[摘要] 本文針對(duì)冰箱性能測(cè)試用試驗(yàn)包的凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試中使用的熱電偶和鉑電阻進(jìn)行了大量的比較試驗(yàn)，并結(jié)合其特性進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析，#終確定選擇熱電偶進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試是合適的。
一、背景
國(guó)內(nèi)冰箱行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，冰箱性能試驗(yàn)用模擬負(fù)載經(jīng)歷了直接用牛肉、少量進(jìn)口試驗(yàn)包、國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)包幾個(gè)階段。GB/T 8059-2016雖然規(guī)定了試驗(yàn)包的成分及配比，但是對(duì)各種成分的偏差范圍未做明確限定。標(biāo)準(zhǔn)中說(shuō)明a）型試驗(yàn)包熱學(xué)性能（凍結(jié)點(diǎn)-1℃）相當(dāng)于瘦牛肉，b）型試驗(yàn)包熱學(xué)性能（凍 結(jié)點(diǎn)-5℃）沒(méi)有提出熱學(xué)性能相當(dāng)?shù)淖匀晃镔|(zhì)，由于熱學(xué)性能的測(cè)定較困難，對(duì)凍結(jié)點(diǎn)的偏差范圍也未做明確限定，所以試驗(yàn)包制作過(guò)程中的成分比例控制與制作工藝隨意性很大，由此造成試驗(yàn)包的熱學(xué)性能偏差較大，使得冰箱性能測(cè)試的準(zhǔn)確性差、一致性差，對(duì)冰箱生產(chǎn)的品質(zhì)控制及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)造成不利影響。b
根據(jù)多年來(lái)形成的慣例，一般凍結(jié)點(diǎn)上下偏差0.5℃ 即為合格。事實(shí)上凍結(jié)點(diǎn)上偏差0.5℃，試驗(yàn)中就會(huì)減少全部試驗(yàn)包降低0.5℃所需要的冷量，減少降溫所需要的時(shí)間。同理，凍結(jié)點(diǎn)下偏差0.5℃，就會(huì)增加試驗(yàn)中的冷量，增加降溫時(shí)間。所以使用凍結(jié)點(diǎn)偏差較大的試驗(yàn)包進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響也是明顯的。
基于此背景，本文計(jì)劃研制以凍結(jié)點(diǎn)溫度為特性值的試驗(yàn)包標(biāo)準(zhǔn)樣品，并以凍結(jié)點(diǎn)溫度為關(guān)鍵特性參數(shù)。如何能夠準(zhǔn)確測(cè)量出試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)溫度，對(duì)冰箱性能測(cè)試起著關(guān)鍵作用。目前冰箱性能測(cè)試用一只熱電偶預(yù)埋試驗(yàn)包內(nèi)部制成M包，用于監(jiān)測(cè)溫度。但即使是#高精度的熱電偶也有0.5℃偏差，因此，使用熱電偶對(duì)試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，理論上無(wú)法滿足較高的精度要求。在眾多的溫度測(cè)量裝置中，鉑電阻的精度和穩(wěn)定性均優(yōu)于熱電偶，對(duì)于需要高精度的溫度測(cè)量，一般都采用鉑電阻，因此，鉑電阻被確定為理想的溫度測(cè)量裝置�；诶碚摲治龊蛯�(shí)際需要，在試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試方法的研究中，確定使用鉑電阻和熱電偶進(jìn)行比較分析測(cè)量。
二、熱電偶與鉑電阻的特性分析及確定
在電氣領(lǐng)域的檢測(cè)中，常用的測(cè)溫裝置有熱電偶和鉑電阻。熱電偶是電氣領(lǐng)域中溫升試驗(yàn)常用測(cè)溫裝置，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8059-2016中描述的M包，也指出使用熱電偶等作為溫度測(cè)量裝置。與熱電偶相比，鉑電阻穩(wěn)定性更好，精度更高，由于試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)溫度要求的偏差較小，在試驗(yàn)#初鉑電阻被認(rèn)為是測(cè)量試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)溫度的理想測(cè)溫裝置。#終確定在進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試試驗(yàn)時(shí)使用熱電偶和鉑電阻兩種測(cè)溫裝置，便于分析比較。GB/T 16839.1-2018表12中給出了熱電偶允差，參考G B 4706.1-2005第11章中的11.3條中提到，溫升由細(xì)絲熱電偶確定，同時(shí)注1中指出，細(xì)絲熱電偶是指線徑不超過(guò)0.3mm的熱電偶。因此，#終確定使用AWG30線徑約為0.25mm的1級(jí)T型熱電偶。根據(jù)JB/T 8622-1997《工業(yè)鉑熱電阻技術(shù)條件及分度表》，鉑電阻劃分為A、B二個(gè)等級(jí)，實(shí)際常用1/3B、A、B三個(gè)精度等級(jí)。考慮到實(shí)際試驗(yàn)中常用的鉑電阻，暫時(shí)確定在試驗(yàn)時(shí)使用直徑為4mm長(zhǎng)為40mm的A級(jí)Pt100鉑電阻。
三、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
使用-1℃的低溫槽對(duì)熱電偶和鉑電阻進(jìn)行校準(zhǔn)，滿足要求后將熱電偶和鉑電阻分別插入同一批次的兩個(gè)試驗(yàn)包中。使兩種測(cè)溫裝置的頂部位于試驗(yàn)包的幾何中心處，放入環(huán)境溫度為-24℃的低溫環(huán)境中進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試。初次測(cè)量，熱電偶的測(cè)量結(jié)果高于鉑電阻測(cè)量結(jié)果約0.5℃，與預(yù)期結(jié)果偏差較大。初步分析，可能是試驗(yàn)包自身偏差導(dǎo)致，因此再次使用相同的熱電偶和鉑電阻，插入同一個(gè)試驗(yàn)包的幾何中心處重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，以消除試驗(yàn)包自身偏差影響，但熱電偶的測(cè)量結(jié)果仍然高于鉑電阻測(cè)量結(jié)果約0.5℃。從理論上分析，如果是經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的熱電偶和鉑電阻對(duì)于測(cè)量同一種物
質(zhì)的溫度，其修正后的結(jié)果應(yīng)該相同，但本試驗(yàn)結(jié)果超出預(yù)期。為了確定問(wèn)題所在，重新設(shè)計(jì)一組試驗(yàn)。將四個(gè)試驗(yàn)包(編號(hào)為A、B、C、D)并排黏在一起，將一支鉑電阻（編號(hào)為4）從D試驗(yàn)的外側(cè)面的中心插入至A試驗(yàn)包的幾何中心處，使鉑電阻在試驗(yàn)包內(nèi)的長(zhǎng)度約為35cm（參考JJF1171-2007《溫度巡回檢測(cè)儀校準(zhǔn)規(guī)范》 中6.6.5條，校準(zhǔn)時(shí)，將裝入傳感器的玻璃管插入介質(zhì)中，插入深度不少于300mm）。并在同一試驗(yàn)包上插入兩只熱電偶（編號(hào)為7和8）如 圖1進(jìn)行對(duì)比。
將裝好鉑電阻和熱電偶的四個(gè)試驗(yàn)包(編號(hào)為A、B、C、D)，放 入-24℃的低溫環(huán)境中進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)溫度測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1。由測(cè)量結(jié)果表1和曲線圖（圖 2）可以看出，在增加了鉑電阻測(cè)溫裝置在測(cè)量物質(zhì)中的深度后，鉑將裝好鉑電阻和熱電偶的四個(gè)試驗(yàn)包(編號(hào)為A、B、C、D)，放 入-24℃的低溫環(huán)境中進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)溫度測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1。
由測(cè)量結(jié)果表1和曲線圖（圖 2）可以看出，在增加了鉑電阻測(cè)溫裝置在測(cè)量物質(zhì)中的深度后，鉑電阻與熱電偶的測(cè)量結(jié)果基本一致。
在試驗(yàn)1的基礎(chǔ)上，去掉B、 C、D試驗(yàn)包如圖2。再次放入-24℃的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2。
由試驗(yàn)2測(cè)試結(jié)果可以看出，鉑電阻的測(cè)試結(jié)果低于熱電偶的測(cè)試結(jié)果，且明顯低于試驗(yàn)1的鉑電阻-5.33℃的測(cè)試結(jié)果。同時(shí)與
本文開(kāi)頭提到初次測(cè)量時(shí)鉑電阻與熱電偶的試驗(yàn)結(jié)果相差約0.5℃的情況基本吻合。實(shí)際測(cè)試中，在按照?qǐng)D1試驗(yàn)時(shí)，可觀察到鉑電阻與7號(hào)熱電偶溫度顯示基本一致；在試驗(yàn)2中，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)，鉑電阻溫度加速下降，下降至低于7號(hào)熱電偶一定溫度，并與熱電偶溫度保持該溫度差同步下降。至此推斷，直徑為4mm長(zhǎng)為40mm的鉑電阻，由于感溫裝置尺寸比較大，受環(huán)境溫度影響嚴(yán)重，不適合用于試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)的測(cè)試。
基于此結(jié)果，考慮使用較小尺寸的鉑電阻進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)溫度的測(cè)量是否可行。專門定制了三支小尺寸鉑電阻（直徑3mm，長(zhǎng)15mm），編號(hào)為1、2、3。把鉑電阻和熱電偶插入同一個(gè)試驗(yàn)包的幾何中心處進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)3布置圖見(jiàn)圖3，結(jié)果見(jiàn)表3。編號(hào)1、2、3為鉑電阻，編號(hào)為5、 6、7、8、9、10為熱電偶。
顯示鉑電阻測(cè)試結(jié)果略低于熱電偶，但差異并不明顯。為了確定環(huán)境對(duì)小尺寸的鉑電阻是否同樣存在影響，避免不同測(cè)溫裝置之間差異的影響，進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)4，比較鉑電阻的測(cè)試結(jié)果。
在圖3的基礎(chǔ)上，按照?qǐng)D4相應(yīng)增加試驗(yàn)包的數(shù)量，使鉑電阻深入試驗(yàn)包的深度依次遞減。將圖4的所有試驗(yàn)包放入-24℃的環(huán)境中進(jìn)行凍結(jié)點(diǎn)溫度測(cè)試，結(jié)果如表4。
將試驗(yàn)3和試驗(yàn)4的鉑電阻測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，如表5。
通過(guò)比較可以看出，隨著鉑電阻的插入深度的減小，凍結(jié)點(diǎn)溫度的測(cè)量差值越來(lái)越小，再次證明環(huán)境溫度對(duì)小尺寸的鉑電阻仍然存在影響。
另外，通過(guò)對(duì)不同尺寸鉑電阻的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，即編號(hào)為1和 4的鉑電阻測(cè)試結(jié)果比較，如表6。可以看出隨著鉑電阻的尺寸減小，環(huán)境溫度對(duì)鉑電阻測(cè)量值的影響大大降低，但仍不能完全避免。
四、總結(jié)
通過(guò)上述試驗(yàn)方案，經(jīng)過(guò)多次時(shí)，鉑電阻的插入深度不能有效避免環(huán)境溫度的影響，導(dǎo)致測(cè)量值偏離實(shí)際值。
綜上，在進(jìn)行試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試時(shí)，使用熱電偶進(jìn)行測(cè)量是更為適合的。同時(shí)在制定《制冷器具試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)測(cè)試方法》時(shí)，也規(guī)定采用細(xì)絲熱電偶進(jìn)行試驗(yàn)包凍結(jié)點(diǎn)溫度的測(cè)試。
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