳和20%的鉻合金絲制成的金屬環(huán)，見圖1。灼熱絲的溫度值是用直徑為0.5mm的鎧裝細(xì)熱電偶線來測量，熱電偶被安裝在灼熱絲頂部事先預(yù)鉆好的小孔里，見下細(xì)節(jié)圖Z。熱電偶應(yīng)確保安裝到位，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，熱電偶頂部與灼熱絲頂端應(yīng)保持0.6mm±0.2 mm±的距離。當(dāng)熱電偶頂部與鉆孔的底部距離比較遠(yuǎn)時，灼熱絲頂部的實際溫度值就比熱電偶所顯示的溫度值更高。雖然大部分實驗室會使用“銀箔法”自校，但在每次試驗結(jié)束之后，因需要使用鋼絲刷來清理灼熱絲頂部的殘留物，如果試驗人員操作不規(guī)范，即容易導(dǎo)致熱電偶偏離灼熱絲孔底部的位置，測試結(jié)果的準(zhǔn)確性將受到直接影響。實驗室應(yīng)當(dāng)制訂相應(yīng)的預(yù)防措施，如合理規(guī)定灼熱絲溫度的自校頻次，詳細(xì)規(guī)定清潔過程的注意事項等，以免熱電偶與灼熱絲頂部接觸不良。灼熱絲直徑：4.0mm±0.07mm(彎曲前)，每次測量前都需要先測量一下這個尺寸，若超差需要更換灼熱絲頭。

圖1 灼熱絲和熱電偶的位置

1.2 試驗箱

灼熱絲試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)當(dāng)在無空氣對流的條件下進(jìn)行操作，試驗箱內(nèi)部容積應(yīng)至少為0.5m3，以便于觀察試驗樣品和試驗結(jié)果，并確保試驗期間空氣中的氧氣損耗量不會明顯影響測試結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了試驗箱內(nèi)表面需足夠暗，當(dāng)照度計面對試驗樣品時，在試驗箱表面的照度要求小于20lx。因為灼熱絲試驗過程中產(chǎn)生的火焰比較微小，當(dāng)背景太明亮?xí)r，不容易被試驗者觀察到；只有在試驗背景足夠暗時，才能方便試驗人員觀察火焰高度和刻度尺等。但為便于試驗后的清潔整理，很多試驗箱都帶有照明燈，實驗室應(yīng)當(dāng)確保操作人員在測試過程中關(guān)閉該照明燈。

1.3 加熱和溫度控制

標(biāo)準(zhǔn)要求灼熱絲的加熱電路不能有保持溫度值的反饋裝置或反饋回路，如下圖2，是一簡單電路，裝置的電源應(yīng)為一個穩(wěn)定的電壓源（±2%rms）。試驗電路應(yīng)包含一個電流測量裝置，指示真實有效值的最大誤差在1%以內(nèi)，在試驗結(jié)束之前不能再調(diào)整其控制電壓或電流值。由于涉及高電流，灼熱絲的所有電連接需具備承載相應(yīng)電流而不影響其性能發(fā)揮或電路長時期穩(wěn)定的能力。因為灼熱絲鑲在連接點上，足夠的接觸面積（一般每個末端不小于60mm2）對于穩(wěn)定的無損電流及試驗本身很有必要，應(yīng)注意并確保灼熱絲與連接點之間的螺絲鎖緊或采用銅焊方式連接，避免松動接觸電阻過大，導(dǎo)致溫控精度偏離。

圖2 試驗電路

當(dāng)被測樣品或部件觸及到灼熱絲時，灼熱絲的溫度會有一個顯著的先降低后升高過程，根據(jù)統(tǒng)計，這一變化過程在開始接觸瞬間灼熱絲的溫度會比設(shè)定的溫度值低約100℃左右，回升后，灼熱絲溫度又會比設(shè)定值上升約20℃。因此使用帶有保持溫度穩(wěn)定的溫度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)備，或者在試驗過程中人為手動方式調(diào)節(jié)溫度以進(jìn)行補(bǔ)償，都是錯誤的做法，這樣會導(dǎo)致加嚴(yán)的測試條件，影響了測試結(jié)果的正確性。實驗室應(yīng)當(dāng)采取措施去除自動溫度調(diào)節(jié)裝置，并禁止試驗操作人員在過程中進(jìn)行手動調(diào)節(jié)溫度。

1.4 銀箔法自校

試驗標(biāo)準(zhǔn)有規(guī)定溫度測量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行周期性校驗，可使用純度為99.8%的面積約為2mm2、厚度約為0.6mm的純銀箔進(jìn)行單點溫度確認(rèn)。實驗室應(yīng)當(dāng)首先對這個銀箔的純度進(jìn)行計量確認(rèn)，然后按規(guī)定的校驗方法進(jìn)行溫度校驗，當(dāng)純銀箔剛開始溶化時，其理論溫度應(yīng)為960℃±15℃。如果校驗過程中實際的溶化溫度超出理論溫度范圍，應(yīng)當(dāng)立即核查整個灼熱絲裝置，必要時更換新的灼熱絲。此外，因為銀箔核驗會對灼熱絲的頂部造成一定的磨損，故該校驗也不是越頻繁越好，實驗室可以根據(jù)日常測試頻次合理規(guī)定銀箔校驗的周期，筆者建議每1-2個月應(yīng)至少進(jìn)行一次。加熱電流和對應(yīng)的溫度可繪成如圖3所示的關(guān)系曲線，在試驗或校準(zhǔn)中，通過關(guān)系曲線計算出的加熱電流值可以用于設(shè)定灼熱絲的溫度。只要加熱電流值與關(guān)系曲線中相應(yīng)灼熱絲溫度對應(yīng)的中熱電流值誤差在2%以內(nèi)，關(guān)系曲線就可以使用。如果加熱電流值不在該范圍內(nèi)，或者更換灼熱絲，則灼熱絲裝置應(yīng)先做好檢查并進(jìn)行預(yù)處理繪制新的關(guān)系曲線。

圖3 加熱電流與灼熱絲溫度之間的關(guān)系曲線

1.5 施加壓力和深度的影響

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗時灼熱絲應(yīng)對被測樣品施加1.0N±0.2N的力，灼熱絲頂端壓入或穿透被測樣的深度要求控制在7mm±0.5mm以內(nèi)。樣品在試驗時如果被灼熱絲引燃著火，首先被引燃的是被灼熱絲熔化的材料，接著整個樣品被引燃著火。如果灼熱絲進(jìn)入的深度沒有嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，灼熱絲壓入樣品的深度不同，必然導(dǎo)致在同樣時間內(nèi)吸收熱量也不同，從而導(dǎo)致不同的試驗結(jié)果，影響測試準(zhǔn)確性。實驗室操作人員在安裝樣品時，應(yīng)反復(fù)確認(rèn)樣品夾具的位置，確保試驗時灼熱絲壓入深度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

1.6 灼熱絲供電電壓波動的影響

在灼熱絲試驗中，灼熱絲溫度主要依靠電流大小，因此電流與溫度之間的關(guān)系呈線性狀態(tài)（見圖3），通過公式：

式中：D-每個安培電流可升溫度值；T-被計數(shù)點的對應(yīng)溫度值；I-被計數(shù)點的對應(yīng)電流值；n-參與計數(shù)點的總個數(shù)。計算可得出D≈ 7.40℃ /A。

同時我們可以通過公式I=U/R，并以圖3中800℃試驗溫度點電流為102A時為例：當(dāng)R值不變，電壓U波動5%時，此時電流I也會波動5%，即電流波動為5.1A,通過與D值換算，獲得數(shù)值為37.74℃。通過舉例，我們可以發(fā)現(xiàn)，在800℃試驗溫度點時，電壓波動±5%，可導(dǎo)致溫度波動達(dá)±37.74℃左右，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出GB/T5169.10標(biāo)準(zhǔn)試驗溫度允許波動±15℃的規(guī)定。同時我們還可以看出，同樣的電壓波動±5%情況下，隨著試驗溫度的提高，溫度波動將更大。因此不對灼熱絲供電電壓波動進(jìn)行控制，將會導(dǎo)致測試結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏離。

2 預(yù)處理

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了受試樣品和鋪底層（松木板和絹紙）需要先進(jìn)行試驗預(yù)處理，預(yù)處理的大氣環(huán)境為在溫度15℃-35℃，相對濕度為45%-75%，預(yù)處理時間至少24小時。因為塑料材料在不同的環(huán)境下會有不同的耐燃燒性能，以及不同的火焰蔓延能力和自熄滅能力，為確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，并便于試驗結(jié)果的追溯，實驗室應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求進(jìn)行預(yù)處理，特別是鋪底層的松木板和包裝絹紙常容易被操作人員所忽略。

3 試驗過程

3.1 樣品選取和溫度選擇

GB7000.1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，起防觸電保護(hù)的絕緣部件需要做溫度為650℃的灼熱絲試驗，需注意的是該部件是在產(chǎn)品中不起固定帶電體部件就位的作用，標(biāo)準(zhǔn)另外有規(guī)定如果是起固定帶電體部件作用的絕緣件，則需要做針焰試驗。因而在試驗開始前應(yīng)當(dāng)熟悉產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，再做出正確的判定。同時還應(yīng)當(dāng)特別注意有些國家對燈具安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗溫度值并不是650℃，如澳大利亞的燈具安全標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定該試驗溫度是750℃。實驗室應(yīng)當(dāng)根據(jù)產(chǎn)品的銷售區(qū)域選擇合適的試驗值。試驗時，需選取合適大小的部件進(jìn)行試驗。樣品在安裝時，需要注意受試表面的平面是垂直的，且應(yīng)使灼熱絲的頂部能夠施加到受試樣品的中心位置，在施加灼熱絲試驗之前，要使樣品保持與灼熱絲距離5CM以上或者采取隔熱措施，避免灼熱絲在預(yù)熱過程中就對樣品產(chǎn)生熱輻射，從而影響最終測試結(jié)果。

3.2 試驗溫度控制

灼熱絲通過電路通電并加熱到標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗溫度值，在試驗開始前應(yīng)當(dāng)注意保持這一溫度值至少穩(wěn)定60秒，且溫度前后的變化值不應(yīng)超過5K。如果剛到達(dá)試驗溫度值就開始施加到受試樣品上，此時灼熱絲可能還在升溫過程中，容易導(dǎo)致實際溫度高于試驗溫度值，從而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 熱電偶對試驗的影響

試驗開始前，必須清除灼熱絲頂部可能存在的前次試驗殘留物，并確保熱電偶可靠地與灼熱絲接觸。灼熱絲是由控制器通過熱電偶監(jiān)測溫度值來控制電路加熱的，如果熱電偶與灼熱絲接觸不良，會導(dǎo)致灼熱絲的實際溫度比熱電偶的設(shè)置溫度更高，相當(dāng)于加嚴(yán)進(jìn)行測試，很容易導(dǎo)致原本合格產(chǎn)品被誤判為不合格。相反，如果灼熱絲的頂端有殘留物，會造成實際施加在樣品上的溫度比試驗標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定的溫度值更小，相當(dāng)于放松了標(biāo)準(zhǔn)中的要求，容易導(dǎo)致不合格的產(chǎn)品誤判成合格，造成產(chǎn)品有安全隱患。

3.4 試驗箱箱門是否關(guān)閉

在試驗過程中，有的操作人員為節(jié)省時間或?qū)?biāo)準(zhǔn)理解不到位，經(jīng)常忘記關(guān)閉試驗箱門或者關(guān)閉不及時。這樣的操作錯誤在于：一方面開著試驗箱門，不能避免空氣對流對試驗樣品的影響，對流風(fēng)會加速灼熱絲及試樣樣品的散熱，不能很好的保持試驗溫度，影響燃燒著火點，從而相當(dāng)于放松了標(biāo)準(zhǔn)的要求。但另一方面，開著試驗箱門會導(dǎo)致試驗箱內(nèi)氧氣量相對充足，會導(dǎo)致燃燒的被測樣品不容易熄滅，加長了試樣的著火時間，這又相當(dāng)于加嚴(yán)了試驗標(biāo)準(zhǔn)要求。故而試驗過程中，在樣品放置好后，應(yīng)及時關(guān)閉試驗箱門，以免影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

灼熱絲試驗是安規(guī)實驗項目中相對比較“精細(xì)”的試驗，也是普遍用于檢測電工電子產(chǎn)品材料阻燃判斷的重要測試項目，影響測試結(jié)果的因素有很多，除設(shè)備及裝置因素外，但有許多隱形因素能夠影響最終試驗結(jié)果，包括操作者的人為因素也很突出，必需引起重視。了解上述分析的各個影響因素，結(jié)合測試人員的培訓(xùn)和練習(xí)，才能正確做好灼熱絲試驗，提高測試結(jié)果準(zhǔn)確性，更有助于提高燈具等相關(guān)電子電氣產(chǎn)品的安全質(zhì)量水平。