熱熔斷體保持溫度環境試驗方法探討

張 馳 莊偉瑋 孔睿迅

（1.威凱檢測技術有限公司 廣州 510663；2.廣東中創智家科學研究有限公司 廣州 510663；3.廣東省電熱組件工程中心 廣州 510663）

引言

保持溫度是體現熱熔斷體性能差別的一項重要測試。它模擬實際工作狀態，可以反映產品是否能夠穩定工作。

GB/T 9816.1-2013《熱熔斷體的要求和應用導則》中關于保持溫度Th的測試方法規定為：

“將試樣封閉在試驗箱內通以額定電流，施加的電壓應不超過額定電壓，試驗的溫度應保持在Th范圍內，歷時7 d（168 h）或制造商聲明的更長的時間。

試驗結束時，試樣應不改變其導電狀態，且無本部分含義上的損壞。”

對于條款中熱熔斷體放置的“溫度”的測量方法，存在著不同的觀點：

觀點一：把測試環境的溫度調節為制造商聲明的保持溫度，然后將待測的熱熔斷體放置在此溫度下，通以規定的負載后開始計時。

觀點二：待測的熱熔斷體通以規定的負載后，調節環境溫度，使待測的熱熔斷體表面溫度處于制造商聲明的保持溫度，然后開始計時。

這兩種觀點在實際的操作中，會建立出不同的測試環境，從而影響測試結果。本文就此進行分析。

1 兩種觀點的主要差異對比

兩種觀點最主要的差異是試驗溫度的選取方式。

假設在理想的狀態條件下，試驗的環境溫度與熱熔斷體表面的溫度是相同的。在這種情況下，兩種觀點的試驗條件是一致的。

熱熔斷體載流部件自身及不同部件銜接處都會有內阻。帶電部件只要帶有電阻，就會產生焦耳熱。電阻越大，焦耳熱越高。因此，當電流流經熱熔斷體時，熱熔斷體自身會發熱。不同企業生產的同類熱熔斷體產品結構大同小異，導致熱熔斷體出現不同溫升的情況主要取決于產品采用的材料和組裝的工藝。采用低阻值的材料，同時配以更緊密的組裝工藝，使得產品的內阻小，溫升也相應變小了。從微觀分析這種熱阻效應可以參考圖1。

在圖1中，T1為疊加了熱熔斷體產生的焦耳熱和溫箱內溫度之后的環境溫度；T2為熱熔斷體外殼表面溫度；T3為熱熔斷體熱元件（參見GB/T 9816.1-2013中3.12定義）的溫度；ΔT為熱傳播路徑上熱阻帶來的溫度差。

圖1 熱阻路徑示意圖

當熱熔斷體通以負載時，由于自身發熱，T3升高，且很難被實際測量到。同時，由于測量位置、氣體流通情況等因素（即ΔT）是無法精準測量，因此由T1來推斷T3是不合理的。在常規試驗中，一般視T2=T3。

在“觀點一”中，試驗伊始測溫設備（如：熱電偶）布置的位置不受熱熔斷體發熱的影響，這時候可視ΔT=0，T3=T1=Th。但是當通以規定的負載后，由于焦耳熱作用，T3升高成為T3’，在7d的試驗過程中，T3’>Th。因不同試樣的焦耳熱發生度不同，也就導致聲明了相同Th的試樣的T3’各不相同。

在“觀點二”中，測溫設備測量到的T2疊加了焦耳熱產生的溫升和環境溫度，調節使得T2=Th，從而使得聲明了相同Th的熱熔斷體的熱元件在7 d的試驗過程中基本一致為T3≈Th。

因此，按“觀點一”的方法試驗的結果會疊加不同熱熔斷體的整體質量差異帶來的影響因素；而“觀點二”則更傾向于聚焦在對熱元件的單一考核。

2 負載因素對試驗結果的影響

在前文針對焦耳熱對試驗的影響論述基礎上，需進一步深入對帶載試驗的影響進行分析，以助于厘清兩種觀點的內在差異。

在電氣領域標準中，對某項指標的帶載試驗常見是指試驗時對樣品施加額定電流值或額定電流值一定倍率（如1.06倍）的電流負載。而不帶電試驗一般是指試驗時對樣品通以小于5 mA的信號電流，用于監測樣品的導通狀態，如GB/T 14536系列標準中測量常規溫控器的動作溫度。

1）導致這種差異的一個因素是被測樣品的結構不同。例如：在溫控器中有專門的回路用于搭載工作電流，雙金屬片僅用于感知溫度；而在過載保護器中，電流流經雙金屬片（或雙金屬片附近的電阻絲），由于存在內阻，因此雙金屬片自身發熱，使電流變化轉化為溫度變化，從而發揮功能作用。此處流經樣品的電流大小對過載保護器的測試結果的影響相比溫控器大。

2）另一個因素是試驗的目的。一般工作狀態下的元件都是帶載的，通過加入“電應力”來還原正常工作狀態下的各種影響因素。而有些試驗為了削減不必要的“應力”，便在“單一應力”條件下考核。如GB/T 21711.1-2008《基礎機電繼電器 第1部分：總則與安全要求》中對“機械耐久性”的要求，試驗就是在“觸點不加負載”的條件下測試。（注：以電磁繼電器為例，相對觸點負載，一般電磁線圈回路所需的激勵量很小，故此處視作不帶載試驗。）因為不同于為了考核觸點失效的“電耐久性”，本項試驗的目的是驗證被試樣品（機械結構）的循環次數，與“電應力”無關。

基于上述案例，假設將熱熔斷體僅通以信號電流，調節環境溫度至保持溫度，需要考慮是否能等效于“觀點二”的試驗條件。

熱熔斷體最關鍵的部分是熱元件，圖1中T3的溫度決定了熱熔斷體導通穩定性。熱元件與載流部件相互緊貼（對于易熔合金類熱熔斷體來說，熱元件亦是載流部件），電流回路上由于內阻產生的熱量直接傳導到熱元件，因此正常工作時，熱熔斷體熱元件受自身發熱的影響是直接的：外部環境溫度與內部載流部件的發熱共同作用于熱元件。熱熔斷體在溫度的作用下，微觀層面可能發生部件老化，同時高溫導致元件膨脹，均可能導致導電路徑上電阻增大，溫度升高，并相互影響。因此，在帶載試驗時，T3并不是保持不變的，無法僅依靠“調節環境溫度”的方式來進行等效試驗。

故而，正視帶載試驗對試驗結果的影響，也即是區別兩種觀點對應用實踐與理論試驗孰輕孰重的考量。

3 產業鏈上不同環節對兩種觀點的傾向

標準的價值之一在于通過統一的表述方式呈現產品的技術規格，以利于產品的流通。因此兩種觀點的理解差異可造成產業鏈上下游對“保持溫度”技術規格表述錯位，從而影響對產品質量和型號的判斷。

1）基于生產者（熱熔斷體制造商）角度的理解

GB/T 9816.1-2013第3.3條款中定義：“保持溫度是熱熔斷體在規定條件下，規定時間內不改變其導通狀態的最高溫度。”對于生產者來說，熱熔斷體在正常使用中要保持導通狀態，避免在Th條件下發生誤動作，從而降低整機器具的返修率，提升用戶的滿意度，是其質量控制的目標之一。

為了保證能夠順利通過Th的測試，若按“觀點一”進行研發測試，生產者需聲明一個比按“觀點二”較低的Th，才能使同等規格和質量條件下的產品獲得相同的試驗結果。

保持溫度值反映的是熱熔斷體在高溫條件下持續穩定工作的能力。更高的保持溫度意味著更高的技術能力和成本，在市場中能獲得更高的定價權。生產者也就有動機為產品標稱一個更高的保持溫度。

因此，采用“觀點二”進行測試，有利于生產者適當標稱更高的Th。

2）基于用戶（終端器具制造商）角度的理解

從用戶的角度出發，目標是選擇正確型號的熱熔斷體型號來適時保護終端器具的安全。

通常狀態下，終端器具制造商會選擇在容易超溫的位置布置熱熔斷體，以防止器具的過熱產生傷害，保證其使用安全。

在確定選擇何種型號參數的熱熔斷體時，終端器具的研發工程師通過測量工程樣機上設計安裝熱熔斷體的位置的溫度來確定。此時整個電路回路上預計將安裝熱熔斷體的環節通過導線直接連接，導線的發熱可以忽略不計。若按此時獲得的溫度值，按圖索驥找到了對應保持溫度的熱熔斷體，終端整機的研發工程師希望這個熱熔斷體在裝入整機后，熱熔斷體工作時的本體溫度就是此時測得的溫度。

因此，通過“觀點二”測試獲得標稱值的熱熔斷體，會更貼合應用場景。

3）基于監管單位（檢測機構）角度的理解

從監管單位的角度出發，目標是評判熱熔斷體的質量優劣。

在實際的熱熔斷體抽樣測試中，質量好的產品與質量劣的產品之間的一個差別就是溫升的大小。如果一個熱熔斷體質量較差，內阻較大，通電后由于自身發熱，溫升較高，超過動作溫度值，即可導致誤動作。

假設存在一種極端情況，熱熔斷體自身發熱強度很大，以至于在室溫條件下通電后，T2超過了Th，那此時是否應該降低環境溫度，以使外殼溫度符合“觀點一”的要求？

由于接觸電阻等因素的客觀存在，熱熔斷體通電自身發熱不可避免，“觀點一”涵蓋考慮到了這個問題，試驗結果更能橫向判斷產品的優劣。

4 保持溫度與整機安全和性能的關聯

“保持溫度”的技術要求在于能夠維持整機正常工作，不出現非必要的停機。若“保持溫度”一項失效，導致的是終端整機無法工作，而不是帶來過熱危害的風險。這與整機安全包含的兩個基本原則：固有安全和功能安全，均關聯性不大。保持溫度更傾向屬于產品性能要求相關的參數，相對整機安全考慮，可不必強制性要求。

但是一臺裝有熱熔斷體的電熱器具依據GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》，在第19章非正常試驗中，熱熔斷體應能正常動作。同時，依據第11.8條款中要求，發熱試驗中器具的“保護裝置不應動作”：當“電熱器具在正常工作狀態下以1.15倍額定輸入功率工作”并“一直延續至正常使用時那些最不利條件產生所對應的時間”，熱熔斷體作為一種保護裝置，不得發生動作，否則判定器具不合格。

這也就鉗制了器具中熱熔斷體達到某一溫度點（動作溫度Tf）時必須動作，等于或低于另一溫度點（Th）不能動作。若一臺器具選擇的熱熔斷體Th達不到器具正常工作時的常態溫度要求，則面臨著無法上市銷售的可能。

此外，終端器具中的環境條件各不相同，相同參數的熱熔斷體在相同溫度但不同工況的條件下，其工作穩定性也不盡相同。例如對流強烈的環境對比靜止空氣環境，熱熔斷體表面溫度與環境溫度的差值將變小，使得熱熔斷體熱元件的溫度不同，從而應用效果出現差異。

因此，熱熔斷體“保持溫度”一項指標的重要性對于整機功能的完整性而言不言而喻，同時，不論是否還存在著對試驗方法的理解差異，熱熔斷體的選型都得基于實際的終端器具驗證基礎之上。

5 結論

熱熔斷體產品型號眾多，產品參數各異，而且不同企業生產的產品性能差別較大，需要通過實際試驗來進行甄別和匹配。

“保持溫度”是一項熱熔斷體保障整機穩定可靠運行的基礎技術指標，是體現產品質量優劣的關鍵所在。歸結上述分析，從應用的角度考慮，“觀點二”的試驗方法更貼合實際應用場景，符合產業的應用習慣；但從整飭行業質量秩序的角度考慮，按“觀點一”進行試驗更能反映出產品的質量優劣，有利于行業質量提升。

對于標準條款理解的差異，呈現的是技術沿革過程中，不同方案路線的分化。無論是“觀點一”還是“觀點二”，關鍵是產業鏈上形成共識，既兼顧合理的試驗方案，也要考慮實際應用情況；既要技術能力達標，也要上下游配套。