电热毯、电热垫及类似柔性发热器具测试常见问题分析

许巧云

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350003）

电热毯、电热垫及类似柔性发热器具测试常见问题分析

许巧云

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350003）

文中通过分析总结常见的电热毯、电热垫及类似柔性发热器具的温度控制原理，结合标准要求对测试过程中的常见问题进行重点讨论，以期能够为其他检测机构和相关从业人员进行测试或研发时提供借鉴和参考，并为标准修订提供思路和建议。

电热毯；控制型器具；保护电子线路；耐燃性；电火花

1 前言

文中通过总结目前常见电热毯、电热垫及类似柔性发热器具的温度控制原理，分析这些器具在标准中归属的器具类型以及这些器具的控制方式能否满足GB4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》[1］和GB4706.8-2008《家用和类似用途电器的安全 电热毯、电热垫及类似柔性发热器具的特殊要求》的要求，同时，目前各个检测机构对于电热毯面料测试的具体操作方法有很多不同的理解，笔者将对标准的相关条款进行具体分析，并提出合理、适用且具有可操作性的检测方法，为相关人员提供借鉴和参考，并推动相关检测标准的改进和修订。

2 器具类型的判断

GB4706.8-2008标准中第3章明确规定了控制型器具的定义，并且在各个章节中对控制型器具的测试条件及方法都有不同的规定，因此判断器具是否属于控制型器具是非常关键的一步。

GB4706.8-2008对控制型器具的定义为：“在柔性部件内装有感温装置的器具，该器具在正常工作情况下能随着温度变化自动调控平均输入功率[2］。”

标准明确规定了控制型器具必须满足的两个条件：（1）柔性部件内有感应温度变化的装置；（2）正常工作情况下能够根据温度的变化调节平均输入功率。

现在电热毯、电热垫及类似柔性发热器具常用的控制装置的原理主要有以下几种：一是利用感温元件感应温度后传递到控制电路，通过控制电路来调节平均输入功率；二是利用机械式的热保护器，温度一旦达到热保护器的动作值，该保护器就能够断开其所保护的电路，温度降低后恢复工作，接通电路，通过自身的通断起到调节平均输入功率的作用；三是利用发热线本身，将其中一根或几根线作为感温元件，感受温度传递到控制电路来进行控制；四是利用控制电路或程序来控制开关元件的通断，通过该类元件的通断来控制器具发热元件所在电路的通断来调节器具的平均输入功率。笔者认为，前两种情况满足了标准所要求的两个条件，可以肯定的判断，此类器具一定是控制型器具，第三种情况则有待商榷，要看实际的工作过程中，作为感温用途的发热元件感应温度变化后是否能够在正常工作过程中，根据温度变化调控平均输入功率，还是仅仅起到监控温度变化的作用，以便在非正常工作中当温度过高时，切断电路，传递信号，进行过热保护，第四种情况虽然也能够在正常工作情况中调节平均输入功率，但其所依靠的仅仅是程序控制，并未依赖感温元件传递出的温度信号进行控制，因此不满足标准的要求，不能归为控制型器具。

综上所述，在进行器具类型判定时不能仅依据该器具的工作状态或电路原理，而应结合两者特性进行综合判断，以免因为判断失误而使得检测结果遭质疑或给生产厂家带来不必要的麻烦。

3 常见的电热毯、电热垫及类似柔性发热器具的控制原理分类分析

3.1 器具通过电子式感温元件感应温度传递到控制电路进行控制的器具

在非正常工作过程中的所有保护均通过芯片或电子线路来实现，可判定相关电路为保护电子线路，需要经受19.11.3、19.11.4条的相关试验，此外22.46条中规定在保护电子电路中使用的软件应为B级或C级软件。也就意味着，这种类型的器具需依据附录R通过软件评估确定其是否合格。

但是，笔者也有遇到另外一种情况，在这种控制方式下，有些发热线的设计能够保证在温度过高时自身熔断作为过热保护措施，这种情况下是否认为器具为机械式热保护，而非保护电子线路保护？经与行业内相关技术专家探讨，主要存在两种理解方式：一种观点认为这种情况是可接受的，如果在不同样品上重复测试，发热线都能够熔断进行保护，则认为这条发热线是预置的薄弱环节，在非正常工作中能起到保护，无须依赖电子线路。另外一种观点则认为，发热线的熔断具有随机性，就算在不同的样品上重复试验能够通过测试，也不认为是可靠的保护措施。笔者认为这种保护不够可靠：首先，根据薄弱环节的定义可知，发热线作为器具的发热元件，不是设计用于在非正常工作状态下会损坏的零件，不应该被认为是薄弱环节；其次，发热线的熔断具有随机性，针对同一样品，不能保证发热线一定会起到保护。综上，笔者认为，通过电子式感温元件感应温度传递到芯片进行控制而无机械式热保护器的器具，必须要进行保护电子线路评估。常见通过感温元件传递到芯片进行控制的电路原理图（见图1）。

图1 控制电路原理图

3.2 器具利用机械式热保护器动作切断相关电路来调节平均输入功率

在非正常工作过程中的一部分测试通过该热保护器来进行保护，当需要令该元件失效来进行测试时，如果器具通过另外一个机械式热保护器来保护，则电路中不存在保护电子线路，不需要进行保护电子线路的相关测试；反之，如果器具这时通过一个电子元件动作或者通过程序控制来进行保护，则该器具仍需进行保护电子线路的相关测试进行评估。常见机械式热保护电热毯的工作原理简图（见图2）。

图2 机械式热保护电热毯工作原理图

3.3 利用发热线本身，将其中一根芯线作为感温元件，感受温度变化进行控制

这种情况一般是利用发热线本身特点，可以参考下图3结构。

图3 发热线内部结构图

这种感温线的特性是在温度过高时高分子材料层会熔断，熔断后感温线与发热芯线熔融到一起，这时候有两种情况：①有明显信号传递给芯片，通过芯片进行调控。笔者认为，这种情况虽然发热线熔断是预置的机械式保护，但是这种保护并不能够通过感温线熔断这一单一动作使器具符合标准要求，而是需要将这个机械保护产生的信号传递给芯片，通过芯片来进行控制后续动作，此种情况仍需进行保护电子线路评价。②感温线与发热芯线熔融到一起时，由于电路中的电流突然变化，熔断器过流熔断进行过热保护，这种情况则是机械式保护，笔者认为不需要进行保护电子线路评价。

3.4 用程序控制来直接调节器具的平均输入功率

器具没有任何的机械式保护，均依靠电子线路进行保护，需要进行保护电子线路的相关测试。这个情况下，通常在施加电子线路故障的时候，如果程序无法再调控输入功率，这时候发热线的设计能够保证在流过的电流过大时，由于发热严重，自身熔断作为过热保护的措施，这种情况下参照第1条的解释，笔者不认为器具具有机械式的热保护，须进行保护电子线路评估。下图4是常见的通过程序调控输入功率这一部分电路的工作原理图。

图4 程序调控电路工作原理图

以上四种情况是比较常见的电热毯典型控制方式，由此可见电热毯产品在没有完全依靠机械式热保护器的情况大多需要进行软件评估以保证电子线路可靠性。

3.5 电子线路评估方法的讨论

电热毯、电热垫及类似柔性发热器具常用的控制方式现多为电子线路及程序控制，检测过程中必然会涉及对电子线路的故障进行评估，下面笔者根据这个问题相关的标准条款进行一些讨论。

对于GB4706.8-2008第19章内容，除增加相关试验条件外，基本是引用GB4706.1-2005相应内容。

以下摘自GB 4706.1-2005中的标准原文：

19.1 1.4 装有保护电子线路的器具进行19.11.4.1～19.11.1.7的试验。在第19章相关的试验中，保护电子电路动作后进行除19.2、19.6及19.11.3以外的试验。

以下摘自IEC 60335-1：2010的标准原文：

19.1 1.4 Appliance incorporating a protective electronic circuit are subjected to the tests of 19.11.4.1～ 19.11.4.7. Tests are carried out after the protective electronic circuit has operated during the relevant tests of clause 19 except 19.2, 19.6 and 19.11.3[3］.

根 据GB 4706.1-2005中 的 内 容， 笔 者认为：该条款是为说明保护电子线路要经受19.11.4.1～19.11.4.7的测试，在19章测试中，如果保护电子线路动作，在动作后要再对器具进行除19.2、19.6及19.11.3以外的规定试验（包括19.11.4）。参照IEC原文，笔者认为标准应理解为为：装有保护电子线路的器具进行19.11.4.1～19.11.4.7的试验，测试在第十九章除19.2、19.6及19.11.3以外的相关试验中，保护电子电路动作后进行。这里规定对保护电子线路进行19.11.4条的相关测试条件，规定除19.2、19.6及19.11.3以外的其他试验中，一旦保护电子线路动作即要进行19.11.4.1～19.11.4.7相关补充试验。

4 柔性部件耐燃性评估方法的讨论

柔性部件耐燃性评估是非常重要的，通常器具未装有防止由导线闪弧而引起过热装置的情况下，就需评估柔性部件的耐燃性，以避免由于导线闪弧而引起过热危险。

笔者认为，该标准内容主要考虑的是由于绝缘层老化、受损脱落或电源过电压使导线绝缘层被击穿，由于电热毯等器具内部环境温度较高、空气比较干燥，易引起发热元件部分由于尖端放电而产生电火花，引起柔性部件燃烧造成危险。

标准中规定的试验装置[4］如下图5所示

图5 标准试验装置原理图

关于测试时被测样品的放置问题，标准中要求将可移动电极移开，将样品拉到固定电极上以使得电极位于发热元件占有空间中心，然后将可移动电极插入发热元件空间的另一端并固定[5］。笔者曾就此试验条款咨询行业内相关专家，多数认为依据标准理解，样品的放置应该使固定电极插入到试验样品中间，可移动电极则放置于样品上方，使电火花产生的通路穿透测试样品上层材料进行试验，这种理解方式相当于将火花放电的电流直接穿透被测样品进行测试，这样的放置方式对于被测样品来说非常严酷，以这种方式进行试验的话现在大多数的材料都无法通过这个面料测试。

样品放置示意图如图6所示。

图6 样品放置示意图

参照标准要求可知，这个试验模拟的是发热元件产生电火花的情况，试验中用固定电极和可移动电极来模拟实际中绝缘层被击穿的断裂的发热元件的两端，也就是说试验过程中，固定电极和可移动电极都是插入到样品中间占据发热元件所在位置，如图7所示。

图7 发热元件试验过程模拟图

标准还要求在一次试验结束后，将样品的另一面向上以使相对的一端经受此试验，这里该如何理解相对的另一端呢？参考标准要求，固定电极的尖顶有一个45°的角，而可移动电极则是扁平端部，也可从图5中看到两者的差别，笔者在图8中给出根据电火花试验机的实际放电情况画出的模拟图。

图8 电火花试验机放电情况模拟图

火花放电也是尖端放电的一种情况，当在固定尖端电极和可移动的钝端电极之间施加强电场时，由于导体的尖端电荷分布比较密集，使其附近形成强烈的电场，导体尖端附近的空气被电离，电荷通过被电离的空气形成电流，就形成了火花放电现象。由图8可知，由于电极固定，而每次进行试验的时候电火花施加的主要部位都是试验样品处于上方的那一面，这里的相对一端指的就是被测样品的另一面。综上所述，笔者认为图6中的放置方式并不符合标准的要求，正常的测试过程中，样品的放置位置应该参照图7的位置比较合理。

5 结论

综上所述，GB 4706.1-2005第19.11.4条款还有待完善，未能明确表达具体试验步骤和试验方法。笔者建议修改GB 4706.1标准的19.11.4条款为“装有保护电子线路的器具进行19.11.4.1～19.11.4.7的试验，测试在第19章除19.2、19.6及19.11.3以外的相关试验中，保护电子电路动作后进行。”同时，笔者建议电热毯的生产厂家在进行产品设计的时候能够满足标准对电子线路部分的测试要求，对产品增加机械式的热保护器或者在申请认证的时候能够配合检测机构或主动要求其进行电子线路的相关测试，以保证为提供消费者符合安全要求的产品。

[1]GB4706.1-2005 家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求[S］.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.2006.08.01.

[2]GB4706.8-2008家用和类似用途电器的安全 电热毯、电热垫及类似柔性发热器具的特殊要求[S］.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.2010.02.01.

[3]IEC60335-1：2010 Household and similar electrical appliances-safety-Part 1：General requirements[S］, International Electrotechnical Commission. 2010.05.01.

[4]IEC60335-2-17：2006 Household and similar electrical appliances-safety- Part 1： General requirements[S］, International Electrotechnical Commission. 2006.03.01.

[5]IEC60335-2-17：2002 （Ed.2） + A1：2006 + A2：2008 Household and similar electrical appliancessafety-Part 1： General requirements[S］, International Electrotechnical Commission. 2008.04.01.

Analysis Testing Problems for Electric Blanket, Heating Pad and Similar Flexible Heating Appliance

Xu Qiao-Yun
( Fujian Inspection and Research Institute for Prodcut Quality, Fuzhou 350003, Fujian, China)

This paper analyzes of the common temperature control principles of electric blanket, heating pad and similar fl exible heating appliance,trace back to the advance theory of standard clause, combined with the requirements of the standard This article analyze the common problems in the process of the tests, and proposed to revised standard.

Electric blanket; Controlled appliance; Protective electronic circuit; Resistance to heat and fi re; Electric spark

2016-01-26

许巧云，女，福建省产品质量检验研究院，电工产品检验研究所，所长助理，工程师，研究生