Brief analysis of thermal hazard and temperature rise test of information technology equipment
陈昊
广东产品质量监督检验研究院 广州 510330
摘要：本文介绍了信息技术设备的可能产生热危险的部位及危害，同时简要介绍标准GB4943.1-2011中温升测试的原理，热电偶的选用和测试方法以及测试中应注意的干扰因素。
关键词：信息技术设备；热电偶；温升测试；干扰因素；
Abstract :Is introduced in this paper information technology equipment may produce thermal dangerous parts and its harm, and make a brief introduction of the principle of temperature rise of test in standard GB4943.1-2011, thermocouple selection and test methods and test should pay attention to the interference factors.
Keywords:information technology equipment ;thermocouple;temperature rise test;interference factor
1 前言
在现代，信息技术设备的应用与我们的生活联系越来越紧密，信息技术设备的范围非常广，它包括个人计算机、电脑显示器、复印机、数码相机、电话机等常见设备、而且商业金融设备，甚至智能手环手表等新型产品都属于信息技术设备的范畴。信息技术产品在一定环境的使用过程中，其温度的来源主要有以下四个方面：电能转化成热能；机械运动摩擦产生热能；空气动力加热；周围环境的热量。本文仅就 GB4943.1-2011《信息技术设备安全第 1部分：通用技术》中发热危险及温升测试进行简要的分析。
2 温升测试的目的
设备中的半导体器件、变压器、电阻器、电容器等元器件在运行时要耗电，它们以热能形式向外散发，使设备内部温度升高，元器件温度高低直接影响其寿命，在单一故障条件下，容易造成冒烟、着火。同时致使可触及件温度升高而造成烫伤人。尤其是产品还都采用热塑性材料作绝缘和结构，绝缘材料在高温的环境中, 会发生的绝缘性能下降,甚至熔解的危险。通常，除了要测量材料的温度，我们还要测量发热器件的温度，像变压器、半导体二极管、绕组等的温度，为了保证人身安全，还要测量可能被接触到的设备外表面、把手、旋钮、夹子等等的温度
3 温升测试的方法
3.1 标准限值
GB4943.1-2011《信息技术设备安全第 1部分：通用技术》中对绕组材料、元器件的温度、接触部位的温度做了明确的规定。各部位的温升应符合下表1的规定值
温升的测试方法主要有热电偶法、热电阻法、红外测温法等。本文仅介绍热电偶法
3.2热电偶法的测试原理与选择
用热电偶测量温度，其基本原理是将两种不同材质的金属（A和B）焊接起来，形成一个闭合回路，若在 A、B 两连接点保持不同温度 T0与T1，则在环路中将由于温度差而产生温差电动势，温差电动势的值与两个焊接点温度差存在一个特定的固有函数关系，若将其中的一个焊接点作为参考点，那么温差电势的大小就只与另一个焊接点（即测温点）的温度有关。此时,根据这一对不同金属导线中的温差电势值就能显示出测量点的温度。这就是热电偶的基本工作原理，如图 1 所示。
图1 热电偶测量工作原理图
热电偶的分类有多种方法，如按热电极材料使用温度范围、热电偶结构类型、用途等分类。从热电偶电极材料来看，常见的热电偶有以下三种：
a铁/铜镍(康铜)热电偶：分度号为J，温度范围由－40℃～＋750℃，它具有稳定性好、热电动势大、灵敏度高、价格低廉等优点；
b铜/镍铜热电偶：分度号为T，测温范围由－200℃～＋350℃。特点是热电性能好，热电势与温度关系近似线性，热电势值大，灵敏度高，复制性好，是一种准确度高的廉金属热电偶；
c镍铬/镍硅热电偶：分度号为K，测温范围可至0℃～1300℃，热电动势和温度关系近似线性，且热电动势大。
常用三种热电偶主要特性如表2所示：
3.3热电偶的固定方法
试验过程中，热电偶固定的方法有：绑扎、粘接、胶粘、喷射、焊接和锡焊。
● 绑扎：测量圆形物体表面（例如：绝缘导线）时，可用细线捆扎热电偶；
● 粘接：对于散热空间很小的元部件，可用氰基丙烯酸盐粘合剂将热电偶固定于测温表面；
● 胶粘：由于用胶带粘贴固定热电偶操作简便,不受产品结构的限制,因此常用胶带固定热电偶。应注意若胶带面积过大,有可能影响小体积元器件的散热,使用胶带粘贴固定热电偶的顶点或固定热电偶丝消除其对顶点的应力时，使用的胶带要尽可能小；
● 焊接：一般来说，需要至少含铅93％、熔点超过290℃的焊料，这样，焊料在回流焊时就不会熔化。这种焊料具有良好的导热性，有助于将误差减到最小，即使在热电偶结略微脱离电路板表面的情况下也是如此。它能提供很好的机械固定性能，适用于测试电路板；
● 锡焊：对于铜质的或其它可焊的金属表面，锡焊是非常有效的固定方式。相对粘接方式，锡焊的优势就是具有更好热传导性和更牢的固定方式。需要说明的是，温度主要是在焊锡桥接的热电偶引线接点的最远端点处被感知，应避免冷焊和使用过多焊料。
3.4 温度测试点的选择
由于信息技术设备的类型千 差万别，就是同一类型的产品之间也会有很大的差 异，再加上电路设计上的不同及元器件的选用不同，被测设备的复杂程度不同，所以很难明确规定必须测试哪些元器件的发热，也很难定量规定应测试多少个测试点。需要试验人员根据具体被测设备的电路设计、工作特点、结构特点具体分析，一般考虑下面几个方面的测试点。
●跨接在初次级的元件，这些元件其温度过高引起绝缘失效将会造成电击危险。这类元 件比较多地集中在电源部分，如起隔离作用的开关、变压器绕组及其铁芯等
●功率较大、温度较高、会引起过流过热甚至着火现象发生的元器件。如电源输入回路滤波器绕组，电动机绕组、合成橡胶或聚氯乙烯塑料、绝缘的内部布线、印制板、电解电容器、继电器等，
●操作人员 可触及区域内的旋钮、把手、内外表面、外部布线。操作人员可触及的任何部位不允许有过高的温度，否则会对人身造成伤害
3.5试验结果判定
受试设备应在第2章列举的参数最不利的组合条件下保持4小时或达到稳定工作状态后开始 进行温度测量。
a）对于温度依赖型设备，T不得超过 Tmax；
b）对于非温度依赖型设备，允许使用a）的判定方法，或者，试验在制造商规定的工作范围内任何环境温度Tamb下进行，此时，T不得超过（Tmax+Tamb-Tma）。其中，T为规定实验条件下测得的给定零部件的温度；Tmax 为规定的符合试验要求的最高温度；Tamb为Tma的最高环境温度或35℃，两者中取较高者。（注：对预订不在热带气候条件下使用的设备，Tma为制造商技术规范允许的最高环境温度或25℃，两者中取较高者。）
例如：某绕组采用B级材料绝缘，标准中规定Tmax为120℃，假设室内温度最高温升限值为28.0℃，若制造厂规定的使用环境为热带气候条件（即Tma为35℃）；则折算后的最大温度值为：120+28-35-10=103℃（当使用热电偶测试绕组绝缘时，相应的温度限值应减少10K）
4结果分析
温升测试中的外界干扰因素有很多，各种变化都会对温度的测试造成影响,工程师在测试过程中应注意的影响因素和注意事项主要有以下几点
●测量仪器 测量仪器在使用前必须进行校正，在校正时本身存在不确定度的因素，该因素在实际测量时会给最终温度值带来一定的误差。
●输入条件和负载条件 一般来说，在电压低的情况下，输入电流较大；电压高，功率大，而温升主要取决于电流和功率，因此在额定电压或额定电压范围的容差两种情况下进行测 量即可找到最大的温升。 负载条件也决定了整体功耗的大小，负载越大，整体功耗就越大， 相对每个元器件的功耗也就越大。 在温升测试中应使被测产品处于在正常情况下可能会出现的最不利于温升的负载状态。 例如打印机产品，其打印状态是相对负载最大的状态，应将打印机以最高的速度连续工作，测量其温升。
●测试环境 环境温度也是影响温度测试的一个重要因素之一，不同的元器件都有其各自的最不利因素，因此在温升测试过程中应在不同的环境下进行多次测试，充分找到每个元器件的最高温升值。
参考文献
[1]GB4943.1-2011《信息技术设备安全第 1部分：通用技术》
[2]李娟.《温升测试分析》[J]. 电信网技术 2012-10
[3]李兰芬. GB4943—2001《信息技术设备的安全》简介[J]. 信息技术与标准化 2002--9
[4]宁培一. 《手机安全测试中的温升要求及试验简介》[J]. 中国无线电 2010--5
论文作者:陈昊
论文发表刊物:《探索科学》2016年5期
论文发表时间:2016/9/5
标签：热电偶论文; 温度论文; 测试论文; 信息技术论文; 设备论文; 绕组论文; 测温论文; 《探索科学》2016年5期论文;