铂电阻在智能家电测试中的应用研究

袁兴成 余荣斌 郑小龙

（广东产品质量监督检验研究院 广州 510670）

前言

铂电阻广泛应用在电饭煲、电磁灶以及家用空调器等智能家电的测试中，由于不同长度和直径的铂电阻有着不同的感温长度和热响应时间，导致测试结果存在较大差异，本文采用不同规格的铂电阻，选取电饭煲的保温温度以及电磁灶的热效率项目进行比对研究，为下一步标准的制修订提供数据参考及建议。

1 铂电阻的测温原理及特点

铂电阻是铂热电阻的简称，其利用金属铂的阻值随着温度的变化而改变这一特性来测量温度及温度相关的参数。它有Pt100和 Pt1000等系列，常见的Pt100铂电阻是将铂丝缠绕在陶瓷、云母或玻璃骨架上再经过一定的工艺加工而成，其测量范围在-200～+850 ℃之间，广泛应用于测量、温度计算、工业控制、卫星、医疗、气象等领域。在实际应用中，常将铂电阻铠装在不锈钢套管内，不锈钢套管的直径从0.25～8.0 mm不等，这样的铂电阻具有机械性能好、耐振动、抗冲击、可弯曲、便于安装、使用寿命长等优点。

国标GB/T 30121-2013《工业铂热电阻及铂感温元件》中，对铂电阻的最小置入深度、感温长度、热响应时间、允差以及回差都进行了规定，其中感温长度和热响应时间等参数在智能家电测试中对测试结果有着重要的影响。热响应时间是指铂电阻响应一个温度阶跃变化，到达规定的百分比所需要的时间。在规定的响应时间内，需要声明响应的百分比，通常用τ0.9、τ0.5和τ0.1，分别指90 %、50 %和10 %响应的时间，还要规定试验介质（通常是流动水和/或流动空气）和流通条件[1]。感温长度是指铂电阻感受温度并直接影响到测量电阻值的那部分长度，通常铂电阻的感温长度与元件长度有关[1]。

2 铂电阻在智能家电测试中的应用

铂电阻广泛应用在智能家电的测试中，电饭煲保温温度和电磁灶热效率测试中都需要使用铂电阻。电饭煲保温温度测试时按照说明书的方法按最大容量煮饭，并在额定电压保温12 h 后，测量米饭的温度。测量点如图1所示的内锅A、B、C 三点处[2]。

国标GB 21456-2014《家用电磁灶能效限定值及能效等级》中，家用电磁灶的热效率测试方法是：在规定的测试条件下，选择可以覆盖电磁灶加热区域的最小规格标准锅（标准锅底部直径大于电磁灶线圈盘有效直径），测量加盖标准锅的质量m2；将相应标准锅置于冷态被测电磁灶加热单元中心，将锅内装入表1所规定质量的水m1，水温为15±1 ℃，加盖，温度计从锅盖孔中放入锅内中心位置，温度计感温部分浸入水中距离锅底10 mm，读出温度计读书t1，启动电磁灶并迅速调节到最大功率档（制造商在说明书中指定），当水温达到一定数值时，关闭电磁灶，同时记录消耗的电能量E，并读取1 min后的最高水温读数t2，水的温升在（75±1）K范围内有效，并根据式（1）出电磁灶的热效率[3]。

式中：

η—热效率，%；

c1—水的比热容，取4.18，单位千焦每千克开尔文（kJ/(kg.K)）；

m1—水的质量，单位为千克（kg）；

c2—锅身和锅盖的比热容，取0.46，单位千焦每千克开尔文（kJ/(kg.K)）；

m2—锅身和锅盖的质量，单位为千克（kg）；

Δt —温升，单位为开尔文（K），Δ t = t2-t1；

E —消耗的电能量，单位为千瓦时（kW.h）。

3 铂电阻对电饭煲保温温度测试结果的影响

为研究不同尺寸的铂电阻对电饭煲保温温度结果的影响，采用了3种不同规格的铂电阻进行测试，铂电阻的具体规格如表2所示。

图1 电饭煲保温温度测试示意图

表1 标准锅的尺寸及试验时添加的水量

采用额定容积分别为2 L、3 L和4 L的3种规格的电饭煲进行测试，按照说明书的方法按最大容量煮饭，并在额定电压（220 V）下保温12 h 后，测量米饭深度分别为H/4、H/2和3H/4位置的温度（H为米饭的烹饪高度），不同位置的稳定温度以及达到稳定温度所需的时间（稳定时间）如表3～5所示。

从表3至表5可以看出，1#和2#铂电阻虽然长度不同，由于感温长度相同，在所有的位置测量结果都相近，且达到稳定温度的时间也一致。3#铂电阻由于较粗，感温长度更长，在深度为H/4和H/2的位置时测量值远小于1#和2#铂电阻的测量值，在深度3H/4位置时，3#铂电阻测量值接近于1#和2#铂电阻的测量值，但是由于其较粗，插入米饭的过程中产生的空隙较大，带入的空气也越多，导致其测量值比1#和2#铂电阻低。

从表3至表5还可以看出，由于3#铂电阻直径更大，其热响应时间大于1#和2#铂电阻的热响应时间，测试时达到温度达到稳定所需要的时间远远大于1#和2#铂电阻所需时间。

4 铂电阻对电磁灶热效率测试结果的影响

国标GB 21456-2014《家用电磁灶能效限定值及能效等级》中对测量温度用的温度计仅规定其分辨率不大于0.1 ℃，并规定电磁灶的热效率试验可采用铂电阻或水银温度计，当试验结果有争议时，应以铂电阻测试数据为准，但是未对铂电阻长度以及直径等影响测试结果的参数进行规定。原国家质检总局发布并于2018年3月26日实施的国家计量技术规范JJF 1261.3-2017《家用电磁灶能源效率计量检测规则》中也只规定铂电阻的直径小等于4 mm[4]。为研究不同尺寸的铂电阻对电磁灶热效率测试结果的影响，采用了4种规格的铂电阻和4种不同规格的电磁灶进行测试，按照国标GB 21456-2014《家用电磁灶能效限定值及能效等级》的要求分别采用4中不同的标准锅进行测试，铂电阻的尺寸如表6所示，测试的试验条件如表7所示。

表2 电饭煲保温温度测试的铂电阻规格

表3 额定容积为2 L的电饭煲保温温度测试结果

表4 额定容积为3 L的电饭煲保温温度测试结果

表5 额定容积为4 L的电饭煲保温温度测试结果

表6 电磁灶热效率测试的铂电阻规格

为了研究不同尺寸的铂电阻对电磁灶热效率测试结果的影响，同时为了消除不同温度巡检仪和铂电阻自身的测量误差，试验过程中将4种不同规格的铂电阻连接到同一台温度巡检仪的不同端口，且同时将4种不同规格的铂电阻从锅盖孔中放入标准锅内的中心位置，通过

5 总结

不同直径和长度的铂电阻由于感温长度、热响应时间等参数不同，进行电饭煲保温温度和电磁灶热效率测试结果存在较大的差异。为了较为准确的测试电饭煲保温温度，应使用感温长度和直径较小的铂电阻，同时在每个测试点应保持足够的测试时间。在利用铂电阻进行调整置入深度，确保4种不同规格的铂电阻感温部分浸入水中距离锅底10 mm，这样冷态的水温t1和关闭电磁灶1 min后的最高水温t2均由同一铂电阻进行测量。

表7 电磁灶热效率的试验条件

表8 不同规格铂电阻进行电磁灶热效率测试的结果

表8中电磁灶的热效率值为重复测量三次的平均值，平均温升为三次热效率测试过程中水的温升的平均值。从表8可以看出，对于4中不同规格的电磁灶，铂电阻的直径越大，相同测试条件下其测得的平均温升越高，所测试的电磁灶热效率也越大。这主要是由于铂电阻的直径越大，其热响应时间越长，进行热效率测试时，按照GB 21456-2014测量关闭电磁灶1 min后的最高水温t2可能实际测试的是关闭电磁灶不到1 min时的最大值，导致电磁灶的热效率更大。从2#电磁灶的测试结果可以发现，按照国标GB 21456-2014的分级规定，其热效率值在2级附近。从测试结果可以看出，当采用1#铂电阻进行测试时，其热效率值只满足3级能效的要求，但是采用2#、3#和4#铂电阻进行测试时，其热效率值可满足2级能效的要求。

从表8中同时还发现，对于相同直径、不同长度的2#和3#铂电阻，只要将其感温部分都完全浸入到水中，4中不同规格的电磁灶热效率测试结果都一致，最大相差都只有0.1 %。电磁灶热效率测试时，其他条件相同的情况下，直径较大的铂电阻热效率值大于直径较小的铂电阻的测试值，因此国标GB 21456-2014进行修订时，应该进一步明确铂电阻的直径以及长度等参数，以确保测试结果具有较好的一致性。