環(huán)境溫度對(duì)機(jī)車燈最高表面溫度影響的試驗(yàn)研究

梁 博，陳凡東，陳碩鵬

（1.煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

最高表面溫度試驗(yàn)是GB 3836.1—2010規(guī)定的型式試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果用來(lái)確定非金屬材料耐熱試驗(yàn)和透明件熱劇變?cè)囼?yàn)的溫度值、劃分設(shè)備的溫度組別以及計(jì)算外殼開(kāi)蓋時(shí)間[1-4]。現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高表面溫度試驗(yàn)應(yīng)在電氣設(shè)備額定電壓的90%～110%之間，且設(shè)備達(dá)到最高表面溫度時(shí)最不利條件下進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證設(shè)備周圍空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)，測(cè)定結(jié)果按最高環(huán)境溫度進(jìn)行修正，所以該試驗(yàn)沒(méi)有要求試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度。因此檢驗(yàn)中心通常在室溫下進(jìn)行最高表面溫度試驗(yàn)，并按照最高環(huán)境溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正，以修正的結(jié)果作為最高表面溫度的最終值。然而通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度嚴(yán)重影響最高表面溫度試驗(yàn)結(jié)果,為此研究了環(huán)境溫度對(duì)最高表面溫度試驗(yàn)的影響，保證最高表面溫度試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與嚴(yán)謹(jǐn)性。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)系統(tǒng)主要由HUT210P高低溫濕熱試驗(yàn)箱、DGE18/24L礦用隔爆型LED機(jī)車燈（以下簡(jiǎn)稱機(jī)車燈）、穩(wěn)壓電源及GP20溫度記錄儀構(gòu)成。為保證空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)，將機(jī)車燈放入特制的密閉箱內(nèi)，再將密閉箱放入HUT210P高低溫濕熱試驗(yàn)箱內(nèi)[5-8]。機(jī)車燈基本參數(shù)為：①防爆型式：隔爆型；②額定功率：18 W；③額定電壓：24 VDC；④光源類型：LED；⑤環(huán)境溫度：-20～+40℃,因此試驗(yàn)電壓為26.4 VDC。機(jī)車燈測(cè)點(diǎn)示意圖如圖1，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要測(cè)量電纜引入處、電纜分叉處、外殼、驅(qū)動(dòng)、LED燈、膠粘劑以及玻璃的最高表面溫度，利用TIS20紅外熱成像儀尋找以上各位置溫度最高點(diǎn)后粘貼熱電偶[9-11]。當(dāng)每一位置的溫升變化不超過(guò)2 K/h時(shí)，認(rèn)為該試驗(yàn)達(dá)到最終穩(wěn)定狀態(tài)，記錄各測(cè)點(diǎn)的溫度。

圖1 機(jī)車燈測(cè)點(diǎn)示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果

在室溫20.3℃時(shí)各測(cè)點(diǎn)溫度經(jīng)過(guò)4 h后時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定值。設(shè)置HUT210P高低溫濕熱試驗(yàn)箱的溫度，分別獲得 39.2、30.2、10.2、1.9、-9.4、-19.2 ℃不同的環(huán)境溫度，在各環(huán)境溫度下按照試驗(yàn)方法進(jìn)行最高表面溫度試驗(yàn)，不同環(huán)境溫度下各測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)值見(jiàn)表1。

表1 不同環(huán)境溫度下各測(cè)點(diǎn)的溫度試驗(yàn)值 ℃

對(duì)表1的各測(cè)點(diǎn)溫度按照式（1）進(jìn)行修正：

式中：TX為修正后的最高表面溫度，℃；TC為測(cè)量的最高表面溫度，℃；TH為試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)環(huán)境溫度，℃。

不同環(huán)境溫度下各測(cè)點(diǎn)的修正值見(jiàn)表2。

3 結(jié)果分析

1）非金屬材料最高溫度。非金屬材料最高溫度用來(lái)確定非金屬材料耐熱試驗(yàn)數(shù)值，取同一環(huán)境溫度下電纜引入點(diǎn)、電纜分叉點(diǎn)以及膠粘劑3點(diǎn)最高溫度，非金屬材料最高溫度隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律如圖2。從圖2可以看出，非金屬材料最高溫度隨著環(huán)境溫度升高而降低，最高為65.7℃，最低為56.7℃，最大誤差為9.0℃。室溫時(shí)，最高表面溫度為59.5℃，誤差為6.2℃。

表2 不同環(huán)境溫度下各測(cè)點(diǎn)的溫度修正值 ℃

圖2 非金屬材料最高溫度隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律

2）外殼最高溫度。外殼最高溫度用來(lái)判斷外殼最高溫度是否大于150℃（Ⅱ類設(shè)備用來(lái)確定溫度組別），取同一溫度下外殼及玻璃2點(diǎn)最高溫度，外殼最高溫度隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律如圖3。從圖3可知，外殼最高溫度隨著環(huán)境溫度升高而降低，最高為59.8℃，最低為52.4℃，最大誤差為7.4℃。室溫時(shí)，外殼最高表面溫度為54.7℃，誤差為5.1℃。

3）機(jī)車燈內(nèi)部最高溫度。機(jī)車燈內(nèi)部最高溫度用來(lái)確定外殼的打開(kāi)時(shí)間，取同一環(huán)境溫度下驅(qū)動(dòng)單元及LED燈2點(diǎn)最高溫度，機(jī)車燈內(nèi)部最高溫度隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律如圖4。從圖4可知，機(jī)車燈內(nèi)部最高溫度隨環(huán)境溫度升高而降低，最高105.1℃，最低87.3℃，最大誤差17.8℃。室溫時(shí)，機(jī)車燈內(nèi)部最高表面溫度為92.7℃，誤差為12.4℃。

圖3 外殼最高溫度隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律

圖4 機(jī)車燈內(nèi)部最高溫度隨環(huán)境溫度的變

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)證明，環(huán)境溫度對(duì)LED機(jī)車燈最高表面溫度試驗(yàn)結(jié)果影響顯著，隨著環(huán)境溫度的升高，最高表面溫度呈下降趨勢(shì)；環(huán)境溫度影響最高表面溫度試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，其造成試驗(yàn)結(jié)果最大誤差為17.8℃；相對(duì)于室溫環(huán)境時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果最大誤差為12.4℃；為保證最高表面溫度試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，LED機(jī)車燈應(yīng)在其環(huán)境溫度的下限進(jìn)行試驗(yàn)。