熱電偶在家電測試中的使用分析

摘要:介紹了熱電偶的工作原理,、電器安全試驗(yàn)中使用的熱電偶的種類及其特點(diǎn)。重點(diǎn)介紹了進(jìn)行安規(guī)測試時(shí),，熱電偶的使用方法及其注意事項(xiàng),，日常使用的難點(diǎn)、常見誤差和處理方法等內(nèi)容,，并探討這些問題對最終的測量結(jié)果的影響,。
引言
　　在家用電器中，帶發(fā)熱元件的器具并不少見,，在日常生活和新聞報(bào)道中,，因電器老化、短路,、發(fā)熱等原因發(fā)生火災(zāi)的事故也總有聽聞,。為防止器具表面溫度過高燙傷用戶或?qū)е轮?、絕緣失效和觸電等危險(xiǎn),，國標(biāo)CB4706對電器的發(fā)熱有相關(guān)要求。因此在進(jìn)行家電產(chǎn)品的認(rèn)證評審時(shí),，為了考核器具在正常工作或非正常條件下產(chǎn)品表面或其內(nèi)部的溫度,，要使用熱電偶進(jìn)行溫升試驗(yàn)，熱電偶作為一種基本的測溫元件,，將直接影響測試結(jié)果,，其精度至關(guān)重要。
1定義
　　目前,，在進(jìn)行溫度測量的試驗(yàn)測試中，熱電偶是普遍使用的傳感器之一,常見的熱電偶有B型,、T型,、J型、K型等不同種類和使用條件的熱電偶,，其中安規(guī)測試主要使用的熱電偶為T型熱電偶,。熱電偶并不直接測量溫度，而是利用塞貝克效應(yīng)(Seebeckeffect),，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度",。
　　T型熱電偶,，是一種最佳的測量低溫的廉金屬熱電偶,，它的正極(TP)是純銅,，負(fù)極(TN)為銅鎳合金，直徑為0.3mm,。在線性度,、靈敏度等方面方面都具備較好的特性，且價(jià)格便宜,，適合實(shí)際工程應(yīng)用要求,。但由于其正級為純銅，存在抗氧化能力差的缺陷,，導(dǎo)致其溫度使用上限限制較為明顯,，一般使用溫度上限閾值為350℃,。
2工作原理
　　熱電偶是由兩種不同成份的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端組成的閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)處于不同溫度T和T0時(shí),，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢,，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),。熱電偶則利用熱電效應(yīng)進(jìn)行溫度測量。其中,，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做熱端,，另一端叫做冷端。當(dāng)熱端與冷端有溫差時(shí),，測量儀表便能測出被測介質(zhì)的溫度口,。熱電偶的熱電勢隨溫度的升高而增大，其熱電.勢的大小與熱電偶的材質(zhì),、熱電偶兩端的溫度有關(guān),，而與熱電極的長度、直徑無關(guān)門,。熱電偶工作原理如圖1所示,。
3使用方法及注意事項(xiàng)分析
3.1熱電偶檢查
　　檢查熱電偶外層是否完好，需要滿足:檢查熱電偶外層絕緣皮是否有破損或劃破現(xiàn)象,，需要用絕緣膠帶纏上,，做好絕緣防護(hù)，熱電偶破損影響測試結(jié)果;禁止使用有駁接現(xiàn)象的熱電偶,，駁接熱電偶采集溫度不穩(wěn)定,。
　　檢查熱電偶接頭是否完好，需要滿足:檢查熱電偶接頭是可靠連接;用萬用表測試熱電偶電阻來確定接頭是否氧化或者損壞:25C常溫下電阻大概是(φ0.32)7Ω/m,。如果電阻值過大則需要重新處理熱電偶接頭，熱電偶電阻過大,，采集溫度不正確。
3.2熱電偶焊接
　　熱電偶焊點(diǎn)焊接質(zhì)量是影響溫度測量結(jié)果的正確性的因素之一,。為了保證測試的準(zhǔn)確性,，一般要求熱電偶焊接點(diǎn)尺寸盡量小、焊點(diǎn)保持光滑且無損傷,。
　　進(jìn)行焊接的電焊及電壓值需要保持在(30~40)V,。根據(jù)CTL-OP108決議要求，在實(shí)際的熱電偶焊接中,，熱電偶焊接點(diǎn)處于絕緣層之間的距離為1.5mm,，當(dāng)熱電偶導(dǎo)線存在外絕緣時(shí)，焊接點(diǎn)距離外絕緣為15mm,，焊接完成后,，需要按照要求進(jìn)行熱電偶阻值的檢測，在常溫(25℃)下,，熱電偶兩端電阻約為7Ω/m,，熱電偶阻值需要滿足要求，才能保證測試結(jié)果的正確性,。
3.3熱電偶布置
　　根據(jù)國家家電產(chǎn)品安全要求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,，對于產(chǎn)品溫度和溫升測試的位置進(jìn)行了明確要求。因此在實(shí)際測試中,，熱電偶布置的部件和位置是有明確要求,。但是在確定每個(gè)部件的熱電偶測量點(diǎn)時(shí)，需要綜合考慮產(chǎn)品和部件所處環(huán)境的熱交換方式,、發(fā)熱源所處位置,，部件發(fā)熱機(jī)理和部件的熱交換路徑等不同因素。因此在布置熱電偶和測量產(chǎn)品溫升前,，通常使用紅外成像儀等設(shè)備,，測量整體部件和產(chǎn)品的溫度場,，分析其溫度分布規(guī)律,，最終根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行熱電偶測量點(diǎn)的選擇,。
　　使用高溫膠紙布點(diǎn)時(shí)需要注意:盡量使用一層高溫.膠紙粘貼,，面積不能過大,，能夠完全覆蓋熱電偶即可,，防止影響元件本身散熱,，因此小元器件不推薦使用高溫膠紙,。在測量端不遠(yuǎn)處采用其它方式固定熱電偶,，防止外力拉扯,。熱電偶接頭應(yīng)被固定在高溫膠紙中部,，保證充分接觸,。
　　使用AB膠水(406瞬干膠和7452促進(jìn)劑)布點(diǎn)時(shí)需要注意:首先將熱電偶緊靠在被測元件表面,，將406瞬干膠滴在靠近熱電偶接頭的位置上,，將7452促進(jìn)劑滴到瞬干膠上,。此時(shí)瞬干膠將迅速凝固,，熱電偶被固定在元件表面,，AB膠水高溫容易變質(zhì),，大大降低粘著力。100℃以上部件不推薦使用,。
 
4焊點(diǎn)與絕緣層距離試驗(yàn)與分析
　　在IECEEOD-5012中,，提到熱電偶的焊點(diǎn)要求，內(nèi)部絕緣層剝離距離頂端大約1.5mm,外層絕緣層距離頂端剝離15mm,。
　　焊點(diǎn)與絕緣層的距離,，是否會(huì)對熱電偶的測量產(chǎn)生影響，因此設(shè)計(jì)了一組試驗(yàn)進(jìn)行探討,。
4.1試驗(yàn)條件
　　基于控制單一變量,減少引起實(shí)驗(yàn)誤差因素的原則,，選用同一批次，在外觀和尺寸上一致的熱電偶開展試驗(yàn)測試和分析研究將熱電偶進(jìn)行處理,，其中3根熱電偶焊點(diǎn)與絕緣層的距離分別為:6mm、3mm,、1.5mm,另外1根熱電偶使用扭擰的方式,，使熱電偶與補(bǔ)償線的接觸點(diǎn)距離絕緣層1.5mm。
　　為保證四根熱電偶同時(shí)測得的溫度一致,，同時(shí)為了方便設(shè)計(jì)溫度梯度進(jìn)行不同溫度下的試驗(yàn)探討焊點(diǎn)與絕緣層的距離是否會(huì)對熱電偶的測量產(chǎn)生影響,，因此使用可選加熱溫度的水壺為試驗(yàn)容器，用水作為待測物質(zhì),，這樣能保證所有熱電偶同時(shí)測得的溫度為同一溫度,。
4.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)
本次溫升數(shù)據(jù)分別采集可調(diào)溫電水壺在加熱40℃、60℃,、80℃、100℃溫度下,，等所有熱電偶線讀數(shù)穩(wěn)定且不再波動(dòng)時(shí)，讀取壺內(nèi)水的溫度,，其所有溫度如表1所示,。
4.3試驗(yàn)結(jié)果及問題分析
　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，結(jié)果顯示焊點(diǎn)與絕緣層的距離不會(huì)對熱電偶的測量產(chǎn)生影響,，且使用扭結(jié)的方式測量的溫度與通過電焊方式測量的溫度無差異,。
　　為什么CTL-OP108、ECEEOD--5012中提到焊點(diǎn)處距離絕緣層為1.5mm?焊點(diǎn)處距離絕緣層為1.5mm僅為標(biāo)準(zhǔn)要求,，經(jīng)查閱IECEEOD-5012無焊點(diǎn)處距離絕緣層為1.5mm的理由說明,。
　　如果不影響測量數(shù)據(jù),，那么焊點(diǎn)處與絕緣層的距離是否可以是任意數(shù)值?不可以,，如果焊點(diǎn)離絕緣層的距離過大，布置完熱電偶,，在移動(dòng)器具或器具工作時(shí),使熱電偶受力,，可能導(dǎo)致熱電偶露出部分形成新的接觸點(diǎn)，使焊點(diǎn)失效無法測量被測點(diǎn)的溫度,，影響試驗(yàn)準(zhǔn)確性,。
　　熱電偶通過扭擰形成接觸點(diǎn)測溫與通過電焊測溫?zé)o差異，是否能直接扭擰形成接觸點(diǎn)測溫?不可以,，熱電偶測量的溫度,，為距離絕緣層最近接觸點(diǎn)的溫度。通過扭擰形成接觸點(diǎn)測溫,，無法判斷接觸點(diǎn)的具體位置,，無法準(zhǔn)確的測量被測點(diǎn)的真實(shí)溫度，將影響試驗(yàn)正確性,。
5測量的難點(diǎn)
　　熱電偶使用電焊機(jī)進(jìn)行焊點(diǎn)時(shí)，難以保證導(dǎo)線焊點(diǎn)處距離絕緣層為1.5mm,，或有外絕緣,，焊點(diǎn)離外絕緣的距離為15mm的要求。使用AB膠水(406瞬干膠和7452促進(jìn)劑)進(jìn)行熱電偶的固定時(shí),，難以保證熱電偶的焊點(diǎn)緊貼被測點(diǎn)沒有間隙且不能被膠水覆蓋的要求,。
　　對于發(fā)熱量大(超過100℃)的小型元器件，沒有合適的方式固定熱電偶,。因?yàn)锳B膠水高溫容易變質(zhì),導(dǎo)致熱電偶脫落;使用高溫膠紙,，不方便在小型元器件上進(jìn)行固定，且會(huì)影響元件本身散熱,。兩者皆會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性,。
 
　　不同元器件布置熱電偶的要求不一,。例如:變壓器等帶有繞組的元器件,，熱電偶需布置在繞組處;繼電器等帶有強(qiáng)電且溫度較高的元器件,，熱電偶的焊接點(diǎn)安裝后朝上的一面懸空5mm,。對元器件等,，無法使.用測溫槍尋找最熱點(diǎn)的部件,，無法直觀得出不同元器件的最高溫度點(diǎn)，導(dǎo)致可能測得的數(shù)據(jù)非該元器件的最高溫度,。
6常見誤差和處理方法
　　熱電偶測量端不規(guī)范,，如測量端過長,、被氧化或沒有進(jìn)行焊接處理,，會(huì)影響測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,。如果沒有進(jìn)行焊接處理,，熱電偶和補(bǔ)償線脫離后，會(huì)導(dǎo)致熱電偶無法測量溫度,。在熱電偶使用前，需要進(jìn)行視檢,，視檢合格后按照規(guī)定焊接(即熱電偶焊好后其導(dǎo)線焊點(diǎn)處距離絕緣層為1.5mm,，如果有外絕緣，焊點(diǎn)離外絕緣的距離為15mm),，再使用萬用表測試熱電偶兩端電阻,。
　　熱電偶連接處銹蝕或有污垢，或使用AB膠水后殘留的膠塊,，會(huì)導(dǎo)致顯示儀表指示值偏低,。在熱電偶在使用時(shí)，需要清理干凈,。使用熱電偶箱進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),，注意連接時(shí)連接柱處不能有水跡或潮濕，要干燥后方可連接通電,。
　　熱電偶布點(diǎn)不當(dāng)引起的誤差，會(huì)導(dǎo)致無法反映被測部件的最高溫升數(shù)值及最大溫度,，導(dǎo)致測試結(jié)果與實(shí)際發(fā)熱情況之間存在差異,。因此要求在布置熱電偶時(shí)，需要將熱電偶按照要求粘合在被測部件和產(chǎn)品上,。
　　使用AB膠水固定熱電偶,，如果熱電偶的焊點(diǎn)被膠水覆蓋，則會(huì)影響測得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,。
　　因此在使用AB膠水固定熱電偶,，固定點(diǎn)盡可能遠(yuǎn)離熱電偶的測溫點(diǎn),。
　　熱電偶電極老化時(shí)，會(huì)影響儀器顯示數(shù)值偏低,。若只是部分端口老化,，只需剪去前端老化的部分，再重新焊接,。若老化現(xiàn)象嚴(yán)重,，則需要考慮更換熱電偶。
7總語
　　綜上所述,，熱電偶的使用并非將兩根導(dǎo)線擰一塊貼上去那么簡單,，如果使用方式不當(dāng)會(huì)影響熱電偶的可靠性和準(zhǔn)確性，產(chǎn)生較大測量誤差,，影響最終的測試結(jié)果,。因此使用者必須從熱電偶的檢查、焊接,、固定等各個(gè)環(huán)節(jié)下功夫,。正確的使用和管理熱電偶，按照標(biāo)準(zhǔn)在熱電偶測試前進(jìn)行對應(yīng)阻值和完整性的檢測,，在要求的檢定周期內(nèi)，對熱電偶關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行定.期檢測,，避免由于熱電偶本身的損壞導(dǎo)致的偏差影響最終的檢測結(jié)果,。