家用电磁灶中负温度系数热敏电阻检测技术的探讨

倪奕麟　戴雪伟　彭　莉

（上海出入境检验检疫局上海200135）

家用电磁灶中负温度系数热敏电阻检测技术的探讨

倪奕麟戴雪伟彭莉

（上海出入境检验检疫局上海200135）

介绍了热敏电阻定义及技术特性，针对电磁灶产品中热敏电阻3种主流的检测方法进行具体描述分析，提出当前环境下具备操作性的技术措施，从而降低检测机构及生产企业的质量风险。

电磁灶；负温度系数热敏电阻；检测

1　前言

电磁灶是应用电磁感应原理对食品进行加热的一种家用电器。电磁灶的灶面是耐热陶瓷面板，当高频电流通过面板下方的环形线圈时产生磁场穿过铁制锅具，锅具的底部产生涡流令锅底迅速发热，达到加热食品的目的。

电磁灶由于具有热效率高、火力控制准确、安全环保、卫生清洁、使用方便等特点而受到不少消费者的青睐。据了解，目前电磁灶的功能发展已较为齐全，兼具蒸、煮、煎、炒、炸等功能，而且与煤气灶相比，具有无明火、无污染等优势，成为代替燃气灶的首选产品，在我国已经进入家庭普及阶段。

2　热敏电阻简介

热敏电阻定义：对热敏感的半导体电阻，它的特性为随着温度的上升其电阻值发生明显的非线性变化，分为正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC），其中，NTC呈现其阻值随温度上升而减少的变化特性，它是电磁灶中核心元器件之一，起着控制器具线圈温度的重要作用。

额定零功率电阻值R25：热敏电阻在基准温度25℃时测的电阻阻值，又称热敏电阻的标称电阻值，单位为Ω。

材料常数（热敏指数）B值：B=T1×T2/（T2-T1）In（RT1/RT2）

式中：RT1-温度T1时的零功率电阻值，单位为K；

RT2-温度T2时的零功率电阻值，单位为K；

对于常用的NTC热敏电阻，B值范围一般在2000 K-6000 K之间，电磁灶用NTC的B值一般为B25/50=3990或类似规格的NTC。

3　电磁灶NTC的检测要求

按照GB4706.29-2008第19.102条款的要求，“器具在正常工作状态下工作，按额定电压供电，但温度控制器被短路或失效。（注：如果器具带有多个温控装置，则使其依次短路或失效。）油的温升不能超过270K。”

经调研，目前主流的电磁灶产品均采用“NTC+ MCU”组成的含嵌入式软件的电子保护系统，以NTC检测线圈中心温度，利用其特性在开始工作后的数分钟（一般为2-5min）通过检测NTC阻值变化的斜率来识别器具是否正常工作。如果NTC阻值是按照程序规定的斜率持续下降，则认为正常状态，器具可继续工作；如果检测到NTC阻值下降斜率与程

GB4706.29-2008第19.102条款的测试目的是在正常工况下模拟电磁灶温度保护器控温失效后，器具是否有额外保护措施将油温控制在规定的范围之内。如果按照传统测试方法，单纯将温度保护装置NTC“短路”后，绝大多数的含嵌入式软件的电子保护系统能够自动识别故障产生，无法正常启动进行测试，这就意味着普通的测试方法—“短路”并不能达到标准测试的要求。

4　测试方法

4.1方法介绍

按照上文所述，“短路”无法满足测试要求，重点在“失效”上进行考虑。“失效”，顾名思义，使温度保护装置失去其应起的作用。本研究经过市场调研，发现目前主流的含嵌入式软件的电子保护系统较为特殊，芯片保护程序设置为前5min内按一定的频率对NTC阻值进行采集比对，一旦发现阻值异常次数达到一定次数后，软件保护启动，切断工作电路。表1为某一款电磁灶用NTC阻值与温度关系，25℃下NTC的阻值为100 kΩ。

表1　电磁灶用NTC T-R关系图（R25℃=100 KΩ，B25℃/50℃=3950）

目前不同的检测机构在进行GB4706.29-2008第19.102油温测试时，对于温度控制器失效的理解并不一致，主流的测试方法共有3种：

方法1：将NTC移出器具，放置在一个不受器具内部热量影响的地方。

方法2：用一个固定电阻值的电阻替代NTC，出处为CTL725的决议。

方法3：将NTC脱离微晶面板底部，与原固定位置保持一个合适的间隙。

上述方法中，方法1与方法2较为接近，同将“失效”理解为NTC阻值不随温度上升而发生变化。此中理解的根源在于国际电工委员会颁发的CTL-725的决议，决议内容如下：

“Explanatory Notes：

For induction hobs that use other types of electronic controls to control the temperature in clause 11，the intent is to set up the electronics so that the appliance continues to operate without the clause 11 controls operating.Inspection of the circuit diagram may show that it is also possible，for example，to bypass the micro-controller to achieve the intent.”

简单的理解，就是让器具不受温度控制器的控制而连续工作。

3种方法的具体表现见表2。

表2　3种方法具体表现

表2显示，之所以出现3种测试方法，源于对“失效”的不同理解。按照标准测试目的，测试应在器具能正常工作的前提下，使温度控制装置无法正常发挥作用。从NTC温度-阻值特性图中也能看出，嵌入式软件电子保护系统是对整个升温过程进行动态监测和评估，换言之，NTC阻值是一个动态的变量，从电磁灶开始工作到软件保护启动，阻值一直都在变化，一般从150 KΩ逐步降低到4 KΩ。非正常检测的难点就是尽可能的跨越保护程序编程的逻辑范围，使NTC反馈无法作为一个软件保护启动的源头。

4.2方法比较分析

（1）对行业中较为推崇的方法2进行分析。用一个固定电阻直接替代是达到了这一目的，但模拟的是一开始NTC就“故障”，这仅仅是多种故障情况中的一种，实际使用中故障有可能在升温过程中发生。例如电磁灶工作了5min左右，NTC开始失效，NTC失效的“时机”会对现有的软件保护程序成本存在直接影响。目前绝大多数保护程序还是主要针对工作开始5min内的阻值监控，此类程序针对方法2完全可以识别，然而软件对其后发生的“失效”则无法识别，极易导致不合格情况的发生。当然此类“失效”在检测中的设置也存在一定困难，具体的实施方法有待后续进一步研讨。但事实是方法2仅模拟了所有“失效”情况中的一种，换言之，即使器具通过方法2的测试也并不能证明该产品完全符合19.102条款的要求。

（2）与“方法2”类似的“方法1”。前面已提及“方法2”与“方法1”的测试理念一致，都是旨在保持NTC阻值不变。“方法1”为了达到这一目的，人为将NTC从电磁线圈中心位置转到到器具壳体外。这种测试方法的好处是简便高效，在不知道NTC具体型号参数的前提下不失为一种有效的检测手段，大多数情况下可以获得与“方法2”一致的检测结果。但仍然有它的局限性，首先是NTC转移出来的位置比较讲究，一定要远离电磁灶出风口，使NTC不受热风影响而改变阻值；其次大多数制造商为了节省成本，将NTC与PCB之间的连接线长度设置的非常短，为了测试必须选择同规格的线材将连接线延长，延长线连接点的可靠性和线材的类型都会对阻值产生一定影响；最后在测试过程中，随着锅内油温的不断升高，周围的环境温度也会随之上升，通过一线多次测试，发现“方法1”中的NTC尽管远离出风口，其周围温度还是会随着环境温度的上升而升高，一般NTC周围温度升高在1℃-5℃左右，阻值并不能如“方法2”中控制不变。综上所述，此方法虽然易于实施，但稳定性不足，针对个别产品会出现前后测试结果不一致性的情况。

（3）“方法3”的情况。此方法笔者个人认为是3种方法中最严酷的一种，也是业界最富争议的一种。该方法的设置理论依据是：

1）经过专业研究，在长期高温（120℃）存储（10000 h）中，92%的NTC样品（23/25）存在因阻值偏移（全部增大）而失效的情况，最高的甚至达到了112%。阻值增大反应给CPU的信号就是温度偏低。

2）NTC安装的结构。目前电磁炉基本上采用的是橡胶支架加硅胶将NTC紧贴在微晶面板，与传统的温控器采用刚性支撑（螺钉等）不同。长期工作在高温环境中，橡胶和硅胶有可能老化，导致接触不良。

3）操作的便利性。无需像“方法2”，必须知道NTC规格参数等信息。这种方法只要在NTC原来的安装位置向下移动一个比较合适的距离即可实现。

选择何种方法进行检测，一旦确定下来就会对整个行业造成影响，小到元器件的更换，大到机械、电子结构的变更。确定检测方法的依据是标准条款及标准条款设置的目的。笔者以为，19.102的条款考核的目的还是解决NTC“迟滞”问题，即温度变化后，阻值变化的响应速度。当需要快速响应时，结果响应很慢导致软件没有识别，从而对后续动作造成影响。

“方法3”考虑的NTC阻值在升温过程中发生的“漂移”问题，NTC安装位置偏离造成NTC阻值变化率下降，软件保护程序无法检测到“故障”，故无法启动程序停止工作。上述“漂移”问题是否属于“失效”的一种，笔者的观点是持肯定态度，因为以“NTC+MCU”组成的电子温度控制系统，应在整个升温过程中持续监控NTC阻值变化率，而不仅仅是特定时间段（例如开始工作后的5min），当然这两种模式对应的成本截然不同。

“方法3”的设置理念虽与标准19.102的测试目的不相违背，但该方法在实施过程中还有待改进：“与原固定位置保持一个合适的间隙”，多大的间隙“合适”？不同的位置对检测结果是否有定性的影响，还需要大量的数据验证。鉴于上述原因，“方法3”在目前的环境下还不具备立刻使用的前提。

本研究通过对一线大量电磁灶产品的检测后发现，目前绝大多数的产品具备正常工作5min内对NTC阻值斜率有监测保护功能，但未必具备5min之后的保护功能。方法2考核的恰恰是产品是否具备5min之内的软件保护功能，如果“失效’发生在5min之后，器具的油温是否还能控制在限值范围内，那就存在很大变数。按照笔者对标准的理解，19.102条款中要求的“失效”应该在整个过程中都予以考虑，而不是最初开始的5min。即便如此，方法2仍然是目前比较可行的方法之一，笔者认为通过某种手段人为控制NTC的阻值变化率，前5min控制阻值正常变化，然后再模拟其失效。只有对后半程进行监测，这样的测试才全面、合理。“方法”3多少有这个理念，只是实现手段还需要进一步完善。

5　结论

对同一条标准条款，具有多种理解，继而形成3种不同的检测方法，对于企业而言并不是一个好消息，因为这意味着同一个产品在不同地方检测可能会得出截然不同的结果，这无疑使企业承受巨大的市场风险，同样也是认证机构不愿意看到的结果。故笔者建议，在“第四种方法”能实现之前，认证的时候可以考虑方法1与方法2同时兼顾。前期产品认证时，两者必须同时合格，从而减低认证风险。检测机构在抽检的时候，同样为了降低误判的风险，采用一致性较好的方法2。上述方法应该是目前最好的解决措施之一。

［1］GB4706.1-2005家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求［S］.

［2］GB4706.29-2008家用和类似用途电器的安全便携式电磁灶的特殊要求［S］.

Technology Detection of Negative Temperature Coefficient Therm istor in Household Induction Hob

NI Yilin，DAI Xuewei，PENG Li
（Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Shanghai，200135）

The article introduces the therm istor definition and technical features.For therm istor in household induction hob，three detection methods are analyzed sufficiently and the operational technical measures are put forward in current environments so as to reduce the quality risk of testing agencies and manufactories.

Induction Hob；Negative Temperature Coefficient Thermistor；Inspection

TM5

E-mail：niyl@shciq.gov.cn

2016-02-15序不匹配，则反馈出现了异常。具体表现为当检测到锅具底部温度过高时，电磁灶的电子保护系统启动，降低输出功率。其保护实质为，通过软件编程将位于电磁线圈中心位置的NTC对温度反馈进行识别，当通过一定时间段内参数比较后，如果发现NTC反馈异常，会自动切断主工作线路使电磁灶进入待机模式。传统的保护方式采用机械保护装置—热熔断体，由于熔断体的动作温度个体差异较大，因此存在返修率和维护成本高的不利因素，而嵌入式软件的电子保护系统则完全克服了上述不利条件，目前被越来越多的整机制造商采纳。