液晶電視機安全試驗溫升測試技術解析

韓正濤

（國家廣播電視產品質量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015）

0 引言

為保證產品對于操作人員的使用安全，中國對液晶電視機產品實行CCC認證檢測的市場準入制度。目前，液晶電視機按照認證規(guī)則要求劃歸入CCC認證的0808類別，其安全性能的檢測依據GB8898—2001《音頻、視頻及類似電子設備安全要求》[1]。筆者將就液晶電視機在CCC認證檢測安全試驗中的溫升測試技術進行解析。

1 液晶電視機溫升測試方法

1.1 概述

按照國家標準GB8898—2001要求，液晶電視機在進行溫升測試時[1]，應在溫度為15～35℃，相對最大濕度為75%的環(huán)境中進行。測試時，應將樣品放置在有前開口的木制試驗箱中，位于距試驗箱前邊緣5 cm處，而且沿側面和頂面要有1 cm的自由空間，在樣品后面要有5 cm的深度空間。如果生產商提供的說明書中規(guī)定了樣品工作狀態(tài)，也可以將樣品按照制造廠商的規(guī)定放置。一般而言，為了給消費者更明確的指導，生產商都附帶了詳盡的說明書，故在進行液晶電視機的溫升測試時，應按照說明書要求，將樣品在規(guī)定的條件下豎立放置，以保證樣品內部實現(xiàn)正常的熱對流。液晶電視機溫升測試點的選擇按照國家標準要求主要考慮如下5個方面：1）可觸及零部件的溫升；2）除繞組外提供電氣絕緣的零部件；3）用做支架或機械隔板的零部件；4）繞組；5）不受上述部件限值限制的零部件。

以上要求具體到液晶電視機，在進行溫升測試時，需要進行考核的溫度測試點基本包括：1）機殼；2）機外電源線；3）機內電源線；4）可觸及按鈕及把手；5）初級濾波電感器繞組和骨架；6）初級整流橋堆或其下PCB；7）初級整流電路后濾波電容外殼或其下PCB；8）初級功率三極管或其下PCB；9）變壓器繞組、骨架及鐵芯；10）次級輸出整流二極管、整流橋堆或其下PCB；11）次級輸出電路中濾波電容器外殼或其下PCB；12）逆變器變壓器繞組、骨架、鐵芯或其下PCB；13）其他有懷疑的地方。

目前在溫度測試領域，常見的測試傳感方式一般可分為4種：熱電偶法、電阻式溫度檢測器（Resistance Temperature Detector，RTD）、熱敏電阻、積體電路式的感測器。在這4種傳感方式里面，以熱電偶法最為簡便，并且成本較低。RTD法具有準確度高、穩(wěn)定度高的特點，其他2種則由于可測試溫度范圍有限、成本較高等原因不適用于電子電器領域的溫度測試，故熱電偶法廣泛應用于工作狀態(tài)下的溫升測試。對于繞組的測試，由于熱電偶一般不能接觸過高電壓，并且為了保證測試的精確性，繞組的溫升測試一般采用RTD法。

1.2 熱電偶法

中國統(tǒng)一設計型熱電偶可分為S，B，E，K，R，J，T這7種標準化熱電偶，用于電子電器產品溫升測試的主要為J，T，K型。

1）鐵/銅鎳（康銅）熱電偶（J型）。測溫范圍為-40～+750℃，具有穩(wěn)定性好、熱電動勢高、靈敏度高、價格低廉等優(yōu)點，曾被UL標準體系優(yōu)先推薦。

2）銅/鎳銅熱電偶（T型）。測溫范圍為-200～+350℃，具有熱電性好、熱電動勢與溫度關系近似線性、熱電動勢高、靈敏度高、數據重復性高等優(yōu)點。

3）鎳鉻/鎳硅熱電偶（K型）。測溫范圍為0～1 300℃，它具有熱電動勢與溫度關系近似線性，熱電動勢高，適用于高溫測量等優(yōu)點。

在用于試驗室檢測時，如圖1所示，熱電偶應按照CTL-OP108《關于熱電偶的制備、安裝、延伸和使用的實驗室程序》[2]中推薦做法制備：

圖1 熱電偶制備示意圖

1）剝去內絕緣層直至距離頂端約1.5 mm處。

2）剝去外絕緣層（如有）直至距離頂端約15 mm處。

3）頂端通過點焊連接。

在對液晶電視機的溫升測試中，應供給樣品額定電壓的0.9倍或1.1倍的電源電壓，為樣品輸入標準的音視頻信號，保證樣品為正常額定并且最不利的工作狀態(tài)。一般電源端采用穩(wěn)壓電源供電輸出至輸入參數監(jiān)測設備，再連接至被試樣品，與此同時，供以標準信號源，如圖2和圖3所示。

圖2 標準信號源（照片）

圖3 被試樣品在標準信號下的工作狀況圖（照片）

測試之初，應根據電路圖結合被試樣品進行線路分析，預估溫度偏高位置并做記錄。按照上述條件使樣品工作約4 h后，斷開其供電電源，迅速拆開外殼，用紅外測溫儀進行溫度排查，找出溫度偏高點，結合線路分析得出預估測試點，確定溫升測試點。

確定溫升測試點之后，將溫度記錄儀的熱電偶布置在相應的測試點處，熱電偶的固定方法有綁扎、粘接、噴射、焊接和錫焊。

1）綁扎。用細線綁扎，主要用于圓形物體的表面溫度測量，比如導線絕緣，需要注意的是，在測量導線絕緣時，需要切開絕緣層，但不可接觸導體，然后將熱電偶埋置于絕緣層中測試。

2）粘接。這種方法是最通用的，根據粘接用膠的性質可粘接在許多物質表面，適用性很廣，一般采用膠水加催化劑的形式達到快速粘接的目的，這種方法操作快速，另外，為了保證粘接的牢固性，粘接之前應將熱電偶先固定在位。

3）焊接和錫焊。對于可焊性表面，可采用焊接的方式，這種方法具有極好的導熱性。

4）噴射。熱電偶通常布置在測試點表面的微凹處，以保證測試的準確性，在這種情況下，熱電偶的接點可處于凹陷處，其上噴射金屬粉末。

1.3 RTD法

除上述可以用熱電偶法監(jiān)測的位置外，還需要對變壓器的繞組溫升進行測試，由于變壓器繞組在樣品工作時一般屬于危險帶電零部件，所以不適宜于用熱電偶直接測量。變壓器繞組的溫升測試一般采用RTD，即電阻法測量，如圖4所示。用焊接法將變壓器的繞組引出至方便測試的位置，在斷電狀態(tài)下測試繞組的電阻R1（冷阻，常溫狀態(tài)下的阻值），R2（熱阻，樣品工作至溫度恒定時的阻值）。基于電阻的阻值隨溫度變化而變化的原理，R1測試時由于溫度恒定，可直接測得，而R2由于斷電瞬間繞組溫度立即開始下降，導致阻值也開始變化，所以R2的測量一般是用四線法測出，通過線性回歸法計算得出。繞組的溫升值應當按下列公式進行計算[3]

式中：式（1）表示對銅導線繞組，式（2）表示對鋁導線繞組。ΔT為溫升值，R1為試驗開始時繞組的電阻值，R2為試驗結束時繞組的電阻值，T1為試驗開始時的室溫，T2為試驗結束時的室溫。

2 液晶電視機溫升測試過程

測試開始后，將變壓器繞組通過焊接引線引至方便測試的位置，測試冷阻R1并做記錄。按照確定的溫升測試點進行布置，為減小測試手法對測試結果的影響，應將熱電偶的接點盡量垂直并觸及測試面，如圖5所示。

圖5 熱電偶布置圖

布置完成后，應將樣品外殼按照原設計安裝，恢復裝配狀態(tài)。調節(jié)供電電源輸出電壓至額定電壓的1.1倍，供給標準信號，使樣品處于正常工作狀態(tài)下，用溫度記錄儀通過熱電偶監(jiān)測溫度變化。工作至4 h或溫度達到穩(wěn)定后，斷開樣品電源，用電橋阻值測試儀測得在斷電瞬間之后的等時間段的多個阻值并做記錄，通過線性回歸法計算出斷電瞬間的阻值R2。測試結束后，使樣品冷卻至室溫，調節(jié)供電電源輸出電壓至額定電壓的0.9倍，重復以上操作。通過溫度記錄儀獲得熱電偶法測試的結果，通過線性回歸法計算獲得變壓器繞組溫升測試的結果，圖6與圖7分別為溫度記錄儀和電阻法測試結果示例。

溫升測試結束后，應根據測得的數據按照國家標準GB8898—2001要求對相應溫度監(jiān)測點的溫升值進行判定，例如絕緣材料機殼溫升限值應為60 K，而金屬機殼溫升限值應為40 K,從而得出樣品溫升測試結果是否符合要求。

3 小結

溫升測試作為液晶電視機CCC認證檢測中的重大項目，是液晶電視機本身安全性能優(yōu)劣的最大體現(xiàn)。筆者詳細介紹了熱電偶法和RTD法測試液晶電視機溫升的方法，希望對廣大液晶電視機生產商的設計者有所幫助，不斷優(yōu)化產品設計，提高產品的安全性能，為消費者提供更加有力的安全保障。

圖6 溫度記錄儀曲線圖（截圖）

圖7 電阻法測試結果圖（截圖）

[1]中國電子技術標準化研究所.GB8898-2001音頻、視頻及類似電子設備安全要求[S].北京：中國標準出版社，2001.

[2]IECEE Committee of Testing Laboratories.Laboratory procedure for preparation，attachment，extension and use of thermocouples[EB/OL].[2010-10-09].http：//www.iecee.org/ctl/operational/ctl-op-108-ed1.pdf.

[3]國家廣播電視產品質量監(jiān)督檢驗中心.音視頻及類似電子設備安全要求國家標準實施指南[M].北京：中國標準出版社，2004.