表面溫升測(cè)量的影響因素

沈駿文

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

溫升是GB 4706系列及IEC 60335系列標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)非常重要的測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試結(jié)果影響多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)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(jìn)行溫升測(cè)量是最常用的溫升測(cè)量方式，本文以多次平行試驗(yàn)的結(jié)果來分析不同試驗(yàn)條件對(duì)最終測(cè)試結(jié)果的影響。試驗(yàn)條件主要涉及試驗(yàn)環(huán)境的強(qiáng)制氣流以及熱電偶的布置方式。

試驗(yàn)樣品采用洗衣機(jī)的進(jìn)水電磁閥，試驗(yàn)在溫度可控的環(huán)境試驗(yàn)間的測(cè)試角上進(jìn)行，保持環(huán)境溫度、試驗(yàn)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(cè)量溫升的原理

熱電偶測(cè)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(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在熱電動(dòng)勢(shì)，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(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度信號(hào)。

2 試驗(yàn)用熱電偶的選擇

本次試驗(yàn)選用了K型熱電偶，內(nèi)層絕緣距測(cè)量端點(diǎn)的距離為1.5mm，外層絕緣距測(cè)量端點(diǎn)的距離為15mm，熱點(diǎn)偶的測(cè)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(yàn)結(jié)果

設(shè)置實(shí)驗(yàn)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(cè)試角邊緣，保持位置不變；樣品測(cè)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(yàn)條件不變，進(jìn)行單一試驗(yàn)條件比對(duì)，分別對(duì)強(qiáng)制對(duì)流空氣及熱電偶布置方式進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，表中的數(shù)據(jù)為樣品進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后進(jìn)行三次測(cè)量的平均溫升值。

在上述兩次試驗(yàn)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(cè)得的結(jié)果相對(duì)離群。而在焊錫和膠帶粘貼的情況下，焊錫測(cè)得了最高的溫升值，鋁箔膠帶測(cè)得了次高的溫度值，高溫膠帶相對(duì)較低。

表1 溫升測(cè)量結(jié)果

4 試驗(yàn)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(shí)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(cè)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(shí)一旦有液態(tài)膠滲入熱電偶端頭與測(cè)量表面之間，會(huì)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(yàn)中，用鋁箔膠帶粘貼比高溫膠帶粘貼測(cè)得了更高的溫升，因此固定材料對(duì)熱量的傳遞能力也會(huì)影響測(cè)試的結(jié)果。

4.3 強(qiáng)制對(duì)流空氣

強(qiáng)制對(duì)流空氣會(huì)對(duì)溫度產(chǎn)生比較明顯的影響，空氣的流動(dòng)會(huì)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(yàn)結(jié)果。

5 結(jié)語

本文對(duì)熱電偶測(cè)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(cè)量表面溫升時(shí)要注意避免環(huán)境因素和人為因素的影響。在測(cè)試區(qū)域應(yīng)避免強(qiáng)制對(duì)流空氣的出現(xiàn)，要確保熱電偶端頭與測(cè)試表面的接觸，盡量減少固定材料的接觸面積。熱電偶測(cè)量表面溫升還有很多的其他影響因素，希望廣大研究與測(cè)試人員能在實(shí)際測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)問題并提出建議。