低壓電器溫升試驗的不確定度分析

柳 松

( 遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州 遵義 563000)

0 引言

低壓電器的溫升試驗是對電器質量進行檢驗，判斷其在正常運行中，是否會因為溫度升高無法散熱，而導致零部件的損壞。根據國家質量標準要求，溫升試驗在電器的額定電流不變的情況下進行，對電器各部分進行測量，并依據外部環境的溫度，判斷電器的溫升是否通過檢測。

1 不確定度的分析及其計算

1.1 測量方法

利用感溫元件的熱電特性，將感溫元件埋在被測物體表面，把隨溫度變化的電阻值(或熱電勢)轉換為與溫度相對應的電壓信號送入數字表顯示出被測點的溫度值。其中又分為熱電阻法和熱電偶法。數字測溫儀采用熱電阻法，圖表記錄儀采用熱電偶法。

按標準要求將被測物品固定好，用絕熱材料將測溫端頭覆蓋在被測器具部位溫升最高點處，使它們牢固地緊貼在被測點的表面。接通被測物電源使器具按規定工作，通過空調器減少冷卻介質溫度的變化。試驗結束，讀出溫度最高值(圖表記錄儀可從曲線上得到)。

1.2 計算

(1)數學模型

SW 型數字測溫儀和圖表記錄儀是直接讀數，模型為

dT=T2－T0

其中:T2——結束溫度;T0——結束時環境溫度。

(2)方差和傳播系數

測量結果為和的形式，傳播系數均為1，故

1.3 不確定度分量量化的分析

(1)測量系統重復性

本文采用某次試驗中重復測量5 次帶電導體(銅排)搭接面的溫升進行不確定度的分析，見表1。

表A1－1 溫升重復測量數據

這時不確定度為:

(2)測量系統的校準

熱電偶連接圖表記錄儀一體校準。校準證書已給出置信水平95%時，包含因子k=2，擴展不確定度Up=0.2K，則標準不確定度:

(3)圖表記錄儀的A/D 轉換時間

溫度記錄儀的A/D 轉換時間設置為20ms，A/D 轉換造成的響應滯后，其不確定度為均勻分布，當溫度進入穩定區后，其顯示值等可能出現的區間寬為0.5K，則其不確定度為:

(4)測量系統的穩定性

測量系統穩定性按月穩定性計算。根據溫度記錄儀說明書，90 天和1年期的準確度分別為±0.49K 和±0.54K，算出月穩定性的標準差:

(5)電壓波動

在電源波動中，主要的影響量來自電壓波動，一般要求電壓波動在2%以內。本試驗電源通過穩壓器給樣品供電。在運行負載下，電壓波動小于1%。電壓波動呈正態分布。從大量的繞組發熱試驗總結出，發熱繞組溫度的變化隨試驗電壓的波動呈線性相關，線性度約為1.0。故試驗電源波動產生的標準不確定度為

(6)環境溫度波動

如果電器具有溫度調節功能，那么環境溫度會出現一定程度的波動，這種波動在進行空調電器試驗時較為明顯。在測量中發現環境溫度的范圍在±1K 之間。通過對環境溫度波動的數值畫出圖形表示，發現波動特征為三角分布。而通過對發熱試驗的總結得到，發熱物體的表面溫度的變化隨環境溫度波動呈線性相關，線性度約為0.75。故環境溫度波動產生的不確定為

(7)標準不確定度

2 降低不確定度的措施

2.1 溫升試驗

電器溫升指數是衡量電器質量的重要指標，溫升的測量方式很多，但對于繞組電阻的溫測主要通過電阻法進行。根據電阻溫度升高后電阻值會隨之增加的原理，電阻值和溫度的關系如式(1)所示。只要活得溫升錢的電阻值R1 和溫升后的電阻值R2，即可得到最后的溫升值θ。

式中t1—試驗開始時的繞組溫度，℃

t2—試驗結束時的冷卻介質的溫度，℃

K—銅繞組取235

上式中，熱態電阻R2需要用特殊的溫測裝置測量，但由于條件限制，在測量過程中，普通直流電橋用以測量繞組電阻時，規定應在交流電源斷開后再接贏流電橋，繞組熱態電阻就只能在電機切離電源并停車后測量。但是無論動作多么迅速。也總需要一段時間才能測取電阻的數值，而在這一段時間內，可能電機繞組的溫度已經開始下降了，因此新測出的電阻值不是運行中的電阻值，不可能正確反應運行時的溫度，而是冷卻了一段時間后的繞組溫度。

2.2 繞組電阻的測量

電器剛剛斷電時，繞組電阻溫度的下降速度很快，超過15秒后測得的溫度都存在5℃以上的誤差，因此電器斷電后的繞組電阻值不能直接測量獲得，而是要依據溫度變化的時間公式，反向推導得出，這種方法適用于缺乏繞組電阻即時測溫裝置的時候，可以方便對電器發熱線路的測量。推導熱態電阻R0 的方法有以下兩種。

在電器斷電后立刻進行溫度測量是提高溫測準確率的關鍵。根據測量標準看，應該在電機斷電后的20 秒以內完成測量，并且間隔相同的時間多次測量，測量次數超過5 次，然后根據測量值的變化量構建函數式。

以每次測得電阻值的對數值lgR1、lgR2……lgRa 為縱座標，切離斷電瞬間的時間間隔為橫座標，繪出冷卻曲線lgR =f(t)，最短時間間隔的一點切線延長哇瞽線直到與縱軸相交，即得溫升試驗結束時電機切離電源瞬間的繞組熱態電阻的對數值IgR。電機斷電瞬間的繞組電阻，也可用R =f(t)曲線進行修正。當讀數點較多時，準確度可與對數曲線法接近。

2.3 溫升計算分析

我國對電器質量的標準規定原本說明，不考慮電器的實際功率值，僅測定電器在斷電后瞬間的溫度，并加以調整。瞬間的溫度通過一定時間冷卻后的溫度根據溫度降低函數式推導獲得。而現今的標準將電器的功率值考慮在內，功率值的較小的電氣，斷電后的30 秒內讀取的溫度值均有效。而功率值超過50 千瓦的電器，則需要根據溫度降低函數式推導計算得出。

一般情況下，由于感覺環境溫度變化對溫升影響不是很大，往往容易忽視其對試驗結果的影響，但是環境溫度對受試設備的最高溫升限值有較大影響，所以可以說，環境溫度對試驗結果的判定是有較大影響的。假如設備試驗時的環境溫度較高，測出的溫升值又接近標準中規定的最高溫升限值時，就要考慮到是否要重新修正該環境溫度下的最高溫升限值了，所以我們在做電子產品設備溫升試驗時，要盡量在標準中規定的環境溫度范圍內進行，這樣才能得到相對真實的測量結果。

3 結語

溫升試驗在電器性能檢測中是十分重要的一步，它能對電器使用質量和使用時間進行衡量。從嚴格要求電器的質量指標方面來說，電器的溫升值應控制在一定的范圍內。電器的零部件和內部構造都會影響到電器的損耗，因此單純依靠質量指標進行計算的準確度較低，還是需要依據制定的溫升指標，進行多項試驗考察，才能得到可靠的結果。

［1］秦燕.淺談電器溫升在線測試的幾種方法［J］.煤礦安全，2006，(12) :42－44.

［2］陳娟.對溫升試驗分析的探討［J］.科技傳播，2012，(08) :66－67.