低压电器温升试验的不确定度分析

柳 松

( 遵义市产品质量检验检测院，贵州 遵义 563000)

0 引言

低压电器的温升试验是对电器质量进行检验，判断其在正常运行中，是否会因为温度升高无法散热，而导致零部件的损坏。根据国家质量标准要求，温升试验在电器的额定电流不变的情况下进行，对电器各部分进行测量，并依据外部环境的温度，判断电器的温升是否通过检测。

1 不确定度的分析及其计算

1.1 测量方法

利用感温元件的热电特性，将感温元件埋在被测物体表面，把随温度变化的电阻值(或热电势)转换为与温度相对应的电压信号送入数字表显示出被测点的温度值。其中又分为热电阻法和热电偶法。数字测温仪采用热电阻法，图表记录仪采用热电偶法。

按标准要求将被测物品固定好，用绝热材料将测温端头覆盖在被测器具部位温升最高点处，使它们牢固地紧贴在被测点的表面。接通被测物电源使器具按规定工作，通过空调器减少冷却介质温度的变化。试验结束，读出温度最高值(图表记录仪可从曲线上得到)。

1.2 计算

(1)数学模型

SW 型数字测温仪和图表记录仪是直接读数，模型为

dT=T2－T0

其中:T2——结束温度;T0——结束时环境温度。

(2)方差和传播系数

测量结果为和的形式，传播系数均为1，故

1.3 不确定度分量量化的分析

(1)测量系统重复性

本文采用某次试验中重复测量5 次带电导体(铜排)搭接面的温升进行不确定度的分析，见表1。

表A1－1 温升重复测量数据

这时不确定度为:

(2)测量系统的校准

热电偶连接图表记录仪一体校准。校准证书已给出置信水平95%时，包含因子k=2，扩展不确定度Up=0.2K，则标准不确定度:

(3)图表记录仪的A/D 转换时间

温度记录仪的A/D 转换时间设置为20ms，A/D 转换造成的响应滞后，其不确定度为均匀分布，当温度进入稳定区后，其显示值等可能出现的区间宽为0.5K，则其不确定度为:

(4)测量系统的稳定性

测量系统稳定性按月稳定性计算。根据温度记录仪说明书，90 天和1年期的准确度分别为±0.49K 和±0.54K，算出月稳定性的标准差:

(5)电压波动

在电源波动中，主要的影响量来自电压波动，一般要求电压波动在2%以内。本试验电源通过稳压器给样品供电。在运行负载下，电压波动小于1%。电压波动呈正态分布。从大量的绕组发热试验总结出，发热绕组温度的变化随试验电压的波动呈线性相关，线性度约为1.0。故试验电源波动产生的标准不确定度为

(6)环境温度波动

如果电器具有温度调节功能，那么环境温度会出现一定程度的波动，这种波动在进行空调电器试验时较为明显。在测量中发现环境温度的范围在±1K 之间。通过对环境温度波动的数值画出图形表示，发现波动特征为三角分布。而通过对发热试验的总结得到，发热物体的表面温度的变化随环境温度波动呈线性相关，线性度约为0.75。故环境温度波动产生的不确定为

(7)标准不确定度

2 降低不确定度的措施

2.1 温升试验

电器温升指数是衡量电器质量的重要指标，温升的测量方式很多，但对于绕组电阻的温测主要通过电阻法进行。根据电阻温度升高后电阻值会随之增加的原理，电阻值和温度的关系如式(1)所示。只要活得温升钱的电阻值R1 和温升后的电阻值R2，即可得到最后的温升值θ。

式中t1—试验开始时的绕组温度，℃

t2—试验结束时的冷却介质的温度，℃

K—铜绕组取235

上式中，热态电阻R2需要用特殊的温测装置测量，但由于条件限制，在测量过程中，普通直流电桥用以测量绕组电阻时，规定应在交流电源断开后再接赢流电桥，绕组热态电阻就只能在电机切离电源并停车后测量。但是无论动作多么迅速。也总需要一段时间才能测取电阻的数值，而在这一段时间内，可能电机绕组的温度已经开始下降了，因此新测出的电阻值不是运行中的电阻值，不可能正确反应运行时的温度，而是冷却了一段时间后的绕组温度。

2.2 绕组电阻的测量

电器刚刚断电时，绕组电阻温度的下降速度很快，超过15秒后测得的温度都存在5℃以上的误差，因此电器断电后的绕组电阻值不能直接测量获得，而是要依据温度变化的时间公式，反向推导得出，这种方法适用于缺乏绕组电阻即时测温装置的时候，可以方便对电器发热线路的测量。推导热态电阻R0 的方法有以下两种。

在电器断电后立刻进行温度测量是提高温测准确率的关键。根据测量标准看，应该在电机断电后的20 秒以内完成测量，并且间隔相同的时间多次测量，测量次数超过5 次，然后根据测量值的变化量构建函数式。

以每次测得电阻值的对数值lgR1、lgR2……lgRa 为纵座标，切离断电瞬间的时间间隔为横座标，绘出冷却曲线lgR =f(t)，最短时间间隔的一点切线延长哇瞽线直到与纵轴相交，即得温升试验结束时电机切离电源瞬间的绕组热态电阻的对数值IgR。电机断电瞬间的绕组电阻，也可用R =f(t)曲线进行修正。当读数点较多时，准确度可与对数曲线法接近。

2.3 温升计算分析

我国对电器质量的标准规定原本说明，不考虑电器的实际功率值，仅测定电器在断电后瞬间的温度，并加以调整。瞬间的温度通过一定时间冷却后的温度根据温度降低函数式推导获得。而现今的标准将电器的功率值考虑在内，功率值的较小的电气，断电后的30 秒内读取的温度值均有效。而功率值超过50 千瓦的电器，则需要根据温度降低函数式推导计算得出。

一般情况下，由于感觉环境温度变化对温升影响不是很大，往往容易忽视其对试验结果的影响，但是环境温度对受试设备的最高温升限值有较大影响，所以可以说，环境温度对试验结果的判定是有较大影响的。假如设备试验时的环境温度较高，测出的温升值又接近标准中规定的最高温升限值时，就要考虑到是否要重新修正该环境温度下的最高温升限值了，所以我们在做电子产品设备温升试验时，要尽量在标准中规定的环境温度范围内进行，这样才能得到相对真实的测量结果。

3 结语

温升试验在电器性能检测中是十分重要的一步，它能对电器使用质量和使用时间进行衡量。从严格要求电器的质量指标方面来说，电器的温升值应控制在一定的范围内。电器的零部件和内部构造都会影响到电器的损耗，因此单纯依靠质量指标进行计算的准确度较低，还是需要依据制定的温升指标，进行多项试验考察，才能得到可靠的结果。

［1］秦燕.浅谈电器温升在线测试的几种方法［J］.煤矿安全，2006，(12) :42－44.

［2］陈娟.对温升试验分析的探讨［J］.科技传播，2012，(08) :66－67.