空气热老化试验箱校准方法研究

常宗英

(晋中市质量技术监督检验测试所，山西 晋中 030600)

电线电缆产业是我国的重要产业之一，生产企业和检验机构遍布全国，几乎每家都配备有数量不等的空气热老化试验箱，检验方法标准和相应设备标准都对其计量性能进行了规定，3C、煤安、生产许可证、CNAS、检验机构计量认证等都要求对其进行有效溯源。空气热老化试验箱(以下简称热老化箱)用于电线电缆绝缘材料的耐热性试验，也可用于塑化和橡胶制品的换气老化性能测试，考核和判断这些材料在高温环境下的贮存和使用性能。老化箱技术性能要求对换气次数和温度测量都要校准，目前现有的一些国标和行标做了相应规定，但是方法要求均不一致，严重影响空气热老化箱的有效溯源，从而影响电线电缆产品检验结果的准确可靠。笔者通过对现有方法标准的比较研究，并结合日常工作实践，进一步探讨切实可行的空气热老化试验箱校准方法。

1 校准项目与参量要求

1.1 校准项目

老化箱内空气更换次数、温度偏差、温度指示误差、温度波动度、温度均匀度等。

1.1.1 箱内全部空气更换次数

1.1.2 温度偏差：在规定时间内，热老化箱工作空间各温度测量点实测最高和最低温度，分别与标称温度的上、下偏差。

1.1.3 温度指示误差：热老化箱显示温度值与箱内实际温度值之差。

1.1.4 温度波动度：在稳定状态下，热老化箱在规定时间内，工作空间任意温度测量点的温度随时间的变化量.

1.1.5 温度均匀度：在稳定状态下，热老化箱工作空间在某一瞬时实测任意两点之间的最大温差。

1.2 参量要求

热老化箱主要技术要求见表1.

表1 主要技术要求
Tab.1 The main technical requirements

项目Project技术要求Technicalrequirement(0～100)℃(100～200)℃(200～300)℃箱内全部空气更换次数(8～20)次/h温度偏差(℃)±1±2±3温度波动度(℃)±0．5±1±1．5温度均匀度(℃)114温度指示误差(℃)±1±2±3注：测量特性或检验标准另有规定时，校准应按有关技术文件的要求进行。

2 校准条件

(1)环境条件：温度：15 ℃～35 ℃，相对湿度：小于等于85%，气压：80 kPa～106 kPa，还应满足电气测试设备和产品使用说明书的要求。

(2)负载条件：一般在无负载时校准。根据用户要求，也可在负载状态下校准，但应说明负载情况。

(3)其它条件：箱体周围应无强烈振动，无腐蚀性气体，应避免其他冷热源影响。

(4)测量标准及其他配套设备

测量标准及其他配套设备见表2.

3 校准温度点的选择

一般应选择试验箱使用范围的上、下限和中间温度点，也可选择用户常用温度点，在每一温度点分别进行各项目的校准。

表2 测试用标准器和配套设备
Tab.2 Test standard equipment and Auxiliary equipment

序号名称测量范围技术要求用途备注1温度传感器(0～300)℃热电阻不低于B级廉金属热电偶不低于Ⅰ级温度测量9支热电偶(阻)组相互间在200℃时温度偏差不大于0．2℃2测温仪器(0～300)℃不低于0．02级采集及显示温度时间常数应小于15s3低热电势转换开关/寄生电势<1μV采集切换4标准水银温度计(0～300)℃二等标准测量箱内几何中心点温度测换气次数时用5单相电能表5A0．5级测量试验箱一定时间的耗电量测换气次数时用6秒表/分度值0．1s计时

4 换气次数的测定

4.1 试验箱在密封状态下的耗电量

将老化箱的所有通风口均关闭，在其门缝、温度计插口、进风口和出风口及有可能内外空气流通交换的部位粘贴胶粘带，使老化箱内完全密封。

标准温度计放于试验箱内几何中心处，观察箱内温度。设定试验箱温度，当试验箱温度达到与试验要求温度相差±2 ℃稳定后，恒温1 h.

在密封状态下，用标准电能表测量老化箱加热器30 min的耗电量，换算成该时间段的平均功率P1，开始和结束均应与加热周期的“开—关”相对应。

4.2 试验箱在开封状态下的耗电量

拆去密封胶带后，调节老化箱进气孔和出气孔位置，恒温1 h.用同样方法对开封状态下老化箱加热器的电量消耗进行测量，换算出该时间段的平均功率P2.

4.3 箱外环境温度

在老化箱2 m处的底部水平位置，且周围0.6 m内无任何实物时，进行箱外环境温度的测量，环境温度与箱内温度之差在老化箱开封和密封状态下应相同，误差要小于0.2 ℃.

4.4 换气次数计算

测定完成后按式(1)计算老化箱每h换气次数N：

(1)

式中，CP——常压状态空气的比热(1.003 J/g)

N——换气次数，次/h

P1——气门关闭状态的平均功率，W；

P2——气门开启状态的平均功率，W；

t1——环境温度，℃；

t2——箱内温度，℃；

V——试验箱内容积，L；

d——试验时的周边环境空气密度，g/L，见表3

若实验测得的老化箱换气次数超出(8～20)次/h范围，可重新调节进气孔和出气孔位置后，按4.2再次测量老化箱在开封状态下的耗电量。

若进出气孔调到极限位置，热老化箱的换气次数仍不满足表1的要求，则可不进行后续校准，直接判定该老化箱不合格。

表3 空气密度
Tab.3 Air density

温度℃密度g/L温度℃密度g/L温度℃密度g/L温度℃密度g/L11．288111．243211．201311．16121．284121．239221．197321．15731．279131．235231．193331．15441．275141．230241．189341．15051．270151．226251．185351．14661．265161．222261．181361．14271．261171．217271．177371．13981．256181．213281．173381．13591．253191．209291．169391．132101．248201．205301．165401．128

5 温度偏差、温度指示误差、温度均匀度、温度波动度的校准

5.1 校准点数量及位置

根据箱内容积大小，将老化箱工作空间分为三层(上层、中层和下层，工作空间的几何中心分布在中层)。测量点分别位于这三层上，用英文字母O、A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N表示，O点为老化箱工作空间中心点，选择一定数量的传感器，避开冷热源的直接辐射，布放在规定位置上。除中心点外，其它各测量点位置与试验箱体内壁距离为箱体内各自边长的1/10，且最大距离不大于500 mm，最小距离不小于50 mm。

老化箱试验容积小于2 m3时测量点为9个，布放位置如图1；大于2 m3时测量点为15个，布放位置如图2

图1 老化箱试验容积小于或等于2m3时布放位置
Fig.1 Aging tank test volume less than 2m3when laying position

图2 老化箱试验容积大于2m3时布放位置
Fig.2 Aging tank test volume greater than 2m3when laying position

5.2 校准步骤及测量数据修正

所有温度项目的校准可同时进行：根据传感器布放要求，调整温度控制器，设定试验箱标称温度，使设备正常工作。当老化箱温度与试验要求温度的偏离达到±2 ℃且稳定后，开始测量设备指示温度和各测量点温度，记录间隔为2 min，30 min内测量15次，对测量标准采集的所有测量数据均应进行修正。

5.3 温度偏差的计算

对采集并修正后的数据，分别按式(2)和式(3)计算温度上、下偏差Δtdmax和Δtd min：

Δtdmax=tmax-tN

(2)

Δtd min=tmin-tN

(3)

式中：Δtdmax、Δtd min——温度上、下偏差，℃ ；

tmax、tmin——30 min内各测量点测得的最高、最低温度，℃ ；

tN——标称温度值，℃ ；

5.4 温度均匀度的计算

对采集并修正后的数据，按式(4)计算温度均匀度Δtu：

(4)

式中：Δtu——温度均匀度，℃ ；

tjmax、tj min——在第j次测量中，各测量点所测最高、最低温度，℃ ；

5.5 温度波动度的计算

对采集并修正后的数据，，按式(5)和或(6)计算温度波动度Δtf：

(5)

Δti=timax-ti min

(6)

式中：Δtf——温度波动度，℃ ；

timax、ti min——在30 min内，第i点所测得最高、最低温度值，℃ ；

取Δtj绝对值最大值为设备温度波动度。

5.6 温度指示误差的计算

对采集并修正后的数据，，按式(7)计算温度指示误差Δtd：

(7)

式中：Δtd——温度指示误差，℃ ；

m——测量点数，m=9或15;

n——设备测量次数，此处n=15;

tij——设备第j点第i次的温度测量值，℃；

ti——设备第i次指示温度值，℃.

6 校准结果及复校时间间隔

校准完成后出具校准证书，校准证书应给出每一校准点的箱内空气换气次数、温度偏差、温度波动度、温度均匀度、温度指示误差及测量结果不确定度，复校时间间隔可根据热老化箱的实际使用情况由用户自主决定，通常不超过1年。

7 结束语

通过明确校准项目和技术性能要求，采用相应的校准方法，最终计算出各校准点的换气次数和温度指标及其测量结果不确定度，使用户在使用热老化箱时可依据校准结果进行修正，确保电线电缆老化性能检验结果的准确可靠。

参考文献：

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[2] GB/T5170.1-2008,电工电子产品环境试验设备检验方法[S].

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[9] JJF 1071-2010，国家计量校准规范编写规则[S].

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