陳桂秀

（健研檢測集團(tuán)有限公司，福建廈門，361000）

0 引言

電子產(chǎn)品部件或零件在異常故障或過載條件下，可能會(huì)達(dá)到很高的溫度點(diǎn)或點(diǎn)燃其附近的零部件，灼熱絲試驗(yàn)就是模擬過熱元器件或過載的電阻之類的熱源在短時(shí)間內(nèi)對周圍零部件產(chǎn)生的熱應(yīng)力影響，技術(shù)性的評估產(chǎn)品著火的危險(xiǎn)性。在很多電子電氣安全標(biāo)準(zhǔn)中都有涉及到該項(xiàng)試驗(yàn)，如中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB7000.1《燈具一般安全要求》（國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)為IEC60598-1）,GB4706.1《家用電器一般安全要求》（IEC60335）等，插座類安全標(biāo)準(zhǔn)GB2099.1/IEC60884等，由此可見其重要性。本文結(jié)合GB7000.1標(biāo)準(zhǔn)要求，詳細(xì)分析在灼熱絲試驗(yàn)過程中測試結(jié)果的影響因素和注意事項(xiàng)。

1 試驗(yàn)設(shè)備裝置影響

1.1 灼熱絲

灼熱絲是用標(biāo)稱直徑為4mm的80%的鎳和20%的鉻合金絲制成的金屬環(huán)，見圖1。灼熱絲的溫度值是用直徑為0.5mm的鎧裝細(xì)熱電偶線來測量，熱電偶被安裝在灼熱絲頂部事先預(yù)鉆好的小孔里，見下細(xì)節(jié)圖Z。熱電偶應(yīng)確保安裝到位，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，熱電偶頂部與灼熱絲頂端應(yīng)保持0.6mm±0.2 mm±的距離。當(dāng)熱電偶頂部與鉆孔的底部距離比較遠(yuǎn)時(shí)，灼熱絲頂部的實(shí)際溫度值就比熱電偶所顯示的溫度值更高。雖然大部分實(shí)驗(yàn)室會(huì)使用“銀箔法”自校，但在每次試驗(yàn)結(jié)束之后，因需要使用鋼絲刷來清理灼熱絲頂部的殘留物，如果試驗(yàn)人員操作不規(guī)范，即容易導(dǎo)致熱電偶偏離灼熱絲孔底部的位置，測試結(jié)果的準(zhǔn)確性將受到直接影響。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)制訂相應(yīng)的預(yù)防措施，如合理規(guī)定灼熱絲溫度的自校頻次，詳細(xì)規(guī)定清潔過程的注意事項(xiàng)等，以免熱電偶與灼熱絲頂部接觸不良。灼熱絲直徑：4.0mm±0.07mm(彎曲前)，每次測量前都需要先測量一下這個(gè)尺寸，若超差需要更換灼熱絲頭。

圖1 灼熱絲和熱電偶的位置

1.2 試驗(yàn)箱

灼熱絲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)當(dāng)在無空氣對流的條件下進(jìn)行操作，試驗(yàn)箱內(nèi)部容積應(yīng)至少為0.5m3，以便于觀察試驗(yàn)樣品和試驗(yàn)結(jié)果，并確保試驗(yàn)期間空氣中的氧氣損耗量不會(huì)明顯影響測試結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了試驗(yàn)箱內(nèi)表面需足夠暗，當(dāng)照度計(jì)面對試驗(yàn)樣品時(shí)，在試驗(yàn)箱表面的照度要求小于20lx。因?yàn)樽茻峤z試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的火焰比較微小，當(dāng)背景太明亮?xí)r，不容易被試驗(yàn)者觀察到；只有在試驗(yàn)背景足夠暗時(shí)，才能方便試驗(yàn)人員觀察火焰高度和刻度尺等。但為便于試驗(yàn)后的清潔整理，很多試驗(yàn)箱都帶有照明燈，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)確保操作人員在測試過程中關(guān)閉該照明燈。

1.3 加熱和溫度控制

標(biāo)準(zhǔn)要求灼熱絲的加熱電路不能有保持溫度值的反饋裝置或反饋回路，如下圖2，是一簡單電路，裝置的電源應(yīng)為一個(gè)穩(wěn)定的電壓源（±2%rms）。試驗(yàn)電路應(yīng)包含一個(gè)電流測量裝置，指示真實(shí)有效值的最大誤差在1%以內(nèi)，在試驗(yàn)結(jié)束之前不能再調(diào)整其控制電壓或電流值。由于涉及高電流，灼熱絲的所有電連接需具備承載相應(yīng)電流而不影響其性能發(fā)揮或電路長時(shí)期穩(wěn)定的能力。因?yàn)樽茻峤z鑲在連接點(diǎn)上，足夠的接觸面積（一般每個(gè)末端不小于60mm2）對于穩(wěn)定的無損電流及試驗(yàn)本身很有必要，應(yīng)注意并確保灼熱絲與連接點(diǎn)之間的螺絲鎖緊或采用銅焊方式連接，避免松動(dòng)接觸電阻過大，導(dǎo)致溫控精度偏離。

圖2 試驗(yàn)電路

當(dāng)被測樣品或部件觸及到灼熱絲時(shí)，灼熱絲的溫度會(huì)有一個(gè)顯著的先降低后升高過程，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，這一變化過程在開始接觸瞬間灼熱絲的溫度會(huì)比設(shè)定的溫度值低約100℃左右，回升后，灼熱絲溫度又會(huì)比設(shè)定值上升約20℃。因此使用帶有保持溫度穩(wěn)定的溫度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)備，或者在試驗(yàn)過程中人為手動(dòng)方式調(diào)節(jié)溫度以進(jìn)行補(bǔ)償，都是錯(cuò)誤的做法，這樣會(huì)導(dǎo)致加嚴(yán)的測試條件，影響了測試結(jié)果的正確性。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)采取措施去除自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)裝置，并禁止試驗(yàn)操作人員在過程中進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度。

1.4 銀箔法自校

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有規(guī)定溫度測量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行周期性校驗(yàn)，可使用純度為99.8%的面積約為2mm2、厚度約為0.6mm的純銀箔進(jìn)行單點(diǎn)溫度確認(rèn)。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)首先對這個(gè)銀箔的純度進(jìn)行計(jì)量確認(rèn)，然后按規(guī)定的校驗(yàn)方法進(jìn)行溫度校驗(yàn)，當(dāng)純銀箔剛開始溶化時(shí)，其理論溫度應(yīng)為960℃±15℃。如果校驗(yàn)過程中實(shí)際的溶化溫度超出理論溫度范圍，應(yīng)當(dāng)立即核查整個(gè)灼熱絲裝置，必要時(shí)更換新的灼熱絲。此外，因?yàn)殂y箔核驗(yàn)會(huì)對灼熱絲的頂部造成一定的磨損，故該校驗(yàn)也不是越頻繁越好，實(shí)驗(yàn)室可以根據(jù)日常測試頻次合理規(guī)定銀箔校驗(yàn)的周期，筆者建議每1-2個(gè)月應(yīng)至少進(jìn)行一次。加熱電流和對應(yīng)的溫度可繪成如圖3所示的關(guān)系曲線，在試驗(yàn)或校準(zhǔn)中，通過關(guān)系曲線計(jì)算出的加熱電流值可以用于設(shè)定灼熱絲的溫度。只要加熱電流值與關(guān)系曲線中相應(yīng)灼熱絲溫度對應(yīng)的中熱電流值誤差在2%以內(nèi)，關(guān)系曲線就可以使用。如果加熱電流值不在該范圍內(nèi)，或者更換灼熱絲，則灼熱絲裝置應(yīng)先做好檢查并進(jìn)行預(yù)處理繪制新的關(guān)系曲線。

圖3 加熱電流與灼熱絲溫度之間的關(guān)系曲線

1.5 施加壓力和深度的影響

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)時(shí)灼熱絲應(yīng)對被測樣品施加1.0N±0.2N的力，灼熱絲頂端壓入或穿透被測樣的深度要求控制在7mm±0.5mm以內(nèi)。樣品在試驗(yàn)時(shí)如果被灼熱絲引燃著火，首先被引燃的是被灼熱絲熔化的材料，接著整個(gè)樣品被引燃著火。如果灼熱絲進(jìn)入的深度沒有嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，灼熱絲壓入樣品的深度不同，必然導(dǎo)致在同樣時(shí)間內(nèi)吸收熱量也不同，從而導(dǎo)致不同的試驗(yàn)結(jié)果，影響測試準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)室操作人員在安裝樣品時(shí)，應(yīng)反復(fù)確認(rèn)樣品夾具的位置，確保試驗(yàn)時(shí)灼熱絲壓入深度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

1.6 灼熱絲供電電壓波動(dòng)的影響

在灼熱絲試驗(yàn)中，灼熱絲溫度主要依靠電流大小，因此電流與溫度之間的關(guān)系呈線性狀態(tài)（見圖3），通過公式：

式中：D-每個(gè)安培電流可升溫度值；T-被計(jì)數(shù)點(diǎn)的對應(yīng)溫度值；I-被計(jì)數(shù)點(diǎn)的對應(yīng)電流值；n-參與計(jì)數(shù)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)。計(jì)算可得出D≈ 7.40℃ /A。

同時(shí)我們可以通過公式I=U/R，并以圖3中800℃試驗(yàn)溫度點(diǎn)電流為102A時(shí)為例：當(dāng)R值不變，電壓U波動(dòng)5%時(shí)，此時(shí)電流I也會(huì)波動(dòng)5%，即電流波動(dòng)為5.1A,通過與D值換算，獲得數(shù)值為37.74℃。通過舉例，我們可以發(fā)現(xiàn)，在800℃試驗(yàn)溫度點(diǎn)時(shí)，電壓波動(dòng)±5%，可導(dǎo)致溫度波動(dòng)達(dá)±37.74℃左右，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出GB/T5169.10標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度允許波動(dòng)±15℃的規(guī)定。同時(shí)我們還可以看出，同樣的電壓波動(dòng)±5%情況下，隨著試驗(yàn)溫度的提高，溫度波動(dòng)將更大。因此不對灼熱絲供電電壓波動(dòng)進(jìn)行控制，將會(huì)導(dǎo)致測試結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏離。

2 預(yù)處理

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了受試樣品和鋪底層（松木板和絹紙）需要先進(jìn)行試驗(yàn)預(yù)處理，預(yù)處理的大氣環(huán)境為在溫度15℃-35℃，相對濕度為45%-75%，預(yù)處理時(shí)間至少24小時(shí)。因?yàn)樗芰喜牧显诓煌沫h(huán)境下會(huì)有不同的耐燃燒性能，以及不同的火焰蔓延能力和自熄滅能力，為確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并便于試驗(yàn)結(jié)果的追溯，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求進(jìn)行預(yù)處理，特別是鋪底層的松木板和包裝絹紙常容易被操作人員所忽略。

3 試驗(yàn)過程

3.1 樣品選取和溫度選擇

GB7000.1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，起防觸電保護(hù)的絕緣部件需要做溫度為650℃的灼熱絲試驗(yàn)，需注意的是該部件是在產(chǎn)品中不起固定帶電體部件就位的作用，標(biāo)準(zhǔn)另外有規(guī)定如果是起固定帶電體部件作用的絕緣件，則需要做針焰試驗(yàn)。因而在試驗(yàn)開始前應(yīng)當(dāng)熟悉產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，再做出正確的判定。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)特別注意有些國家對燈具安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)溫度值并不是650℃，如澳大利亞的燈具安全標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定該試驗(yàn)溫度是750℃。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)根據(jù)產(chǎn)品的銷售區(qū)域選擇合適的試驗(yàn)值。試驗(yàn)時(shí)，需選取合適大小的部件進(jìn)行試驗(yàn)。樣品在安裝時(shí)，需要注意受試表面的平面是垂直的，且應(yīng)使灼熱絲的頂部能夠施加到受試樣品的中心位置，在施加灼熱絲試驗(yàn)之前，要使樣品保持與灼熱絲距離5CM以上或者采取隔熱措施，避免灼熱絲在預(yù)熱過程中就對樣品產(chǎn)生熱輻射，從而影響最終測試結(jié)果。

3.2 試驗(yàn)溫度控制

灼熱絲通過電路通電并加熱到標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)溫度值，在試驗(yàn)開始前應(yīng)當(dāng)注意保持這一溫度值至少穩(wěn)定60秒，且溫度前后的變化值不應(yīng)超過5K。如果剛到達(dá)試驗(yàn)溫度值就開始施加到受試樣品上，此時(shí)灼熱絲可能還在升溫過程中，容易導(dǎo)致實(shí)際溫度高于試驗(yàn)溫度值，從而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 熱電偶對試驗(yàn)的影響

試驗(yàn)開始前，必須清除灼熱絲頂部可能存在的前次試驗(yàn)殘留物，并確保熱電偶可靠地與灼熱絲接觸。灼熱絲是由控制器通過熱電偶監(jiān)測溫度值來控制電路加熱的，如果熱電偶與灼熱絲接觸不良，會(huì)導(dǎo)致灼熱絲的實(shí)際溫度比熱電偶的設(shè)置溫度更高，相當(dāng)于加嚴(yán)進(jìn)行測試，很容易導(dǎo)致原本合格產(chǎn)品被誤判為不合格。相反，如果灼熱絲的頂端有殘留物，會(huì)造成實(shí)際施加在樣品上的溫度比試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定的溫度值更小，相當(dāng)于放松了標(biāo)準(zhǔn)中的要求，容易導(dǎo)致不合格的產(chǎn)品誤判成合格，造成產(chǎn)品有安全隱患。

3.4 試驗(yàn)箱箱門是否關(guān)閉

在試驗(yàn)過程中，有的操作人員為節(jié)省時(shí)間或?qū)?biāo)準(zhǔn)理解不到位，經(jīng)常忘記關(guān)閉試驗(yàn)箱門或者關(guān)閉不及時(shí)。這樣的操作錯(cuò)誤在于：一方面開著試驗(yàn)箱門，不能避免空氣對流對試驗(yàn)樣品的影響，對流風(fēng)會(huì)加速灼熱絲及試樣樣品的散熱，不能很好的保持試驗(yàn)溫度，影響燃燒著火點(diǎn)，從而相當(dāng)于放松了標(biāo)準(zhǔn)的要求。但另一方面，開著試驗(yàn)箱門會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)箱內(nèi)氧氣量相對充足，會(huì)導(dǎo)致燃燒的被測樣品不容易熄滅，加長了試樣的著火時(shí)間，這又相當(dāng)于加嚴(yán)了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。故而試驗(yàn)過程中，在樣品放置好后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉試驗(yàn)箱門，以免影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

灼熱絲試驗(yàn)是安規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中相對比較“精細(xì)”的試驗(yàn)，也是普遍用于檢測電工電子產(chǎn)品材料阻燃判斷的重要測試項(xiàng)目，影響測試結(jié)果的因素有很多，除設(shè)備及裝置因素外，但有許多隱形因素能夠影響最終試驗(yàn)結(jié)果，包括操作者的人為因素也很突出，必需引起重視。了解上述分析的各個(gè)影響因素，結(jié)合測試人員的培訓(xùn)和練習(xí)，才能正確做好灼熱絲試驗(yàn)，提高測試結(jié)果準(zhǔn)確性，更有助于提高燈具等相關(guān)電子電氣產(chǎn)品的安全質(zhì)量水平。