《家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法》标准解析

标准评析《家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法》标准解析
■ 于 玲1 闫 凌1 唐 微2 徐盈利2 包晶晶2
〔1. 中国家用电器研究院；2. 中家院（北京）检测认证有限公司〕
摘 要：标准规定了家用及类似用途制冷器具负温度系数温度传感器（以下简称NTC温度传感器）的技术要求、试验方法等。

明确了绝缘电阻、交流耐压试验测试的详细测试参数，同时增加了直流耐压和耐电流两项测试以评价热敏电阻器的电性能指标；在环境试验方面增加高温工作、低温工作、高温高湿和冷热冲击试验，并且增加了水煮试验来评价传感器封装的防水特性。

关键词：家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器，可靠性，试验方法
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2021.17.034
Interpretation of the Standard Reliability requirement and test method of NTC sensors for household and similar refrigerating appliances
YU Ling1 YAN Ling1 TANG Wei2 XU Ying-li2 BAO Jing-jing2
〔1. China Household Electric Appliance Research Institute;
2. CHEARI (Beijing) Certification & Testing Co., Ltd.〕
Abstract: This paper interprets the standard Reliability requirement and test method of NTC sensors for household and similar refrigerating appliances, which specifies the technical requirements and test methods of negative temperature coefficient temperature sensors (hereinafter referred to as NTC temperature sensors) for household and similar refrigerators. It defines the detailed test parameters of insulation resistance and AC voltage resistance test, and adds two tests, DC voltage and current resistance to evaluate the electrical performance of thermistor. It also adds high temperature, low temperature, high temperature and humidity, cold and hot shock test in environmental test, and adds boiling test to evaluate the water resistance of sensor package.
Keywords: NTC temperature sensor for household and similar purpose refrigerator, reliability, test method
1 引 言
温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器，市场份额远超其他类传感器，温度传感器具有抗干扰能力强、一致性好、功能稳定、价格低廉的优点，在家用电器尤其是制冷器具中是不可或缺的一部分，负温度系数（Negative Temperature Coefficient，以下简称NTC）温度传感器是世界上采用较多的温度传感器，随着现代化水平的提高，NTC温度传感器在家电行业的应用领域进一步扩大，未来NTC温度传感器总的技术发展趋势是：进一步提高测温精度，改善互换性和可靠性，降低成本，智能化以及集
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成化。

家电领域中，NTC温度传感器广泛使用在空调、冰箱、冷柜、热水器、饮水机等设备上。

随着产业的升级发展，市场需求增加，制冷器具中变温室、各种新功能区间逐渐增多，温度传感器在制冷器具中的使用量也逐年飞速增长，可靠程度较低，可能造成用电危险以及在特定环境条件下工作能力较低，这样的NTC温度传感器的性能和可靠性程度将会决定到制冷器具功能的正常实现，影响到整机企业对传感器选择以及在市场中消费者对制冷器具的评价，因此行业愈加需要在经得起各种考验、长时间稳定工作的温度传感器，以及以此为目的评价温度传感器的相关标准。

现有的国家标准GB/T 6663.1—2007《直热式负温度系数热敏电阻器》是在无特殊产品使用场景下规范了直热式负温度系数热敏电阻器的基本性能，而当前家用及类似用途制冷器具NTC温度传感器需要补充考虑能够满足高低温和高湿度环境的使用要求，以及整机的安全要求和电源环境要求，因此进行了团体标准T/CAS 343—2019的制定。

本标准T/CAS 343—2019团体标准规定了家用及类似用途制冷器具负温度系数温度传感器的可靠性相关技术要求、试验方法等。

本标准明确了绝缘电阻、交流耐压的详细测试参数，增加了直流耐压和耐电流两项测试来评价热敏电阻器的电性能指标；环境试验方面增加高温工作、低温工作、高温高湿和冷热冲击试验，比GB/T 6663.1—2007试验温度、湿度和电压更有针对性；另外结合整机环境具有高湿度的特点，同时增加了水煮试验评价传感器封装的防水特性。

2 标准编制过程
2018年9月10日《家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法》标准编制工作立项，合肥美的电冰箱有限公司、中国家用电器研究院、青岛海尔股份有限公司、中家院（北京）检测认证有限公司等多家企业公司参加起草工作组。

2018年12月25日，工作组完成各单位现有试验验证数据的搜集整理，完成《家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法》第一次讨论稿的修改；2019年1月3日进行内部第二次讨论会议。

第二次讨论会议对标准的各个章节进一步剖析讨论和确定。

2019年1月17日，中国标协电子电器分委会组织召开了团体标准的技术讨论会，与会人员对完成本标准的第二次讨论的修订稿内容确认。

2019年1月18日，《家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法》团体标准审查会召开，评审专家组成员对标准的条文进行逐条审查，并对部分术语定义、条文表述的准确性以及编制说明等方面提出了14条意见和建议，并一致同意通过审查，经起草工作组讨论、修订后形成报批稿，报送中国标准化协会发布实施。

本标准于2019年5月5日发布实施。

3 标准创新点解读
3.1 技术要求
标准从结合整机、生产企业、市场等可靠性需求出发，在NTC温度传感器外观尺寸、基本性能参数、可靠性相关方面给出了技术要求，主要集中在绝缘电阻、交流耐压等电性能试验和高温工作、冷热冲击试验等可靠性环境试验，标准技术要求部分重点注意：
（1）可靠性相关试验前后最基本的要求是产品的基本性能参数具有一致性，无异常波动变化，这样才能够保证NTC温度传感器的测量精度，试验前后外观需要温度传感器表面光洁、无划伤、锈蚀、鼓包、裂纹、破损等可见损伤，标志清晰正确，耗散系数、响应时间等性能参数需要符合产品提供的使用要求。

零功率电阻值R和B值是NTC热敏电阻的重要
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参数，B值是NTC的属性，材料系数B值越大温度敏感指数越大，温度曲线越陡，对应着NTC温度传感器越灵敏，因此在振动、跌落、抗拉强度、弯曲强度、封装强度、盐雾、低温存储、高温存储等试验结束后要求零功率电阻值R和B值的变化率（相对初始值）应不大于3%，保证NTC传感器的基本性能无异常变化。

（2）从NTC温度传感器的整机安全要求和电源环境考虑，NTC温度传感器需要有足够的绝缘电阻以及安全范围内的漏电流，因此标准增加了对NTC 温度传感器绝缘电阻和交流耐压试验，并且要求温度传感器的规定绝缘电阻测量应不小于100MΩ，交流耐压应无击穿或飞弧现象，漏电流不超过2mA，以及评价传感器的用电安全程度。

所以在其他高温存储、低温工作、高温工作等试验后，NTC温度传感器除了需要满足零功率电阻值R和B值的要求外，也要求NTC温度传感器的绝缘电阻和交流耐压试验符合上述要求。

（3）NTC温度传感器电性能指标的考核是为了检验元器件承受过电压能力，发现可能存在的绝缘的局部缺陷、受潮及老化情况。

相比GB/T 6663.1—2007，本标准增加了直流耐压和耐电流两项测试。

本标准要求直流耐压值应满足应不小于13V，耐电流试验后功率电阻值R和B值的变化率(相对初始值) 应同样满足对应要求，保持温度传感器的性能稳定。

（4）NTC温度传感器在家用及类似用途制冷器具中的使用环境多为高低温和高湿度的环境，因此需要制定合适的环境试验评价NTC温度传感器在特定环境条件下工作或者储存的能力，标准增加了高温工作、低温工作、高温高湿和冷热冲击试验，在高湿度环境下使用要求NTC传感器封装结构良好，增加了水煮试验来评价传感器封装的防水特性。

3.2 试验方法
标准试验方法部分一方面补充完善了关于试验的一些要求和相关细节，保证试验的一致性和合理规范性，另一方面是给出了新测试项目的试验条件及相关的测试方法。

（1）试验项目和顺序。

标准中附录A给出了可靠性试验的项目和试验顺序，其一将NTC温度传感器测量性能指标测量综合为一组，在保证试验结果不受组内其他试验影响的前提下，减少样品提供数量；其次是将检测NTC温度传感器绝缘以及电性能相关试验归为一个组别，最大程度上地发现样品的缺陷，检验产品绝缘耐受工作电压或过电压的能力，进而检验NTC温度传感器的绝缘性能是否符合安全使用标准；此外，将振动、跌落等试验归为一个组别，综合考察NTC温度传感器的机械强度；其他试验单独评价NTC传感器在特定条件下的可靠性程度。

（2）零功率电阻值。

零功率电阻值的测量试验按照GB/T 66663.1 中4.5.1的要求进行测量，测量电路如图1所示，需要注意将样件较深的插入无腐蚀和非还原介质的测量槽中，靠近温度计并使零功率电阻值达到稳定读数以保证测量结果的准确性。

所有的测量应该在元件无自热的条件下（零功率条件）进行。

测试所得到的零功率电阻值应符合技术要求对应的规定。

图1 零功率电阻值测量电路
（3）绝缘电阻、交流耐压试验需要对绝缘部分施加电压，因此标准明确了绝缘电阻、交流耐压试验前的样件处理：将样件置于浓度为5%±1%的氯化纳溶液，溶液应浸没样件，引线浸入溶液不超过 100mm。

在溶液中放置10min之后进行测试。

绝缘电阻测试时将浸入水中的部分作为一个电极，所有引线连接在一起作为另一个电极，施加 500V的直流电压，持续1min后测量两个电极之间的
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绝缘电阻，测量绝缘电阻值结果应符合对应条款的技术要求。

对比GB/T 66663.1-2007相关试验中的试验条件，考虑到测试结果的准确性以及NTC温度传感器在整机回路中的电源环境，绝缘电阻试验测量时两个电极间施加的直流电压为500V。

为有效地发现局部游离性缺陷及绝缘老化的弱点，暴露设备绝缘缺陷，交流耐压试验通常在被试产品电压的2.5倍或以上进行。

交流耐压试验时，结合NTC温度传感器在实际应用中常用的电源频率情况，提高试验应力，在保护管与导线间分别施加频率分别为50Hz、60Hz，电压1800V的交流电压，各持续时间60s，试验时将试验次数提高至每个频率分别6次，每次间隔时间30s，这样可以综合考核NTC传感器绝缘可靠性程度，试验时需要观察样件无击穿或飞弧现象，试验后漏电流结果符合对应条款技术要求。

（4）直流耐压。

试验主要考核设备的绝缘介质耐受直流高电压的能力，能达到耐电强度为可靠性满足要求，出现放电、击穿或泄漏电流异常变化者则需要记录试验电压。

直流耐压试验能有效地发现绝缘受潮、脏污等整体缺陷。

为保证将样件置于5℃±0.1℃的液态恒温槽中，保证实验结果不受外界环境温度等影响，在引线两端施加直流电压（在5S内从5V升到12V）并保持5min，观察通过热敏电阻的电流，若5min内热敏电阻不被击穿，则按照5S 内增加1V电压并保持5min的方式继续测试，直到热敏电阻被击穿，记录未被破坏时的最大电压值，试验后样件应符合相应技术要求。

试验过程中需要注意升压的速度要均匀，让被试产品上的电荷慢慢积累，升压时，随时监视电压表和电流表的情况进行升压。

（5）耐电流。

为进一步评价NTC温度传感器的电性能指标，考核传感器短时耐受电流的承载能力，除了直流耐压试验，本标准还增加了耐电流试验，在规定的电压范围内，将样件置于25℃±0.1℃的恒温槽中，控制试验条件，保证试验环境的一致，进一步保证试验结果的准确性，施加10mA的恒定电流并维持10s，试验后样品零功率电阻值R和B值变化率应在标准要求内。

（6）机械可靠性相关试验。

NTC温度传感器在制冷器具中可能受到压缩机以及外部试验环境产生的机械条件影响，因此标准考核了传感器振动，跌落以及结构抗拉和弯曲强度等试验。

振动：NTC温度传感器在实际应用的环境中可能受到振动的幅度和频率都较低，如冰箱中温度传感器可能受到底部压缩机工作产生的机械振动等，选择扫频振动合适的试验条件即可以评价传感器振动条件下的可靠性，试验时参考GB/T 2423.10进行试验，试验条件最终确定为：扫频振动：频谱变化为10Hz-55Hz-10Hz；振幅：1.5mm；轴向：X、Y、Z 3轴；时间：每轴循环25mm。

跌落：使用NTC传感器的家用制冷器具设备高度一般都在1.5m左右，结合温度传感器在选择跌落高度为1m，跌落地面的条件为30mm、木地板材质，跌落5次。

抗拉强度：NTC温度传感器在安装应用过程中会有受到拉力拉拽的情况，这样就要求传感器探头和导线尤其两者的连接部分具有可靠的抗拉能力，试验时在距离传感器探头尾部100mm处，沿传感器导线伸出方向对导线施加20N的拉力并保持1min 后，试验后进行零功率电阻值R和B值的测量，结果符合相应条款技术要求。

试验示意图如图2所示。

需要注意的是实际样品引线长度不足100mm时，试验需要以实际样品为准。

图2 抗拉试验示意图
弯曲强度：试验的主要目的是在抗拉强度试验外，考察样品在外加载荷时的机械特征，进一步考察传感器的耐用性和寿命，主要分为两种情况，一种是施力方向与导线伸出方向成直角即90°，试验时将传感器探头固定，在距离传感器探头尾部100mm处，对
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引线施加40N的拉力，并使其与传感器导线伸出方向呈90°夹角进行1次弯折；另一种是施力方向与导线伸出方向成60°，将传感器探头固定，在距离传感器探头尾部100mm处，对引线施加5N的拉力，并使其与传感器导线伸出方向呈 60°夹角进行50次弯折。

试验示意图见图3。

因为实际传感器在应用时导线伸出方向呈锐角比弯折成直角的可能性更大更加常见，因此一次弯折90°的试验只进行一次，弯折60°的试验进行50次，试验的严酷程度能够评价传感器的可靠性程度。

试验时长度不足100mm时以实际样品为准。

弯曲试验示意图如图3 。

图3 弯曲强度试验示意图
（7）环境可靠性相关试验。

NTC温度传感器可靠性关系着家用制冷器具的功能可靠性乃至寿命，更决定着使用者对整机产品的使用感受和评价，因此需要更有针对性地考核NTC温度敏感控制器的存储工作等条件下的环境可靠性，标准中相关的环境试验对温度、湿度和电压进行了规定，明确了试验的要求：
1）低温储存和高温储存：针对NTC传感器长期在低温或低温的环境中运输或存储的条件下，即不通电状态下标准最终确定试验时温度的严酷程度，将低温存储试验设置为-40℃±3℃，高温存储试验温度设定为85℃±3℃，试验时长为1000h，试验后取出后在15℃~35℃空气中放置2h恢复并进行相关性能参数的测定试验，并对标准要求进行判定，试验的温度和时间能够达到使产品长期承受低温或者高温的情况，试验基本模拟了实际高低温的储存状态。

2）NTC温度传感器在整机条件下会经受多种多样的环境条件，因此标准增加了在NTC传感器工作状态下环境可靠性的考核，试验类型包括低温工作、高温工作、高温高湿、冷热冲击等，以及增加煮沸试验进一步评价传感器外部封装的防水特性。

例如冰箱等制冷器具中，NTC传感器长期在低温环境下工作、夏季和冬季在不同的气温条件或长期浸在有液体的环境下工作的情况等，因此对应特定条件下的可靠性评价是有必要的，该标准规定，表1所示环境试验时均需要用5.1KΩ作为限流电阻，接入5V 直流电路，搭建试验电路。

4 结 语
团体标准T/CAS 343—2019《家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法》规定了NTC温度传感器外观尺寸及试验要求，并对应技术要求规定了NTC温度传感器试验条件及相关的测试方法。

通过此标准的制定，可以有效地评价NTC传感器可靠性。

标准T/CAS 343—2019《家用和类似用途制冷器具用N TC温度传感器可靠性要求和试验方法》的制定，填补行业家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法的标准空白，也为其他类型产品使用的NTC传感器可靠性考核提供参考；对于整机企业，可以为其选购优质产品提供技术支撑方案，或者对已采购产品进行测试评价，进一步提升整机质量和寿命；同时，对温度传感器生产企业，可以作为对产品品质考核提供测试依据，提升产品质量控制。

本标准的制定推动了行业发展，对提升行业整体竞争力具有重要意义，该标准规范并有效指导NTC温度传感器行业的有序发展，保证产品性能、质量，保障用户权益。

于玲，闫凌，唐微等：《家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法》标准解析
表1 环境试验说明
参考文献
家用和类似用途制冷器具用NTC温度传感器可靠性要求和试验方法：T/CAS 343—2019[S].
直热式负温度系数热敏电阻器: GB/T 6663.1-2007[S].
一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差: GB/T 1804—2000[S].
电工电子产品环境试验 概述和指南: GB/T 2421.1[S].
环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc：振动（正弦）: GB/T 2423.10-2019[S].2019.
电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ed:自由跌落:GB/T 2423.8-1995[S].
电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ka:盐雾试验方法: GB/T 2423.17-2008[S].
蒋朝伦,徐尚炎,唐勇. NTC热敏电阻器和NTC温度传感器的性能与应用及其发展[C].中国电子元件行业协会敏感元器件与
传感器分会、东北微机电系统（MEMS）研发联合体、黑龙江大学、中国电子科技集团公司第四十九研究所:中国电子元件行业协会敏感元器件与传感器分会,2004:5.
作者简介
于玲，高级工程师，主要从事家用电器核心零部件的标准化、检测、认证、方法的研究及非标测试方法、测试系统的研发等。

闫凌，高级工程师，主要从事家用电器标准化研究。

唐微，助理工程师，主要从事家用电器产品用零部件类产品安全、性能测试。

徐盈利，助理工程师，主要从事家用电器关键零部件产品非标测试方案设计、方法验证等方向的研究。

包晶晶，工程师，主要从事家用电器用关键零部件类产品安全、性能测试及非标项目方法的研究。

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