寧波方太廚具有限公司 夏瑞麗

家用燃氣灶具的溫升是評估產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標，在相應(yīng)的國標、行標或企標中都是強制性測試項目，因此在新產(chǎn)品開發(fā)過程中要經(jīng)過反復(fù)測試與確認。家用燃氣灶具在使用過程中，部分零部件的溫度達200 ℃以上。如溫升過高會加速零部件老化、降低使用壽命，還會導(dǎo)致點火失效，嚴重時還會出現(xiàn)燙傷、爆炸等事故。然而，根據(jù)現(xiàn)行國標進行溫升測試時，發(fā)現(xiàn)標準對一些測試條件沒有明確規(guī)定，不同的測試人員有各自的理解與做法，導(dǎo)致溫升測試結(jié)果差異性較大。本文采用控制變量法對一些重要的測試條件進行實驗，分析了不同測試條件對溫升結(jié)果的影響，最終形成了相對規(guī)范的測試方法。

1 溫升測試方法及不一致點

1.1 國標中溫升測試方法

GB 16410—2007《家用燃氣灶具》中給出的測試方法如下：

實驗條件：使用基準氣—最高實驗壓力，環(huán)境溫度為(20±5)℃。

實驗狀態(tài)：(1) 燃燒器燃燒所需的空氣量，應(yīng)使用基準氣—額定燃氣壓力調(diào)節(jié)到燃燒火焰最佳狀態(tài)，然后將風門固定，實驗時不得再調(diào)風門；(2)鍋具和加熱水量按GB 16410—2007表17選定的鋁鍋(下限鍋)和加熱水量，實驗中水量過少時，應(yīng)及時補水；(3) 活動鍋支架在實驗中調(diào)整到對實驗最不利的狀態(tài)。

實驗方法：(1) 點燃所有燃燒器；(2) 將燃燒器閥門開至最大，使灶具在最大熱負荷狀態(tài)下工作；(3) 所有發(fā)熱單元按正常使用條件工作；(4) 測溫部位溫升恒定后(升溫時間最長不得超過1 h)，用熱電溫度計或熱電偶測量并記錄相應(yīng)部位的溫升。

1.2 可能存在的不一致點

(1) 初始溫度選取。測試人員對溫升初始溫度的選取有不同的見解。有人選擇實驗開始前的初始環(huán)境溫度；有人選擇熱電偶布置完成，實驗開始前的溫度記錄儀溫度；還有人選擇實驗結(jié)束時的環(huán)境溫度。溫升的定義為電子電氣設(shè)備中的各個部件高出環(huán)境的溫度。一般熱電偶布置完成后，溫度記錄儀顯示的溫度比環(huán)境溫度高，且由于不同零部件的材質(zhì)不同，溫度記錄儀顯示的初始溫度也不同。熱電偶布置完成后且在環(huán)境中放置足夠長的時間后，溫度記錄儀顯示的溫度基本等于環(huán)境溫度。因此，熱電偶布置完成后，需要等待一段時間，待溫度記錄儀顯示溫度與環(huán)境溫度接近時再開始實驗。由于溫升實驗在一個相對封閉的環(huán)境里進行的，實驗進行1 h后，環(huán)境溫度一般都會比初始溫度升高2～3 K。為保證溫升測試結(jié)果合格，本文中選取較為嚴苛的實驗開始前的環(huán)境溫度為初始溫度。

(2) 鍋具選擇及加熱水量。所用鍋具的大小按照灶眼的熱負荷選擇下限鍋。大部分測試過程中并未按標準要求加入下限鍋對應(yīng)的水量，有的水量超過鍋容量的 2/3，有的水量較少時不能及時加水，且加水的時間也未確定。

(3) 環(huán)境溫度。環(huán)境溫度在不同的季節(jié)有較大的差異，不同的環(huán)境溫度下溫升測試的結(jié)果會受到影響。應(yīng)該通過開空調(diào)或者開暖氣的方式盡量使環(huán)境溫度保持在(20±5)℃以內(nèi)。

(4) 熱電偶探頭布點。測試人員布置熱電偶溫度探頭的位置和固定方式差異很大。有的將熱電偶探頭緊貼在待測表面，有的將探頭暴露在空氣中1～2 mm，有的直接將探頭包裹在鋁箔紙或?qū)Ｓ媚z水中。

2 測試實驗及分析

采用控制變量法分別測試上述因素對溫升結(jié)果的影響，重點關(guān)注電池、閥體、旋鈕及點火器的溫升。為保證實驗的一致性，所有實驗在溫度、濕度可控的恒溫恒濕房中進行，且均以1 h，即60 min處的數(shù)據(jù)進行溫升計算。

2.1 鍋具選擇及加水量對溫升影響

實驗條件：同一臺灶具，初始環(huán)境溫度17.5 ℃，選定對應(yīng)的下限鍋。此時，主要考慮加水量、加水時間、鍋的新舊對溫升的影響。

(1) 不同加水量。分別加入4 kg、6 kg、8 kg的水，中途不加水。實驗結(jié)果見表1。

表1 不同加水量的零部件溫升

由表1可以看出：總體上來說加水量越少，各零部件的溫升越高，相差4.0 K以內(nèi)。加水量對底盤外部零部件(旋鈕)溫升的影響比底盤內(nèi)部零部件大。造成該現(xiàn)象的原因是旋鈕距離實驗鍋較近，且兩者之間沒有什么阻擋，更容易受到加熱水量的影響?？紤]到加水量對溫升的影響，為提高測試的一致性，需按標準要求加入下限鍋對應(yīng)的水量。

(2) 不同加水時間。考慮到實驗剛開始時不會加水，本實驗另外設(shè)置了2種不同的加水時間節(jié)點，即在30 min和45 min時分別加水1次，加水質(zhì)量為1 kg。內(nèi)部零部件以電池為例，外部零部件以旋鈕為例，不同加水時間的溫度曲線分別見圖1和圖2。

圖1 不同加水時間的旋鈕溫度曲線

由圖1和圖2可以看出，30 min時加水和不加水在實驗60min時的溫升幾乎相等，45 min時加水電池溫升較高，旋鈕溫升較低。加水太晚時水已劇烈沸騰，此時加水會破壞實驗鍋內(nèi)的熱平衡，造成實驗鍋的整體溫度下降，旋鈕溫升降低；而電池等內(nèi)部零部件在底盤的內(nèi)部，且中間有灶具面板阻隔，整體來說溫升仍呈上升趨勢。在30 min時加水對實驗結(jié)果的影響相對較小，因此規(guī)定在實驗開始30 min時加水。

(3) 新舊鍋。實驗條件：分別用表面拋光的新鍋和不拋光的舊鍋進行實驗，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 新舊鍋旋鈕溫度曲線

由圖3可以看出，鍋的新舊程度不同對旋鈕的溫升影響很大，在實驗 60 min時引起的溫升差達4.2 K，甚至更高。主要原因是新鍋表面反射性比舊鍋強，反射的熱量比舊鍋多。此外，因為新鍋反射熱量能力強，導(dǎo)致面板溫度較高，進而灶具底盤內(nèi)溫度升高，位于底盤內(nèi)的閥體、點火器和電池的溫升也會受到影響。因此，為保證測試的一致性，可嘗試通過實驗確定幾套溫升專用鍋具，且當鍋具表面有發(fā)黑、發(fā)黃情況時，應(yīng)旋轉(zhuǎn)鍋具，不使發(fā)黑、發(fā)黃的面對著旋鈕，或者不使用發(fā)黑、發(fā)黃的鍋具。

2.2 環(huán)境溫度

實驗條件：根據(jù)測試實驗室1 a內(nèi)的溫度波動并適當擴大范圍，最終選定分別將環(huán)境實驗室的溫度分別設(shè)置為 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃和30 ℃，選用同一套鍋具進行實驗。所得測試結(jié)果見圖4(底盤內(nèi)的零部件以電池溫升為例，外部零部件以旋鈕溫升為例)。

圖4 不同環(huán)境溫度下的電池和旋鈕溫升

按GB 16410—2007中對應(yīng)熱負荷規(guī)定的值，本實驗的灶具對應(yīng)的加水量為6 kg，實驗30 min時再加入1 kg的水。

由圖4可以看出，旋鈕由于在底盤外部，直接與空氣接觸，其溫升受環(huán)境的影響較大，會隨著環(huán)境溫度的降低而降低；而電池在底盤的內(nèi)部，底盤內(nèi)散熱較差，溫升隨環(huán)境溫度的降低不斷升高，總體上溫升差值在±5 K以內(nèi)。因此，溫升測試時一定要控制環(huán)境溫度在(20±5)℃以內(nèi)，以減輕環(huán)境溫度對溫升測試的影響。

2.3 熱電偶探頭布點

(1) 固定方式。熱電偶探頭主要考慮兩種常見的固定方式：一種是鋁箔固定，一種是用專用膠水固定，實驗結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 不同固定方式下電池的溫度曲線

圖6 不同固定方式下旋鈕的溫度曲線

由圖 5和圖 6可以看出用鋁箔或?qū)Ｓ媚z水固定，對電池溫升影響很小，對旋鈕溫升影響較大。原因是鋁箔表面較光亮，貼在旋鈕的表面會反射熱量，且實驗發(fā)現(xiàn)在其他條件相同時，用于固定熱電偶探頭的鋁箔越大，旋鈕溫升越小。因此，規(guī)定電池等底盤內(nèi)零部件用鋁箔固定，且鋁箔大小為10 mm×10 mm，旋鈕規(guī)定用專用膠水固定，固定區(qū)域直徑不大于5 mm。

當熱電偶探頭被包裹在鋁箔或?qū)Ｓ媚z水中進行測試時，底盤外部的零部件(旋鈕)溫升顯著降低，底盤內(nèi)部零部件溫升有所提高，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 熱電偶頭部包裹與不包裹的溫升對比

由表2可見，對于旋鈕溫升，熱電偶探頭被專用膠水覆蓋后，火焰輻射的熱量不能直接輻射到探頭上，造成旋鈕溫升顯著減小。底盤內(nèi)部的零部件不受火焰輻射熱的影響，且測溫探頭被鋁箔覆蓋后，散熱變差，溫升有一定的升高。因此測試前在旋鈕上布置的熱電偶探頭需露出2 mm；底盤內(nèi)部的零部件熱電偶探頭則需被鋁箔完全包裹。同時注意，不管何種固定方式都要將熱電偶探頭緊貼在被測試物體表面。

(2) 熱電偶探頭布點位置。分別在旋鈕、點火器、閥體及電池的不同位置，布置多個測試點，比對各個測試點的溫升得出溫升較高的位置及規(guī)律。實驗結(jié)果見圖7～圖10。

圖7 旋鈕不同位置的溫升

圖8 點火器不同位置的溫升

圖9 閥體不同位置的溫升

圖10 電池不同位置的溫升

由圖7～圖10可以看出不同的測試點對溫升的影響較大。點火器頂角處的溫升較高；電池頂部中間和頂部左邊較高；左邊閥體兩個測試點溫升相差不大，右邊前方兩個測試點溫升較大；左邊旋鈕左側(cè)3個點的溫升較高，右邊旋鈕右側(cè)3個點的溫升較高，且布置在旋鈕上面的點溫升較高。經(jīng)分析基本遵循距離燃燒器越近，溫升越高的規(guī)律。因此，在不確定哪個測試點溫升較高時，建議在距離燃燒器較近的位置多布置幾個點，選取溫升的最大值作為測試結(jié)果。

3 規(guī)范的測試方法

3.1 測試條件

(1) 采用基準氣—最高實驗壓力，并確保測試環(huán)境溫度為(20±5)℃。

(2) 鍋具選擇：規(guī)定的溫升專用鍋具，且鍋具表面出現(xiàn)發(fā)黑、發(fā)黃時，及時更換鍋具。

(3) 根據(jù)燃氣灶實測負荷進行選鍋，選定白色下限鋁鍋及對應(yīng)的加水量進行實驗，鍋具應(yīng)坐于燃燒器正中央。

(4) 灶具嵌入相應(yīng)開孔的臺位中，并將臺位門關(guān)緊。

3.2 測試步驟

(1) 用規(guī)定工具固定熱電偶，并在布置時檢查溫度記錄儀，確保所用的熱電偶可正常工作。熱電偶測試端應(yīng)緊貼于測試表面。底盤外部零部件(旋鈕)固定熱電偶需用專用膠水(固定區(qū)域直徑不大于5 mm)。熱電偶溫度探頭暴露于環(huán)境中，露出長度應(yīng)不大于2 mm。底盤內(nèi)部零部件的熱電偶溫度探頭用10 mm×10 mm的鋁箔固定，且需被鋁箔覆蓋。布點位置盡量布置在離燃燒器最近的位置，多布置幾個點。

(2) 熱電偶布點完成后，待溫度記錄儀示數(shù)穩(wěn)定且接近環(huán)境溫度后再進行實驗。記錄實驗開始時的室溫 T始，室溫取距離灶具正面、左面和右面各1 m處環(huán)境溫度的平均值。

(3) 實驗開始30 min時，在測試鍋內(nèi)加入1 kg的室溫水。

(4) 在實驗59～60 min之間讀取并記錄熱電偶的最終溫度值T終。

(5) 溫升ΔT=T終－T始。

4 結(jié)語

根據(jù)上述實驗結(jié)果可以看出，鍋具的選擇及加水量、環(huán)境溫度、熱電偶探頭的固定方式及布點位置都會對家用燃氣灶溫升測試結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響。因此，為提高溫升測試結(jié)果的一致性，細化和統(tǒng)一測試方法至關(guān)重要。統(tǒng)一的測試方法可減少因測試差異大造成的重復(fù)測試，從而提高測試質(zhì)量、減少測試時間。