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2019/11/23,1,温升试验,家用电器产品在正常使用中都会发热，导致器具本身及周围环境温度升高。原因有：(1)电动器具的发热，主要是由线圈、绕组、铁心引起。(2)电热器具是利用发热体发出的热量来完成一定的功能，这种发热除了能实现一定的功能外，也对周围环境造成不良的影响。(3)对其他的一些电器，由于各种器件工作（如：机械零件的摩擦、电子元器件工作电流等），也同样存在发热和温升问题。,2019/11/23,2,温升有两方面的含义：方面是指电热器具和制冷器具的升温和降温特性；另一方面则是指非功能性发热的器具及其部件在工作过程中的发热情况。,2019/11/23,3,温升试验目的,家用电器的发热试验是评价产品的发热所造成的不良影响，避免发生过热和着火的危险。家用电器发热所造成的影响主要有以下几方面：(1)影响绝缘的使用寿命。电气绝缘的材料有相应的最高容许工作温度,使用温度超过额定值8，其寿命将缩短一半。如A级绝缘在100温度下可用8年，若在超出此温度8下使用，寿命将减为4年。(2)影响电气元件的正常使用。(3)塑料受热变形。(4)外表而温度过高。(5)造成周围环境过热。,2019/11/23,4,2019/11/23,5,温升试验要求,1电动类器具，不同的工作制下温升试验方法是不同的（1）8小时工作制和不间断工作制在8小时工作制和不间断工作制下，电器的稳定温升只与发热的功率有关，而与电器的初始温升无关，所以试验可从冷态开始，也可从热态开始。这里，所谓的稳定状态，一般针对电动器具而言，当运行到需测量部位(点)的温度每小时变化小于1时，则认为达到稳定状态。如电风扇在连续运行34h后，便可认为已达稳定状态。（2）短时工作制短时工作制是从冷态开始的，这种工作制在很短的通电时间内电器达不到稳定温升就开始冷却到周围空气温度。所以试验要从冷态开始按额定工作时间要求运行电器。如搅拌器一般最长工作时间为1min，之后立即进行温度测量。（3）断续周期工作制断续周期工作制下，因为电器经多次工作周期工作后最终将达到稳定状态，所以应按其连续的工作周期，在温升达到稳定状态后进行测量。,2019/11/23,6,温升试验要求,2电热类器具，按各自器具充分发热条件工作所需的时间来考虑温升上限,2019/11/23,7,温升限值要求,2019/11/23,8,温升的测量一、家用电器测试中常用的测温方法冰箱的降温特性、电机绕组的发热和电热器具的加热性能等家电测试项目的进行都离不开温度测量。事实上温度是家用电器测试中除电气参数外最常检测的物理量。温度测量方法是多种多样的，在家用电器测试中经常使用的测温方法有三种：热电阻测温热敏电阻测温集成温度传感器测温,2019/11/23,9,(一)热电阻测温1.热电阻温度传感器原理及结构金属原子最外层的电子能自由移动，当施加电场作用后，这些无规则移动的电子将按一定的方向移动，从而形成电流。随着温度的增加，电子和离子的热运动加剧，电子之间、电子与振动着的金属离子之间的碰撞机会随之增加，致使电子的定向移动受到阻碍。这表现为金属体的电阻率增大。若金属导线在温度为T0时的电阻为Ro，则它在温度为T的电阻RT可由下式求出：,2019/11/23,10,式中，温度系数和的单位分别为K-1和K-2，值比小三个数量级。在变化不大时，上式中最后一项可忽略不计，这时金属导线的灵敏度为,式中，R=RT-RT0；T=T-T0。显然，灵敏度s与及R0有关。铂、镍、金、银和铜的温度系数分别为0.0039、0.0068、0.0040、0.0041和0.0043。工程上大多使用电阻值稳定、重复性好的铂丝和铜丝温度计。温度计用的热电阻传感器的电阻值是标准化的，在0时为100或50。铂丝温度计r的测温范围大约为-200750,2019/11/23,11,图是铂丝温度计的结构图,在空气中测温,其时间常数约为1min。,2019/11/23,12,第三章家用电器一般通用性能的测试,2测量电路电阻温度计的测量电路，最常用的还是电桥，如图所示。,2019/11/23,13,第三章家用电器一般通用性能的测试,R1、R2、R3和热电阻Rt组成电桥的四个桥臂。Rref和R0是锰铜电阻。其阻值分别等于电阻温度计的起始温度(如O)及满度(如100)时电阻值。在开关K分别接在“l”和“3”，并调好零(调R0)及满度(调RF)后，开关K接在“2”，便可进行测温。,2019/11/23,14,第三章家用电器一般通用性能的测试,下图是两种测温电桥的三线连接法。三线连接法可以消除连接导线随温度变化的影响,2019/11/23,15,第三章家用电器一般通用性能的测试,为此人们又设计出了四线连接法，如图所示:四线连接法中,电位器中心触点电阻与检流计串联,不影响测温准确度。,2019/11/23,16,第三章家用电器一般通用性能的测试,(二)热敏电阻测温1热敏电阻传感器原理在半导体材料中，原子核对价电子的约束力要比金属材料中的大，因而其中的自由载流子数量相当少。当温度升高时，载流子就会增多，半导体的电阻也随之下降。利用半导体的这个性质，采用重金属氧化物(如锰、钛、钴、镍等)或稀土元素氧化物的混合技术。并在高温下烧结成特殊电子元件，可以用来测量温度。按照上面所讲的技术与工艺制成的球状，片状或圆柱状的敏感元件称为热敏电阻。,2019/11/23,17,第三章家用电器一般通用性能的测试,负温度系数热敏电阻(NTC)的阻值R和温度T之间的关系可近似表示为,式中为材料常数；RT(R0)为温度T(T0)时的电阻()；T(T0)是热力学温度(K)，由上式可求得灵敏度为,随着温度的增加,电阻变化将越来越小，温度系数由上式求得：,2019/11/23,18,第三章家用电器一般通用性能的测试,2.热敏电阻的伏安特性将热敏电阻接上一个恒流源，并在其两端测得端电压，便得到了热敏电阻的伏安特性曲线，如图所示。,2019/11/23,19,第三章家用电器一般通用性能的测试,该曲线分为四段：0-a段，电流小于Ia，元件功耗小，电流不足以使热敏电阻发热。相当于一个固定电阻。ab段,随着电流增加,热敏电阻功耗增加,导致电流加热,使热敏电阻自身温度超过环境温度(介质温度)。阻值下降,出现了非线性正阻区。当电流为Im时，电压达到最大值。b-c-d段的负阻区，电流继续增加时,热敏电阻本身加热更为剧烈，使其阻值迅速减小。由于热敏电阻的温度系数较大随温度升高，电阻值减小的速度超过了电流增加引起的电压上升的速度。作为测温同时,热敏电阻受工作电流的加热效要尽量小,应使热敏电阻工作在0-a段。,2019/11/23,20,第三章家用电器一般通用性能的测试,3热敏电阻温度测量电路(T一f变换器)热敏电阻温度传感器的配用测量电路仍可用电桥电路，但考虑到热敏电里的温度-电阻变换关系是非线性关系，而在显示或进一步处理测量信号时，需要的是被测非电量和测得电量间的线性关系。所以热敏电阻所配用的测量电路要解决两个问题：灵敏度；非线性校正。,如图所示，该变换器是一个振荡器，,2019/11/23,21,第三章家用电器一般通用性能的测试,其振荡频率为,用热敏电阻温度传感器测量温度的范围较宽。做成量程为-50300的温度计是很答易的。,2019/11/23,22,第三章家用电器一般通用性能的测试,(三）电流型集成温度传感器AD590电流型集成温度传感器具有互换性好、线性度好、输出电流信号可长线传输、抗电压干扰能力强、长期稳定性好以及配用电路简单等不可比拟的优点。由于以上特点，这种传感器已被广泛应用到-55155温度范围内的测温，尤其适合制冷器具性能测试中的温度测试,这类传感器中较为典型的产品便是AD590。,2019/11/23,23,第三章家用电器一般通用性能的测试,1AD590工作原理电流型集成温度传感器是一个输出电流与温度成正比的电流源。由于电流很容易变换成电压，这种传感器使用十分方便。AD590集成温度传感器的输出电流就是整个电路的电源电流，而这个电流与施加在这个电路上的电源电压几乎无关。,2019/11/23,24,第三章家用电器一般通用性能的测试,图是简化的电流型集成温度传感器的原理图，图中晶体管T1、T2、T9、T11是最关键的元件。管子旁边标注的数字是发射区的等效个数。如PNP管Tl和T3的发射区面积是T6悉的2倍；NPN管T9的发射区面积是T10、T11管的8倍。,2019/11/23,25,可编辑,2019/11/23,26,第三章家用电器一般通用性能的测试,T7、T8的工作电流来自二极管接法的晶体管T10。由于T1和T3的等效发射区个数都是2个，且二者的基极连在一起，因此，它们的集电极电流相同，都是I1。T10、T11的特性相同，集电极电流相等，T7与T8的总工作电流亦为I1，因为T8的发射区面积为T3管的一半，所以流过T8管的集电极电流(T6管电流)为0.5I1。流过T7管的集电极电流为0.5I1。,2019/11/23,27,第三章家用电器一般通用性能的测试,由上式，注意到Is9=8Is11，可以得到,由以上分析可得到，芯片总工作电流I0为,(式中,）,2019/11/23,28,第三章家用电器一般通用性能的测试,上式表明总电流I0与热力学温度T成正比，温度系数(灵敏度)为K1,如果取R6=538；K/q=0.0862mV/K，则Kl=lA/K。即被测温度的热力学温度值等于AD590两端的电流的微安值。,2019/11/23,29,第三章家用电器一般通用性能的测试,2AD590的主误差及特性AD590基本上是一个正比于热力学温度的电流调整器，输出电流就等于温度系数(灵敏度)乘以传感器所处介质的温度。灵敏度已调至Kl=lA/K。尽管AD590在-55150范围内是良好的测温元件，但也存在着测温误差。测温误差主要有校准误差和非线性。,2019/11/23,30,第三章家用电器一般通用性能的测试,校准误差是AD590测温误差的主要误差项，这项误差是系统误差，可以用标定的方法，用硬件电路或软件处理的办法加以消除。非线性也是一个主要误差源，通过配上调零与调满度(两点可调)的电路，可以使上述两项误差调至最小。,2019/11/23,31,第三章家用电器一般通用性能的测试,3AD590的测温应用下图是应用AD590测热力学温度的最简单的例子。如果R=lk，则每lmV对应1K。,2019/11/23,32,第三章家用电器一般通用性能的测试,在电冰箱降温特性出厂试验中，往往要同时采集上百台冰箱总共几百个测温点的温度，这时可用下图所示的多点温度检测电路。,2019/11/23,33,第三章家用电器一般通用性能的测试,AD590接成矩阵方式,使该电路很容易与计算机配合而形成多点自动巡回检测系统。由于AD590的输出量是电流,以CMOS模拟开关器件的电阻对测量准确度几乎没有影响。由行、列地址选通某个传感器时，便取得了个温度数据,在CPU控制下巡回选通传感器，便实现了温度的逐点采集。,2019/11/23,34,第三章家用电器一般通用性能的测试,二、温升测试在家用电器测试中，温升有两方面的含义：一方面是指电热器具和制冷器具的升温和降温特性；另一方面则是指非功能性发热的器具及其部件在工作过程中的发热情况。前者反映的是器具的使用性能；而后者反映的是器具的安全性能。在这里所讨论的温升是指后者，并且以单相驱动微电机的线圈温升测试为主要研究对象。电机中的绝缘结构材料有一个使用温度的限制极限。超过这个使用极限，绝缘材料将加速老化从而使电机使用寿命缩短，严重时还可能烧毁电机。为了保证电机正常运行，必须进行温升试验，考查电机在额定工作条件下运行时，其绕组的温度升高变化的情况。,2019/11/23,35,第三章家用电器一般通用性能的测试,(一)温升试验中的几种测温方法国家标准中规定的测量电机绕组、铁心以及其它部位温度的基本方法有三种。即温度计法、电阻法和埋置检温计法。其中埋置检温计法用于大电机测温，这里不作介绍。1温度计法这是一种最简便的直接测量温度的方法。在电机试验中经常使用的温度计有酒精温度计、半导体温度计和非埋置的热电偶或电阻温度计。用温度计法所测得的温度为被测点的表面温度，测量时应将温度计的感温部分紧贴在被测点的表面。从被测点到感温元件之间的热传导应尽可能良好。主要缺点是作为感温元件的热敏电阻，互换性较差。,2019/11/23,36,第三章家用电器一般通用性能的测试,2电阻法如前所述，金属导线的电阻随着温度的升高也相应地增加。在一定的温度范围内,其电阻值与温度之间存在一定的函数关系。应用这原理，可以通过测量绕组的电阻值来确定其温度，称为电阻法测温。用该法测得的结果是整绕组的平均温度。对于用铜导线做成的电机绕组，当温度在-50150范围内，电阻值与温度之间:R2R1=235+t2235+t1(式中Rl和R2分别代表温度为tl和t2时绕组的直流电阻值。),2019/11/23,37,第三章家用电器一般通用性能的测试,在电机未接电源之前，先测量绕组的冷态直流电阻值R1，并记录测R1时的室温tl；当电机运行一段时间后，再测量绕组的热态直流电阻R2；最后便可求得绕组运行时的温度t2。,若要求绕组的温升t，将t2减去试验结束时冷却介质的温度t0即可，即,2019/11/23,38,第三章家用电器一般通用性能的测试,若要求准确地测定电机的稳定温升，则必须测得绕组的热态电阻。其方法有两种：断电停机测量带电测量断电停机测电阻必须保证从切断电源到测出电阻之间的时间间隔不超过（国家标准规定的）20s，否则就需用外推法。,2019/11/23,39,所谓外推法，是指当电动机运行到稳定温升时，即在30min内机壳表面的温度变化不大于0.5时,将电动机从电源断开，并迅速将绕组的电阻变化测定下来，将测得的数据画成曲线，并将曲线往后延伸到时间的起始点(电机断电的那个时刻)。找到电机断电时刻的绕组电阻值R2，便可算出温升。,2019/11/23,40,第三章家用电器一般通用性能的测试,(二)电机绕组的带电测温带电测温的基本方法是将一个较小的直流测试电流叠加于绕组的交流负载电流上，从而实现不中断运行而测量绕组的电阻。所以带电测温又称叠加法测温。,如图为带电测温原理电路，当被测电机绕组中串入一个电容C时，绕组回路的阻抗可用下式表示：,2019/11/23,41,第三章家用电器一般通用性能的测试,如果XL=XC，则ZX=RX，此时电流达到最大值。电路的谐振角频率为,只要调整电容C，就可以达到串联谐振。在电桥比较臂回路和直流回路中分别串入扼流圈L1和L2(起限流作用)。用检流计G来测量，加上滤波器Z的目的是消除残余交流电流对直流检流计的影响。当电桥处于平衡时，检流计指零，并有如下关系式：,这样便在电机工作状态下测得了绕组的电阻，从而可以换算出绕组的温度。,2019/11/23,42,第三章家用电器一般通用性能的测试,（三）红外线测温仪进行非接触测温,1.红外测温仪工作原理一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。,2019/11/23,43,第三章家用电器一般通用性能的测试,2.组成红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。,2019/11/23,44,第三章家用电器一般通用性能的测试,3.红外测温仪性能红外测温仪是通过接收目标物体发射、反射和传导的能量来测量其表面温度。测温仪内的探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数显示。在带激光瞄准器的型号中，激光瞄准器只做瞄准使用。,2019/11/23,45,第三章家用电器一般通用性能的测试,4.使用红外测温仪的好处便捷红外测温仪可快速提供温度测量，在用热偶读取一个渗漏连接点的时间内，用红外测温仪几乎可以读取所有连接点的温度。另外由于红外测温仪坚实.轻巧，在工厂巡视和日常检验工作时都可携带。精确红外测温仪通常精度都是1以内。这种性能在做预防性维护时特别重要，如监视恶劣生产条件和将导致设备损坏或停机的特别事件时,可快速探测操作温度的微小变化，在其萌芽之时就可将问题解决，减少因设备故障造成的开支和维修的范围。安全红外测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标温度，可以在仪器允许的范围内读取目标温度。非接触温度测量还可在不安全的或接触测温较困难的区域进行，精确测量就象在手边测量一样容易。,2019/11/23,46,第三章家用电器一般通用性能的测试,5.应用,测量电器设备非接触红外线测温仪可以从安全的距离测量一个物体的表面温度，使其成为电器设备维修操作中不可缺少的工具。电动机-为了保持电动机的寿命期，检查供电连接线和电路断路器（或者保险丝）温度是否一致。电动机轴承-检查发热点，在出现的问题导致设备故障之前定期维修或者更换。电动机线圈绝缘层-通过测量电动机线圈绝缘层的温度，延长它的寿命。各相之间的测量-检查感应电动机、大型计算机和其它设备的电线和连接器各相之间的温度是