實(shí)驗(yàn)室工程師知識(shí)點(diǎn)分享：便攜式可見(jiàn)發(fā)光的輻射式加熱器測(cè)試角邊壁溫升試驗(yàn)的探討
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摘要：測(cè)試角邊壁溫升試驗(yàn)是便攜式可見(jiàn)發(fā)光的輻射式加熱器產(chǎn)品的關(guān)鍵試驗(yàn)，該試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中涉及的因素多，常常出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果相差較大的現(xiàn)象。本文對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了描述，對(duì)試驗(yàn)中的關(guān)鍵要點(diǎn)、注意事項(xiàng)進(jìn)行了說(shuō)明，并進(jìn)行了試驗(yàn)結(jié)果的不確定度分析。
關(guān)鍵詞：室內(nèi)加熱器；非正常工作；邊壁溫升；不確定度
引言
便攜式可見(jiàn)發(fā)光的輻射式加熱器產(chǎn)品外觀如圖1所示，該類產(chǎn)品具有熱量集中、加熱效果明顯、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)而成為備受消費(fèi)者青睞的一種室內(nèi)加熱器產(chǎn)品，該類產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)為GB4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》和GB4706.23-2007《家用和類似用途電器的安全 第2部分：室內(nèi)加熱器的特殊要求》，標(biāo)準(zhǔn)中19.110條款規(guī)定的測(cè)試角邊壁溫升的試驗(yàn)是該類產(chǎn)品Zui容易出現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的項(xiàng)目。
測(cè)試角邊壁溫升試驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，但影響測(cè)試結(jié)果的因素很多，所以常常同一產(chǎn)品會(huì)得出不同的測(cè)試結(jié)果，本文就如何保證該試驗(yàn)的正確結(jié)果進(jìn)行分析、介紹。
1 試驗(yàn)情況的描述
GB4706.23-2007標(biāo)準(zhǔn)中19.110條款指出，對(duì)便攜式可見(jiàn)發(fā)光的輻射式加熱器，要按照標(biāo)準(zhǔn)中第11章規(guī)定的條件工作，但其放置要使得輻射直接對(duì)著測(cè)試角的某一邊壁。加熱器要放置在使其防火保護(hù)罩離邊壁500mm，并且該距離逐漸增加以測(cè)得Zui高的邊壁溫度。測(cè)得的邊壁溫升不應(yīng)超過(guò)70K[1][2]。
2 試驗(yàn)注意事項(xiàng)
2.1試驗(yàn)電壓的確定
標(biāo)準(zhǔn)第11章規(guī)定帶搖頭電機(jī)的加熱器，其發(fā)熱試驗(yàn)按電熱器具工作，也就是在1.15倍額定輸入功率條件下工作；但需要注意的是，19.110條款要求加熱器的放置使得輻射直接對(duì)著測(cè)試角的某一邊壁，因而帶搖頭功能的加熱器應(yīng)在搖頭電機(jī)沒(méi)有接通的情況下工作。正確的操作流程是，先將加熱器開(kāi)到Zui大檔位并接通搖頭功能，調(diào)節(jié)電源電壓使輸入功率達(dá)到1.15倍額定輸入功率，保持此時(shí)的試驗(yàn)電壓，然后斷開(kāi)搖頭功能。便攜式可見(jiàn)發(fā)光的輻射式加熱器中搖頭電機(jī)通常為同步電機(jī)，輸入功率通常為4W左右。筆者通過(guò)對(duì)額定輸入功率為1000W、搖頭電機(jī)功率為4.4W的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)斷開(kāi)搖頭功能，但功率仍為1.15倍額定輸入功率時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果比上述方法下的結(jié)果相差2.2K。
2.2 環(huán)境溫度的確定
測(cè)試角邊壁的溫升值是測(cè)試角溫度與環(huán)境溫度之間的差值，顯然環(huán)境溫度的測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)測(cè)試結(jié)果有著直接影響。環(huán)境溫度通常采用熱電偶進(jìn)行測(cè)量，建議使用分度號(hào)為T型、允差等級(jí)為I級(jí)的熱電偶，熱電偶應(yīng)放置在被測(cè)加熱器的側(cè)面且離加熱器約1米的距離；環(huán)境溫度由于空氣氣流、溫度梯度等原因，同一位置的溫度或多或少有些波動(dòng)，因此建議測(cè)量環(huán)境溫度的熱電偶焊接在小銅片上。
2.3 Zui大溫度點(diǎn)的確定
測(cè)試角邊壁的溫度值通過(guò)貼在銅片上的熱電偶獲得。布置在測(cè)試角上的銅片是直徑約為15mm的銅片，但銅片之間的距離約為10cm，因而試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試角上Zui高溫度點(diǎn)不一定剛好落在銅片上，因此建議先用紅外線測(cè)溫儀對(duì)測(cè)試角上各點(diǎn)的溫度進(jìn)行掃描，確定Zui高溫度點(diǎn)，再調(diào)整加熱器或測(cè)試角的位置，使得測(cè)試角Zui高溫度點(diǎn)盡量處在與熱電偶連接在一起的銅片上。值得注意的是，紅外線測(cè)溫儀的測(cè)量結(jié)果只能作為參考，不能作為測(cè)試結(jié)果來(lái)使用。試驗(yàn)過(guò)程中，先將加熱器放置在使其防火保護(hù)罩離測(cè)試角邊壁500mm的位置，在得到試驗(yàn)結(jié)果之后再逐漸增加此距離，以便測(cè)得Zui高的邊壁溫升。在加熱器防火保護(hù)罩與測(cè)試角邊壁距離變化之后，測(cè)試角Zui高溫度點(diǎn)的位置可能會(huì)發(fā)生變化，需要通過(guò)前述的方法再次進(jìn)行確認(rèn)。
2.4 試驗(yàn)時(shí)間
由于木材的熱慣性較慢，測(cè)試角溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間至少1小時(shí)以上，每次移動(dòng)位置或改變?cè)囼?yàn)條件后，試驗(yàn)都需要重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
3 面壁溫升試驗(yàn)的測(cè)量不確定度分析
3.1 檢測(cè)方法說(shuō)明
按標(biāo)準(zhǔn)GB4706.23-2007中19.110條款的要求進(jìn)行測(cè)量。樣品為額定電壓220V、額定功率1000W的便攜式可見(jiàn)發(fā)光的輻射式加熱器。使用的量?jī)x器設(shè)備為DR230型數(shù)據(jù)采集儀、51II型數(shù)字溫度表和AFC-33030型交流穩(wěn)壓電源；樣品及測(cè)量?jī)x器處于（23±2）℃的環(huán)境條件下，樣品置于測(cè)試角底板；選擇偶絲較細(xì)的T型、1級(jí)允差的熱電偶，熱電偶與測(cè)試角中銅片通過(guò)焊接的方式連在一起；樣品由穩(wěn)壓電源供電，按本文第2章中試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)。用數(shù)據(jù)采集儀連續(xù)測(cè)量、記錄測(cè)試角邊壁的溫度變化，得到一溫度測(cè)量值，試驗(yàn)結(jié)束前用51II型數(shù)字溫度表測(cè)量環(huán)境溫度，據(jù)此計(jì)算出測(cè)試角邊壁的溫升，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)考慮到本文第3章提到的注意事項(xiàng)。該次溫升的測(cè)量結(jié)果為64.7K。
3.2 數(shù)學(xué)模型、方差和靈敏系數(shù)
數(shù)學(xué)模型：Δt = tmax - t
式中：
Δt——測(cè)試角邊壁的溫升，K；
tmax——測(cè)試角的試驗(yàn)溫度記錄中的Zui大值，℃；
t——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)樣品附近的環(huán)境溫度，℃。
用兩臺(tái)儀器分別測(cè)量測(cè)試角邊壁溫度和環(huán)境溫度，可使兩測(cè)量量之間無(wú)關(guān)。
方差：uc2 = c12u12＋c22u22
靈敏系數(shù)：c1==1
c2==1
所以u(píng)c2 = u12＋u22
3.3 不確定度匯總
各不確定度來(lái)源、估計(jì)值、靈敏系數(shù)等在表1中列出。
3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度
3.4.1測(cè)試角邊壁的溫度測(cè)量不確定度u1
數(shù)據(jù)采集儀示值的不確定度u11主要來(lái)源于儀器的誤差分量u111、示值分辨力誤差分量u112和熱電偶的誤差分量u113。查數(shù)據(jù)采集儀的校準(zhǔn)證書(shū)，在量程的50℃～100℃段，示值誤差δ=+0.4℃，擴(kuò)展不確定度0.21℃，包含因子k = 2,按校準(zhǔn)證書(shū)給出的誤差對(duì)示值修正后，引入的不確定度分量為u111 =0.21/= 0.12℃；采集儀示值分辨力為0.1℃，按均勻分布，引入的不確定度分量為u112 = 0.1/2=0.03℃；熱電偶的誤差估計(jì)為0.5℃, 按均勻分布，引入的不確定度分量為u113 = 0.5/2 =0.14℃；以上三項(xiàng)合成為：
u11=== 0.19℃
由于熱電偶測(cè)量用銅片處溫度與測(cè)試角邊壁的Zui高點(diǎn)位溫度可能不一致，估計(jì)該兩點(diǎn)的溫差不超過(guò)0.8℃，按均勻分布，引入的不確定度分量為u12= 0.8/2= 0.23℃；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試角邊壁與加熱器之間的距離為500mm，但實(shí)際測(cè)量中距離測(cè)量有誤差，由此產(chǎn)品的溫度差異估計(jì)不大于1.0℃，屬均勻分布，u13= 1.0/2 = 0.29℃，查閱電參數(shù)測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)證書(shū)，示值誤差δ=+0.1V，擴(kuò)展不確定度0.28V，由于試驗(yàn)電壓的影響導(dǎo)致測(cè)試角邊壁的溫度相差0.8℃，引入的不確定度分量為u14 = 0.8/2=0.23℃。
計(jì)算：
u1==0.48
3.4.2環(huán)境溫度測(cè)量值的不確定度u2
樣品附近溫度變動(dòng)引入的不確定度分量u21，溫度變動(dòng)估計(jì)約±0.8℃，按均勻分布得：u21 = 0.8/ =0.46℃；環(huán)境溫度測(cè)量?jī)x器引入的不確定度分量u22，環(huán)境溫度測(cè)量使用51II型數(shù)字溫度表，其不確定度主要來(lái)源于儀器的示值誤差分量u221、示值分辨力誤差分量u222以及熱電偶誤差u223。查數(shù)字溫度表的使用說(shuō)明書(shū)，示值誤差δ=±（0.3%讀數(shù)+1℃）,即測(cè)量點(diǎn)的誤差為±（0.003×23+ 1 ）= ±1.1℃,按均勻分布，引入的不確定度分量為u221 = 1.1/ =0.64℃；數(shù)字溫度表的示值分辨力為0.1℃，同樣按均勻分布，引入的不確定度分量為u222 = 0.1/2 =0.03℃；熱電偶的誤差估計(jì)為0.5℃, 按均勻分布，引入的不確定度分量為U223 = 0.5/2 = 0.14℃；以上三項(xiàng)合成：
u22=== 0.66℃ 。
計(jì)算u2 == 0.80℃。
3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
uc == 0.93℃。
3.6 擴(kuò)展不確定度
取kp = 2 , 則U = kp × uc = 2×0.93= 1.86℃。
3.7 結(jié)果報(bào)告
測(cè)量測(cè)試角邊壁的溫升Δt = (64.7±1.9) ℃，其中包含因子kp=2，對(duì)應(yīng)95%的置信概率。
第三方檢測(cè)認(rèn)證服務(wù)，電子電器安規(guī)EMC檢測(cè)，材料有害物質(zhì)RoHS檢測(cè)，產(chǎn)品包裝運(yùn)輸可靠性測(cè)試
技術(shù)服務(wù)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)交流、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)推廣。（除依法須經(jīng)批準(zhǔn)的項(xiàng)目外，憑營(yíng)業(yè)執(zhí)照依法自主開(kāi)展經(jīng)營(yíng)活動(dòng)）電子電器產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、新能源產(chǎn)品、汽車材料及部品，預(yù)包裝食品、金屬材料及制品、玩具、兒童用品、紡織品，服裝、鞋材、裝飾品的檢測(cè)、認(rèn)證及技術(shù)服務(wù)。
深圳市訊科標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司是一家依據(jù)ISO/IEC17025運(yùn)行的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)。我檢測(cè)中心在工業(yè)品、消費(fèi)品、貿(mào)易保障及生命科學(xué)四大領(lǐng)域，提供有害物質(zhì)檢測(cè)，安規(guī)檢測(cè)，EMC檢測(cè)，環(huán)境安全檢測(cè)，電子電器產(chǎn)品可靠性與失效分析，材料可靠性與失效分析，金屬材料、非金屬材料分析，紡織品、鞋類、皮革檢測(cè)，玩具產(chǎn)品檢測(cè)，建材與輕工產(chǎn)品檢測(cè)，汽車整車及其零部件檢測(cè)，食品、藥品、化妝品、飼料及食品包裝和接觸材料檢測(cè)，驗(yàn)貨與合規(guī)服務(wù)，審核服務(wù)，計(jì)量校準(zhǔn)...