OD-5012《验收、制备、延伸和使用热电偶的程序》解读及热电偶布点实例分析

徐 倩 李忠耀 戴一鸣 姜 翔 富佳栋

（1.嘉兴威凯检测技术有限公司 嘉兴 314000；2.威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

在检测行业，温升作为检测电器发热性能的一个重要指标，越来越受重视。如果温升过高，产品发热量持续保持在较高状态下，相关绝缘材料会加速老化，金属载流部件也会受到相应影响，从而降低产品的使用寿命，甚至有可能在过高温度下导致材料起燃引起火灾，对社会、生产、人员和财产安全造成威胁，因此限制温升尤为重要。温度的测量通常通过熔化颗粒、变色指示器或热电偶来测量，经过大量检测经验的积累，热电偶作为最广泛的温度检测工具投入检测活动中。热电偶的选型、制备和使用方法直接影响温升测试结果。本文通过对OD-5012《验收、制备、延伸和使用热电偶的程序》的解读，结合日常检测过程中容易出现的热电偶布点问题，深入了解热电偶的验收、制备、延伸和使用。

1 热电偶的验收

实验室在采购热电偶时，应根据实际测量活动需要，注明所需热电偶的等级或特殊限制要求，并且确保热电偶的选型在制造商指定的操作参数范围内使用。国际电工委员会推荐采用J型、K型和T型且等级为I级的热电偶，在实验室测试活动中，J型应用最为普遍。在热电偶接点与临近引线存在温差处，细丝热电偶可以降低他们之间热传导产生的影响，OD-5012建议选用0.320 mm或0.254 mm的热电偶，在采购时，需要注明该要求。

实验室必须确保购买的热电偶具有可接受的精度，可选用以下三种方法之一进行热电偶验收：

1）由供应商提供热电偶的合格证书，该证书应包括出货前的符合性测试结果，测试中至少要包括该卷热电偶中截取的一段热电偶的测试结果。

2）对进货的热电偶直接送有关校准部门进行校准。该方法通常在负责采购的质控部门前期统一进行，以确认后期各实验室申领的热电偶均符合要求。

3）直接对单根热电偶进行测试。该方法多用于随温升图表记录仪校准的热电偶上，此方法的不足之处在于，若图表记录仪因某种原因需要更换热电偶，所更换的热电偶需要重新随图表记录仪进行校准。

以上符合性证书和检测结果应作为实验室记录的一部分保留。

2 热电偶的制备

依据OD-5012的要求，热电偶的制备可参考以下方法（如图1）：

1）剥去内绝缘层约1.5 mm；

2）剥去外绝缘层（如有）约15 mm，也可根据实际需要，剥除相应长度；

3）顶端通过点焊连接，保证两端连接点充分融合。

该工作必须由受过专业培训的人员进行。

3 热电偶的使用

关于热电偶如何布置于产品上，如何固定，OD-5012均做了详细规定。

热电偶测量点按各产品标准详细规定布置于温度测量处，并使其与被测部件表面保持良好的热接触。热电偶的安装方法应使其对被测温度的影响最小。当热电偶的布点有可能存在触电危险时，可以在被测导体表面放置绝缘护套，但绝缘护套不能放置在热电偶接点处。

那么热电偶应该如何固定呢？

OD-5012规定的热电偶固定的方法有：绑扎（tying）、粘接（cementing）、胶粘（adhesive）、喷涂（peening）、熔焊（welding）和锡焊（soldering）。

1）绑扎（Tying）通常用于圆形物体，如导线绝缘表面，用细线将热电偶固定（如图2）。该方法只是辅助热电偶固定，并不表示可以直接将细线扎于热电偶接点处。

图2 热电偶的固定

2）粘接（Cement）通常使用以下两种粘接剂：

①高岭土粉末与水玻璃溶液按体积等比例混合；

②氰基丙烯酸酯粘合剂，在OD-5012:2015版本中，推荐采用了一种粘接剂，在后续版本变更中，取消了该品牌推荐，不过实验室通常沿用此法。

粘接（Cement）通常用于将热电偶固定于被测物体表面（如图2），使热电偶和被测表面有更好的热连接，且当周围空气与待测物存在一定温差时，该方式将热电偶测温点与空气隔绝，减少了热传导，因此作为实验室最常用的热电偶固定方法之一。

在粘接之前，热电偶应先固定在位以免粘接点在其他应力作用下剥落，一般可采用细线或高温胶带，但应特别注意，不能直接绑扎或黏贴于热电偶接点处。

粘接剂应充分凝结后再组装测试，实验室通常采用专用的冷凝剂加速粘接剂的凝结，组装过程中需特别小心，避免外力导致热电偶接点的松动或分离，从而导致温度采集异常。

3）锡焊（Soldering）的固定方法较粘接方式而言，具有更好的热传导性，也更牢固，但使用对象较为局限，仅适用于一些可焊接的金属表面。而且型式试验通常是一套有序且连续的过程，一套样品做完温升，还需要做寿命等其他测试，锡焊连接因其过度牢固，解焊拆除时对试样性能和热电偶本身都有较大影响，二次利用率不高，因此，此法在检测活动中使用率相对不高。

4）热电偶接点可以放置在凹槽内，并在其上（喷涂peening）金属。不过喷涂金属，试验成本较高且对产品性能影响较大，同一个样品不适宜用于其他试验。

5）胶带（Tape）可以方便地将热电偶引线固定在适当的位置，作用与绑扎（Tying）类似，但不局限产品结构。保证热电偶固定牢靠的同时，应尽量减少胶带的使用，同样的，胶带固定也必须远离接点处。

6）如果热电偶是通过两个表面之间的压力来保持热接触的，操作时务必注意，热电偶不能引起啮合表面的分离。如插头与插座插合时，若热电偶置于两者插合面之间，很有可能影响插头的正常插合。为了避免该种情况，可以在材料上开孔或开槽，用以布置热电偶及其引线。热电偶通常应保持在表面以下略微凹陷处，以确定被测温度不是相邻表面材料的温度。

4 热电偶的延伸

如果实际使用时，热电偶无法直接与温度测量仪连接，此时应采用与之适配的连接器进行热电偶延伸，如（图3）所示，热电偶导线1#和2#型号相同，连接到同一类型的导体（例如铜合金）上，此时连接点T1和T2的温度相同。

图3 热电偶的延伸

上述特例中提及的两个参考接点(T1和T2冷端)的温度必须相同，而且与温度测量仪的温度也相等。接点和温度测量仪必须避免冷热空气流动、太阳光照、以及测试样品、灯具、电烙铁等热辐射源的影响，这些影响将导致参考接点温度的改变。

5 案例分析

下面我们选取部分热电偶的布置示例，分析其是否符合OD-5012的要求。

1）案例一：依据GB/T 2099.1-2021的要求，端子属于插座温升测量点之一，该产品（如图4）因结构上端子与连接铜片直接相通，故将热电偶布点于连接铜片上。

图4 热电偶布置示例一

分析：不符合OD-5012第8.3条的要求，热电偶测量接点必须布置在温度测量处。标准要求测定“端子”的温升，该案例布置于与端子间接相连的铜片之上。另外该产品在螺钉拧紧接线后，将损伤导线并且影响导线连接，亦不符合OD-5012中第8.6.8、8.6.9条的要求。

2）案例二：该产品（如图5）不同极性端子较为接近，为防止不同极性的触电危险，在绝缘导体的表面放置绝缘隔板。

图5 热电偶布置示例二

分析：符合OD-5012第8.3条的要求，如果热电偶分别连接到不同极性的带电部件上，需注意测量设备可能存在的触电危险和应力。此时可以在被测导体表面（而不是在热电偶接点处）放置绝缘护套。

3）案例三：测量外壳温度时，为了使热电偶与外壳表面充分接触，用绝缘胶带直接将热电偶粘于被测表面上（如图6）。

图6 热电偶布置示例三

图7 热电偶布置示例四

分析：不符合OD-5012第8.6.16条的要求，胶带应固定在远离热电偶接点处。

4）案例四：在测量导线外绝缘皮温度时，用细线直接将热电偶接点固定与导线表面。

分析：不符合OD-5012第8.6.1条的图示要求，细线仅作为固定辅助用，不可以直接绑扎于热电偶接点上。

5）案例五：测量该产品端子的温升（如图8），因产品特殊性，端子被绝缘底座包围，端子接线孔非常小，仅适合连接一根导线，热电偶与导线同时塞进接线孔，通过螺钉拧紧后固定，测量温升。

图8 热电偶布置示例五

分析：不符合OD-5012第8.6.8、8.6.9条的要求，该方法可能会导致在螺钉拧紧时，损伤热电偶接点，且阻碍螺钉正常啮合。另外，端子接线孔仅适合连接一根导线，无法确认热电偶接点是否完全进入金属端子，为了避免上述情况，可以在包围端子的绝缘材料上开孔或开槽，用以布置热电偶。

6 总结

温升作为检测产品性能的重要指标，在检测过程中的，相关人员的专业度尤其重要。热电偶的验收、制备、延伸和使用均应遵循相应程序要求，OD-5012《验收、制备、延伸和使用热电偶的程序》作为IECEE（国际电工委员会电工产品合格测试与认证组织）指定操作导则，适用于电气和类似产品测试中温度测量所用热电偶，具有广泛指导作用。实验室验收人员、制备和使用热电偶的工作人员均应通过相关培训，遵守相关程序，充分保持人员的专业性，保证测试数据更准确有效。