老化箱热滞时间检测方法研究

2013-12-10陈成新杜美波李少鹏

计测技术 2013年3期

陈成新，杜美波，李少鹏

(深圳市计量质量检测研究院，广东深圳518000)

0 引言

换气式老化箱(以下简称老化箱)主要应用于高分子材料(橡胶，塑料等)、电气绝缘材料和绝缘构件的耐热性能试验。考核和判断试验材料在高温环境条件下贮存和使用的适应性。通常试样材料在换气式老化箱中老化后，测定试验材料的性能并与未老化的材料进行比较。

为保证老化箱体内部空气的氧含量，老化箱的运行过程中，必须将新鲜空气源源不断换入老化箱体内部。这必定会造成老化箱内的温度在一定程度上的下降，需要老化箱不断加热以保持恒定温度。热滞时间就是用于表征老化箱加热能力的一个参数。

本论文参照标准文件ASTM D5374 －1993 《用于评价电绝缘用强制对流实验室老化箱的试验方法》和ASTM D5423 －1993 《用于电绝缘评估的强制对流实验室老化箱规范》进行老化箱热滞时间测量的实验，并对该实验方法进行讨论研究。

1 热滞时间定义

ASTM D5423 －1993 定义:热滞时间是指将标准试验样品升温到指定温度所需的时间［1］。

IEC60216 －4 －1 定义:标准试验样品的温度达到老化箱温度所需的时间［2］。

2 标准检测方法

根据标准ASTM D5374 －1993 规定，热滞时间的检测方法［3］如下所述:

制作一个直径为10 mm，高为55 mm的铜质圆柱体。将一支热电偶(直径应不大于0.5 mm)的感温点焊接到铜质圆柱体两端之间的中心表面上。

将被检老化箱加热至(200 ±5)℃，并稳定1 h 以上。将铜质圆柱体放在室温下(15 ～30℃)至少稳定1 h。

老化箱保持运行状态，将老化箱门打开到与箱体成90°角，用耐热非金属线将铜质圆柱体放入老化箱内的几何中心位置，铜质圆柱体的放置方向不影响热滞时间的检测。将另一支热电偶感温点置于离铜质圆柱体80 ～100 mm 的位置。打开老化箱箱门(60 ±1)s 后关闭箱门。此时每10 s 记录一次两支热电偶的温度差值，直到获得最大温差值，记为Tmax。再将记录间隔调整为30 s，直到两支热电偶的温度差已降到低于最大温度差值(Tmax)的10%，记为T10。

记录两支热电偶的温差从Tmax降到T10的时间，即为老化箱的热滞时间。

3 检测方法的研究

3.1 标准试样温度检测方法

3.1.1 国外标准的不足

按照ASTM D 5423 的描述，需要将一支热电偶焊接在铜质圆柱体的表面。然而在实际工作中，却遇到困难。首先，铜柱体积较大，并且导热性能较好。这将导致焊接点上的温度被迅速传到整个铜柱，并向空气中散发，非常不利于热能的集中完成焊接。其次，大多数热电偶都是掺有其它金属材料的合金，通常的锡焊接比较困难。只有一些专业的焊接加工厂，使用专用的焊接设备和特殊工艺才能对其进行有效焊接。最后，既使用特殊工艺(如钎焊，亚弧焊)将热电偶成功焊接，由于热电偶本身的强度不够，往往会出现焊点脱落或热电偶断裂的情况，导致检测工作中断，给现场检测造成不便。

3.1.2 改进方法

铜柱表面的热电偶是用于检测铜柱的温度，以此温度代表标准文件中所说的标准试验样品的温度。由于铜的导热性能良好，并且导热非常迅速(相对于老化箱的升温速度而言)，那么铜柱的表面与内部的温度应该是近似的。可以将铜质圆柱体的温度由其表面转移到铜柱内部进行测量。则可以有效避免上文中所提及的热电偶的焊接问题和断裂问题。

两种检测铜质圆柱体温度的方法，对最终的热滞时间的会产生多大的差异，可通过比对试验进行分析。在进行比对实验之前，将标准试验样品与热电偶的连接方式做如下改进:

1)在铜柱半高位置上，由铜柱的表面向柱心方向打一个深度约等于铜柱半径的小孔(孔底处于铜柱的几何中心)，孔径大小以刚好将热电偶插入小孔为宜;

2)在铜柱的小孔插入一支热电偶，使感温点接触到孔底，同时在小孔背面用细铁丝(铜丝)将另一支热电偶扎于铜柱表面上;

3)为更好地保障测温热电偶与铜柱的导热，可以在放置热电偶之前在铜柱的小孔里(和背面热电偶的感温点上)放上耐温高于200℃的导热脂。

3.1.3 对比实验结果

标准试验样品改进后，按照本文第2 节所描述的方法进行热滞时间检测试验。整理数据如表1。