OD-5012《驗收、制備、延伸和使用熱電偶的程序》解讀及熱電偶布點實例分析

徐 倩 李忠耀 戴一鳴 姜 翔 富佳棟

（1.嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314000；2.威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

在檢測行業(yè)，溫升作為檢測電器發(fā)熱性能的一個重要指標(biāo)，越來越受重視。如果溫升過高，產(chǎn)品發(fā)熱量持續(xù)保持在較高狀態(tài)下，相關(guān)絕緣材料會加速老化，金屬載流部件也會受到相應(yīng)影響，從而降低產(chǎn)品的使用壽命，甚至有可能在過高溫度下導(dǎo)致材料起燃引起火災(zāi)，對社會、生產(chǎn)、人員和財產(chǎn)安全造成威脅，因此限制溫升尤為重要。溫度的測量通常通過熔化顆粒、變色指示器或熱電偶來測量，經(jīng)過大量檢測經(jīng)驗的積累，熱電偶作為最廣泛的溫度檢測工具投入檢測活動中。熱電偶的選型、制備和使用方法直接影響溫升測試結(jié)果。本文通過對OD-5012《驗收、制備、延伸和使用熱電偶的程序》的解讀，結(jié)合日常檢測過程中容易出現(xiàn)的熱電偶布點問題，深入了解熱電偶的驗收、制備、延伸和使用。

1 熱電偶的驗收

實驗室在采購熱電偶時，應(yīng)根據(jù)實際測量活動需要，注明所需熱電偶的等級或特殊限制要求，并且確保熱電偶的選型在制造商指定的操作參數(shù)范圍內(nèi)使用。國際電工委員會推薦采用J型、K型和T型且等級為I級的熱電偶，在實驗室測試活動中，J型應(yīng)用最為普遍。在熱電偶接點與臨近引線存在溫差處，細絲熱電偶可以降低他們之間熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的影響，OD-5012建議選用0.320 mm或0.254 mm的熱電偶，在采購時，需要注明該要求。

實驗室必須確保購買的熱電偶具有可接受的精度，可選用以下三種方法之一進行熱電偶驗收：

1）由供應(yīng)商提供熱電偶的合格證書，該證書應(yīng)包括出貨前的符合性測試結(jié)果，測試中至少要包括該卷熱電偶中截取的一段熱電偶的測試結(jié)果。

2）對進貨的熱電偶直接送有關(guān)校準部門進行校準。該方法通常在負責(zé)采購的質(zhì)控部門前期統(tǒng)一進行，以確認后期各實驗室申領(lǐng)的熱電偶均符合要求。

3）直接對單根熱電偶進行測試。該方法多用于隨溫升圖表記錄儀校準的熱電偶上，此方法的不足之處在于，若圖表記錄儀因某種原因需要更換熱電偶，所更換的熱電偶需要重新隨圖表記錄儀進行校準。

以上符合性證書和檢測結(jié)果應(yīng)作為實驗室記錄的一部分保留。

2 熱電偶的制備

依據(jù)OD-5012的要求，熱電偶的制備可參考以下方法（如圖1）：

1）剝?nèi)?nèi)絕緣層約1.5 mm；

2）剝?nèi)ネ饨^緣層（如有）約15 mm，也可根據(jù)實際需要，剝除相應(yīng)長度；

3）頂端通過點焊連接，保證兩端連接點充分融合。

該工作必須由受過專業(yè)培訓(xùn)的人員進行。

3 熱電偶的使用

關(guān)于熱電偶如何布置于產(chǎn)品上，如何固定，OD-5012均做了詳細規(guī)定。

熱電偶測量點按各產(chǎn)品標(biāo)準詳細規(guī)定布置于溫度測量處，并使其與被測部件表面保持良好的熱接觸。熱電偶的安裝方法應(yīng)使其對被測溫度的影響最小。當(dāng)熱電偶的布點有可能存在觸電危險時，可以在被測導(dǎo)體表面放置絕緣護套，但絕緣護套不能放置在熱電偶接點處。

那么熱電偶應(yīng)該如何固定呢？

OD-5012規(guī)定的熱電偶固定的方法有：綁扎（tying）、粘接（cementing）、膠粘（adhesive）、噴涂（peening）、熔焊（welding）和錫焊（soldering）。

1）綁扎（Tying）通常用于圓形物體，如導(dǎo)線絕緣表面，用細線將熱電偶固定（如圖2）。該方法只是輔助熱電偶固定，并不表示可以直接將細線扎于熱電偶接點處。

圖2 熱電偶的固定

2）粘接（Cement）通常使用以下兩種粘接劑：

①高嶺土粉末與水玻璃溶液按體積等比例混合；

②氰基丙烯酸酯粘合劑，在OD-5012:2015版本中，推薦采用了一種粘接劑，在后續(xù)版本變更中，取消了該品牌推薦，不過實驗室通常沿用此法。

粘接（Cement）通常用于將熱電偶固定于被測物體表面（如圖2），使熱電偶和被測表面有更好的熱連接，且當(dāng)周圍空氣與待測物存在一定溫差時，該方式將熱電偶測溫點與空氣隔絕，減少了熱傳導(dǎo)，因此作為實驗室最常用的熱電偶固定方法之一。

在粘接之前，熱電偶應(yīng)先固定在位以免粘接點在其他應(yīng)力作用下剝落，一般可采用細線或高溫膠帶，但應(yīng)特別注意，不能直接綁扎或黏貼于熱電偶接點處。

粘接劑應(yīng)充分凝結(jié)后再組裝測試，實驗室通常采用專用的冷凝劑加速粘接劑的凝結(jié)，組裝過程中需特別小心，避免外力導(dǎo)致熱電偶接點的松動或分離，從而導(dǎo)致溫度采集異常。

3）錫焊（Soldering）的固定方法較粘接方式而言，具有更好的熱傳導(dǎo)性，也更牢固，但使用對象較為局限，僅適用于一些可焊接的金屬表面。而且型式試驗通常是一套有序且連續(xù)的過程，一套樣品做完溫升，還需要做壽命等其他測試，錫焊連接因其過度牢固，解焊拆除時對試樣性能和熱電偶本身都有較大影響，二次利用率不高，因此，此法在檢測活動中使用率相對不高。

4）熱電偶接點可以放置在凹槽內(nèi)，并在其上（噴涂peening）金屬。不過噴涂金屬，試驗成本較高且對產(chǎn)品性能影響較大，同一個樣品不適宜用于其他試驗。

5）膠帶（Tape）可以方便地將熱電偶引線固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫饔门c綁扎（Tying）類似，但不局限產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。保證熱電偶固定牢靠的同時，應(yīng)盡量減少膠帶的使用，同樣的，膠帶固定也必須遠離接點處。

6）如果熱電偶是通過兩個表面之間的壓力來保持熱接觸的，操作時務(wù)必注意，熱電偶不能引起嚙合表面的分離。如插頭與插座插合時，若熱電偶置于兩者插合面之間，很有可能影響插頭的正常插合。為了避免該種情況，可以在材料上開孔或開槽，用以布置熱電偶及其引線。熱電偶通常應(yīng)保持在表面以下略微凹陷處，以確定被測溫度不是相鄰表面材料的溫度。

4 熱電偶的延伸

如果實際使用時，熱電偶無法直接與溫度測量儀連接，此時應(yīng)采用與之適配的連接器進行熱電偶延伸，如（圖3）所示，熱電偶導(dǎo)線1#和2#型號相同，連接到同一類型的導(dǎo)體（例如銅合金）上，此時連接點T1和T2的溫度相同。

圖3 熱電偶的延伸

上述特例中提及的兩個參考接點(T1和T2冷端)的溫度必須相同，而且與溫度測量儀的溫度也相等。接點和溫度測量儀必須避免冷熱空氣流動、太陽光照、以及測試樣品、燈具、電烙鐵等熱輻射源的影響，這些影響將導(dǎo)致參考接點溫度的改變。

5 案例分析

下面我們選取部分熱電偶的布置示例，分析其是否符合OD-5012的要求。

1）案例一：依據(jù)GB/T 2099.1-2021的要求，端子屬于插座溫升測量點之一，該產(chǎn)品（如圖4）因結(jié)構(gòu)上端子與連接銅片直接相通，故將熱電偶布點于連接銅片上。

圖4 熱電偶布置示例一

分析：不符合OD-5012第8.3條的要求，熱電偶測量接點必須布置在溫度測量處。標(biāo)準要求測定“端子”的溫升，該案例布置于與端子間接相連的銅片之上。另外該產(chǎn)品在螺釘擰緊接線后，將損傷導(dǎo)線并且影響導(dǎo)線連接，亦不符合OD-5012中第8.6.8、8.6.9條的要求。

2）案例二：該產(chǎn)品（如圖5）不同極性端子較為接近，為防止不同極性的觸電危險，在絕緣導(dǎo)體的表面放置絕緣隔板。

圖5 熱電偶布置示例二

分析：符合OD-5012第8.3條的要求，如果熱電偶分別連接到不同極性的帶電部件上，需注意測量設(shè)備可能存在的觸電危險和應(yīng)力。此時可以在被測導(dǎo)體表面（而不是在熱電偶接點處）放置絕緣護套。

3）案例三：測量外殼溫度時，為了使熱電偶與外殼表面充分接觸，用絕緣膠帶直接將熱電偶粘于被測表面上（如圖6）。

圖6 熱電偶布置示例三

圖7 熱電偶布置示例四

分析：不符合OD-5012第8.6.16條的要求，膠帶應(yīng)固定在遠離熱電偶接點處。

4）案例四：在測量導(dǎo)線外絕緣皮溫度時，用細線直接將熱電偶接點固定與導(dǎo)線表面。

分析：不符合OD-5012第8.6.1條的圖示要求，細線僅作為固定輔助用，不可以直接綁扎于熱電偶接點上。

5）案例五：測量該產(chǎn)品端子的溫升（如圖8），因產(chǎn)品特殊性，端子被絕緣底座包圍，端子接線孔非常小，僅適合連接一根導(dǎo)線，熱電偶與導(dǎo)線同時塞進接線孔，通過螺釘擰緊后固定，測量溫升。

圖8 熱電偶布置示例五

分析：不符合OD-5012第8.6.8、8.6.9條的要求，該方法可能會導(dǎo)致在螺釘擰緊時，損傷熱電偶接點，且阻礙螺釘正常嚙合。另外，端子接線孔僅適合連接一根導(dǎo)線，無法確認熱電偶接點是否完全進入金屬端子，為了避免上述情況，可以在包圍端子的絕緣材料上開孔或開槽，用以布置熱電偶。

6 總結(jié)

溫升作為檢測產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)，在檢測過程中的，相關(guān)人員的專業(yè)度尤其重要。熱電偶的驗收、制備、延伸和使用均應(yīng)遵循相應(yīng)程序要求，OD-5012《驗收、制備、延伸和使用熱電偶的程序》作為IECEE（國際電工委員會電工產(chǎn)品合格測試與認證組織）指定操作導(dǎo)則，適用于電氣和類似產(chǎn)品測試中溫度測量所用熱電偶，具有廣泛指導(dǎo)作用。實驗室驗收人員、制備和使用熱電偶的工作人員均應(yīng)通過相關(guān)培訓(xùn)，遵守相關(guān)程序，充分保持人員的專業(yè)性，保證測試數(shù)據(jù)更準確有效。