热熔断体保持温度环境试验方法探讨

张 驰 庄伟玮 孔睿迅

（1.威凯检测技术有限公司 广州 510663；2.广东中创智家科学研究有限公司 广州 510663；3.广东省电热组件工程中心 广州 510663）

引言

保持温度是体现热熔断体性能差别的一项重要测试。它模拟实际工作状态，可以反映产品是否能够稳定工作。

GB/T 9816.1-2013《热熔断体的要求和应用导则》中关于保持温度Th的测试方法规定为：

“将试样封闭在试验箱内通以额定电流，施加的电压应不超过额定电压，试验的温度应保持在Th范围内，历时7 d（168 h）或制造商声明的更长的时间。

试验结束时，试样应不改变其导电状态，且无本部分含义上的损坏。”

对于条款中热熔断体放置的“温度”的测量方法，存在着不同的观点：

观点一：把测试环境的温度调节为制造商声明的保持温度，然后将待测的热熔断体放置在此温度下，通以规定的负载后开始计时。

观点二：待测的热熔断体通以规定的负载后，调节环境温度，使待测的热熔断体表面温度处于制造商声明的保持温度，然后开始计时。

这两种观点在实际的操作中，会建立出不同的测试环境，从而影响测试结果。本文就此进行分析。

1 两种观点的主要差异对比

两种观点最主要的差异是试验温度的选取方式。

假设在理想的状态条件下，试验的环境温度与热熔断体表面的温度是相同的。在这种情况下，两种观点的试验条件是一致的。

热熔断体载流部件自身及不同部件衔接处都会有内阻。带电部件只要带有电阻，就会产生焦耳热。电阻越大，焦耳热越高。因此，当电流流经热熔断体时，热熔断体自身会发热。不同企业生产的同类热熔断体产品结构大同小异，导致热熔断体出现不同温升的情况主要取决于产品采用的材料和组装的工艺。采用低阻值的材料，同时配以更紧密的组装工艺，使得产品的内阻小，温升也相应变小了。从微观分析这种热阻效应可以参考图1。

在图1中，T1为叠加了热熔断体产生的焦耳热和温箱内温度之后的环境温度；T2为热熔断体外壳表面温度；T3为热熔断体热元件（参见GB/T 9816.1-2013中3.12定义）的温度；ΔT为热传播路径上热阻带来的温度差。

图1 热阻路径示意图

当热熔断体通以负载时，由于自身发热，T3升高，且很难被实际测量到。同时，由于测量位置、气体流通情况等因素（即ΔT）是无法精准测量，因此由T1来推断T3是不合理的。在常规试验中，一般视T2=T3。

在“观点一”中，试验伊始测温设备（如：热电偶）布置的位置不受热熔断体发热的影响，这时候可视ΔT=0，T3=T1=Th。但是当通以规定的负载后，由于焦耳热作用，T3升高成为T3’，在7d的试验过程中，T3’>Th。因不同试样的焦耳热发生度不同，也就导致声明了相同Th的试样的T3’各不相同。

在“观点二”中，测温设备测量到的T2叠加了焦耳热产生的温升和环境温度，调节使得T2=Th，从而使得声明了相同Th的热熔断体的热元件在7 d的试验过程中基本一致为T3≈Th。

因此，按“观点一”的方法试验的结果会叠加不同热熔断体的整体质量差异带来的影响因素；而“观点二”则更倾向于聚焦在对热元件的单一考核。

2 负载因素对试验结果的影响

在前文针对焦耳热对试验的影响论述基础上，需进一步深入对带载试验的影响进行分析，以助于厘清两种观点的内在差异。

在电气领域标准中，对某项指标的带载试验常见是指试验时对样品施加额定电流值或额定电流值一定倍率（如1.06倍）的电流负载。而不带电试验一般是指试验时对样品通以小于5 mA的信号电流，用于监测样品的导通状态，如GB/T 14536系列标准中测量常规温控器的动作温度。

1）导致这种差异的一个因素是被测样品的结构不同。例如：在温控器中有专门的回路用于搭载工作电流，双金属片仅用于感知温度；而在过载保护器中，电流流经双金属片（或双金属片附近的电阻丝），由于存在内阻，因此双金属片自身发热，使电流变化转化为温度变化，从而发挥功能作用。此处流经样品的电流大小对过载保护器的测试结果的影响相比温控器大。

2）另一个因素是试验的目的。一般工作状态下的元件都是带载的，通过加入“电应力”来还原正常工作状态下的各种影响因素。而有些试验为了削减不必要的“应力”，便在“单一应力”条件下考核。如GB/T 21711.1-2008《基础机电继电器 第1部分：总则与安全要求》中对“机械耐久性”的要求，试验就是在“触点不加负载”的条件下测试。（注：以电磁继电器为例，相对触点负载，一般电磁线圈回路所需的激励量很小，故此处视作不带载试验。）因为不同于为了考核触点失效的“电耐久性”，本项试验的目的是验证被试样品（机械结构）的循环次数，与“电应力”无关。

基于上述案例，假设将热熔断体仅通以信号电流，调节环境温度至保持温度，需要考虑是否能等效于“观点二”的试验条件。

热熔断体最关键的部分是热元件，图1中T3的温度决定了热熔断体导通稳定性。热元件与载流部件相互紧贴（对于易熔合金类热熔断体来说，热元件亦是载流部件），电流回路上由于内阻产生的热量直接传导到热元件，因此正常工作时，热熔断体热元件受自身发热的影响是直接的：外部环境温度与内部载流部件的发热共同作用于热元件。热熔断体在温度的作用下，微观层面可能发生部件老化，同时高温导致元件膨胀，均可能导致导电路径上电阻增大，温度升高，并相互影响。因此，在带载试验时，T3并不是保持不变的，无法仅依靠“调节环境温度”的方式来进行等效试验。

故而，正视带载试验对试验结果的影响，也即是区别两种观点对应用实践与理论试验孰轻孰重的考量。

3 产业链上不同环节对两种观点的倾向

标准的价值之一在于通过统一的表述方式呈现产品的技术规格，以利于产品的流通。因此两种观点的理解差异可造成产业链上下游对“保持温度”技术规格表述错位，从而影响对产品质量和型号的判断。

1）基于生产者（热熔断体制造商）角度的理解

GB/T 9816.1-2013第3.3条款中定义：“保持温度是热熔断体在规定条件下，规定时间内不改变其导通状态的最高温度。”对于生产者来说，热熔断体在正常使用中要保持导通状态，避免在Th条件下发生误动作，从而降低整机器具的返修率，提升用户的满意度，是其质量控制的目标之一。

为了保证能够顺利通过Th的测试，若按“观点一”进行研发测试，生产者需声明一个比按“观点二”较低的Th，才能使同等规格和质量条件下的产品获得相同的试验结果。

保持温度值反映的是热熔断体在高温条件下持续稳定工作的能力。更高的保持温度意味着更高的技术能力和成本，在市场中能获得更高的定价权。生产者也就有动机为产品标称一个更高的保持温度。

因此，采用“观点二”进行测试，有利于生产者适当标称更高的Th。

2）基于用户（终端器具制造商）角度的理解

从用户的角度出发，目标是选择正确型号的热熔断体型号来适时保护终端器具的安全。

通常状态下，终端器具制造商会选择在容易超温的位置布置热熔断体，以防止器具的过热产生伤害，保证其使用安全。

在确定选择何种型号参数的热熔断体时，终端器具的研发工程师通过测量工程样机上设计安装热熔断体的位置的温度来确定。此时整个电路回路上预计将安装热熔断体的环节通过导线直接连接，导线的发热可以忽略不计。若按此时获得的温度值，按图索骥找到了对应保持温度的热熔断体，终端整机的研发工程师希望这个热熔断体在装入整机后，热熔断体工作时的本体温度就是此时测得的温度。

因此，通过“观点二”测试获得标称值的热熔断体，会更贴合应用场景。

3）基于监管单位（检测机构）角度的理解

从监管单位的角度出发，目标是评判热熔断体的质量优劣。

在实际的热熔断体抽样测试中，质量好的产品与质量劣的产品之间的一个差别就是温升的大小。如果一个热熔断体质量较差，内阻较大，通电后由于自身发热，温升较高，超过动作温度值，即可导致误动作。

假设存在一种极端情况，热熔断体自身发热强度很大，以至于在室温条件下通电后，T2超过了Th，那此时是否应该降低环境温度，以使外壳温度符合“观点一”的要求？

由于接触电阻等因素的客观存在，热熔断体通电自身发热不可避免，“观点一”涵盖考虑到了这个问题，试验结果更能横向判断产品的优劣。

4 保持温度与整机安全和性能的关联

“保持温度”的技术要求在于能够维持整机正常工作，不出现非必要的停机。若“保持温度”一项失效，导致的是终端整机无法工作，而不是带来过热危害的风险。这与整机安全包含的两个基本原则：固有安全和功能安全，均关联性不大。保持温度更倾向属于产品性能要求相关的参数，相对整机安全考虑，可不必强制性要求。

但是一台装有热熔断体的电热器具依据GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》，在第19章非正常试验中，热熔断体应能正常动作。同时，依据第11.8条款中要求，发热试验中器具的“保护装置不应动作”：当“电热器具在正常工作状态下以1.15倍额定输入功率工作”并“一直延续至正常使用时那些最不利条件产生所对应的时间”，热熔断体作为一种保护装置，不得发生动作，否则判定器具不合格。

这也就钳制了器具中热熔断体达到某一温度点（动作温度Tf）时必须动作，等于或低于另一温度点（Th）不能动作。若一台器具选择的热熔断体Th达不到器具正常工作时的常态温度要求，则面临着无法上市销售的可能。

此外，终端器具中的环境条件各不相同，相同参数的热熔断体在相同温度但不同工况的条件下，其工作稳定性也不尽相同。例如对流强烈的环境对比静止空气环境，热熔断体表面温度与环境温度的差值将变小，使得热熔断体热元件的温度不同，从而应用效果出现差异。

因此，热熔断体“保持温度”一项指标的重要性对于整机功能的完整性而言不言而喻，同时，不论是否还存在着对试验方法的理解差异，热熔断体的选型都得基于实际的终端器具验证基础之上。

5 结论

热熔断体产品型号众多，产品参数各异，而且不同企业生产的产品性能差别较大，需要通过实际试验来进行甄别和匹配。

“保持温度”是一项热熔断体保障整机稳定可靠运行的基础技术指标，是体现产品质量优劣的关键所在。归结上述分析，从应用的角度考虑，“观点二”的试验方法更贴合实际应用场景，符合产业的应用习惯；但从整饬行业质量秩序的角度考虑，按“观点一”进行试验更能反映出产品的质量优劣，有利于行业质量提升。

对于标准条款理解的差异，呈现的是技术沿革过程中，不同方案路线的分化。无论是“观点一”还是“观点二”，关键是产业链上形成共识，既兼顾合理的试验方案，也要考虑实际应用情况；既要技术能力达标，也要上下游配套。