表面温升测量的影响因素

沈骏文

(合肥产品质量监督检验研究院，合肥 230088）

温升是GB 4706系列及IEC 60335系列标准中一个非常重要的测试项目，测试结果影响多个试验项目的条件选取，并且为产品的合格性判定提供直接依据。采用热电偶进行温升测量是最常用的温升测量方式，本文以多次平行试验的结果来分析不同试验条件对最终测试结果的影响。试验条件主要涉及试验环境的强制气流以及热电偶的布置方式。

试验样品采用洗衣机的进水电磁阀，试验在温度可控的环境试验间的测试角上进行，保持环境温度、试验电源、样品位置和热电偶布置位置不变，样品位置如图1所示。

1 热电偶测量温升的原理

热电偶测温的基本原理是两种不同成分的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就有电流通过，此时两端之间就存在热电动势，即赛贝克效应。两种不同成分的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表，将电信号转换为温度信号。

2 试验用热电偶的选择

本次试验选用了K型热电偶，内层绝缘距测量端点的距离为1.5mm，外层绝缘距测量端点的距离为15mm，热点偶的测量端通过大电流熔焊的方式连接在一起，如图2所示。

3 平行试验结果

设置实验室环境干球温度为（23±0.5）℃，湿球温度为（17.5±0.5）℃；样品按上述说明放置在测试角边缘，保持位置不变；样品测试用电源为233.2V、50Hz。热电偶布置位置在样品金属表面中心，如图3所示。

图1 样品放置位置

图2 热电偶照片

图3 热电偶布置位置

保持以上试验条件不变，进行单一试验条件比对，分别对强制对流空气及热电偶布置方式进行试验分析，试验结果如表1所示，表中的数据为样品进入稳定状态后进行三次测量的平均温升值。

在上述两次试验中，笔者使用了以下几种热电偶固定方式：导热胶、铝箔胶带粘贴、锡焊和高温胶带粘贴。其中，使用锡焊和胶带粘贴的固定方式均获得了较为接近的温升，导热胶的固定方式测得的结果相对离群。而在焊锡和胶带粘贴的情况下，焊锡测得了最高的温升值，铝箔胶带测得了次高的温度值，高温胶带相对较低。

表1 温升测量结果

4 试验结果影响因素分析

4.1 接触方式

焊锡与热电偶端头有着更大的接触面，同时焊锡有着出色的导热能力，能够将热量很好地传导到热电偶上。胶带的固定增加了热电偶端头与被测表面间的接触压力，使热电偶和表面之间有着更好的接触，从而产生了优良的热传导。而在使用导热胶的过程中，导热胶由液态固化，难以形成接触压力，同时一旦有液态胶渗入热电偶端头与测量表面之间，会在一定程度上阻碍热量的传递。

4.2 固定材料导热系数

导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面温差为1K，在1s内，通过1m2面积传递的热量，单位为W/（m·K）；铝的导热系数为237W/（m·K），铁的导热系数为80W/（m·K）。可以看出，不同材料具有不同的导热能力。而在试验中，用铝箔胶带粘贴比高温胶带粘贴测得了更高的温升，因此固定材料对热量的传递能力也会影响测试的结果。

4.3 强制对流空气

强制对流空气会对温度产生比较明显的影响，空气的流动会从样品表面，尤其是导热性良好的金属表面带走大量热量，从而影响试验结果。

5 结语

本文对热电偶测量温升的影响因素分析仅基于环境条件和固定方式的影响，在热电偶测量表面温升时要注意避免环境因素和人为因素的影响。在测试区域应避免强制对流空气的出现，要确保热电偶端头与测试表面的接触，尽量减少固定材料的接触面积。热电偶测量表面温升还有很多的其他影响因素，希望广大研究与测试人员能在实际测试过程中发现问题并提出建议。