温升试验

第三章 家用电器一般通用性能的测试
3．AD590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=lkΩ，则每lmV对应1K。
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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。
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第三章 家用电器一般通用性能的测试
1．AD590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。
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。
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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。
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第三章 家用电器一般通用性能的测试 2．AD590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=lμA/K 。尽管AD590在-55～ 150℃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。
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温升有两方面的含义： ①方面是指电热器具和制冷器具的升温和 降温特性； ②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。
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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。
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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β 为材料常数；RT(R0)为温度T(T0)时的电 阻(Ω )；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：
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(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：
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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。
连续工作器具 连续工作至达到 稳定状态
0.94倍的最小 额定输入电压 电热部分、电动 部分在正常工作 状态
联合式器具
取最不利者 1.06倍的最大 额定输入电压
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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3～4h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。


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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
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温升限值要求
部
绕组，如 果绕组绝 缘符合 IEC60085 规定
件
温升／K
75 (65) 90 (80) 95 (85) 115 140 160 180 210
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式中，温度系数α 和β 的单位分别为K-1和K-2， β 值比α 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
来自百度文库
式中，Δ R=RT-RT0； Δ T=T-T0 。 显然，灵敏度s与α 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100Ω 或50Ω 。铂丝 温度计r的测温范围大约为-200℃~750℃
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。
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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
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——A级 ——E级 ——B级 ——F级 ——H级 ——200级 ——220级 ——250级
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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
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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。
如图所示，该变 换器是一个振荡器，
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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-50～300℃的温度计是很 答易的。
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(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-55～155℃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。
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图是铂丝温度计的结构图, 在空气中测温,其 时间常数τ 约为1min。
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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。
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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。
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。
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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。
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短时工作器具 在正常工作状态(所有 电热元件接入电路) 1.15倍的最大额定 输入功率
电热器具
按额定工作时间工作
断续工作器具 试 验 条 件 电动器具 在正常工作状态 按连续的工作周期 工作至达到稳定状态
0.94倍的最小额定 输入电压 取最不利者 1.06倍的最大额定 输入电压
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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。
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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。
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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
）
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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=538Ω ； K/q=0.0862mV/K，则Kl=lμ A/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。
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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。
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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。 a—b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。