家用燃?xì)庠罹邷厣郎y(cè)試方法規(guī)范化的探討

寧波方太廚具有限公司 夏瑞麗

家用燃?xì)庠罹叩臏厣窃u(píng)估產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，在相應(yīng)的國(guó)標(biāo)、行標(biāo)或企標(biāo)中都是強(qiáng)制性測(cè)試項(xiàng)目，因此在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中要經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試與確認(rèn)。家用燃?xì)庠罹咴谑褂眠^(guò)程中，部分零部件的溫度達(dá)200 ℃以上。如溫升過(guò)高會(huì)加速零部件老化、降低使用壽命，還會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火失效，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)燙傷、爆炸等事故。然而，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)進(jìn)行溫升測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一些測(cè)試條件沒(méi)有明確規(guī)定，不同的測(cè)試人員有各自的理解與做法，導(dǎo)致溫升測(cè)試結(jié)果差異性較大。本文采用控制變量法對(duì)一些重要的測(cè)試條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析了不同測(cè)試條件對(duì)溫升結(jié)果的影響，最終形成了相對(duì)規(guī)范的測(cè)試方法。

1 溫升測(cè)試方法及不一致點(diǎn)

1.1 國(guó)標(biāo)中溫升測(cè)試方法

GB 16410—2007《家用燃?xì)庠罹摺分薪o出的測(cè)試方法如下：

實(shí)驗(yàn)條件：使用基準(zhǔn)氣—最高實(shí)驗(yàn)壓力，環(huán)境溫度為(20±5)℃。

實(shí)驗(yàn)狀態(tài)：(1) 燃燒器燃燒所需的空氣量，應(yīng)使用基準(zhǔn)氣—額定燃?xì)鈮毫φ{(diào)節(jié)到燃燒火焰最佳狀態(tài)，然后將風(fēng)門(mén)固定，實(shí)驗(yàn)時(shí)不得再調(diào)風(fēng)門(mén)；(2)鍋具和加熱水量按GB 16410—2007表17選定的鋁鍋(下限鍋)和加熱水量，實(shí)驗(yàn)中水量過(guò)少時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水；(3) 活動(dòng)鍋支架在實(shí)驗(yàn)中調(diào)整到對(duì)實(shí)驗(yàn)最不利的狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)方法：(1) 點(diǎn)燃所有燃燒器；(2) 將燃燒器閥門(mén)開(kāi)至最大，使灶具在最大熱負(fù)荷狀態(tài)下工作；(3) 所有發(fā)熱單元按正常使用條件工作；(4) 測(cè)溫部位溫升恒定后(升溫時(shí)間最長(zhǎng)不得超過(guò)1 h)，用熱電溫度計(jì)或熱電偶測(cè)量并記錄相應(yīng)部位的溫升。

1.2 可能存在的不一致點(diǎn)

(1) 初始溫度選取。測(cè)試人員對(duì)溫升初始溫度的選取有不同的見(jiàn)解。有人選擇實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前的初始環(huán)境溫度；有人選擇熱電偶布置完成，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前的溫度記錄儀溫度；還有人選擇實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的環(huán)境溫度。溫升的定義為電子電氣設(shè)備中的各個(gè)部件高出環(huán)境的溫度。一般熱電偶布置完成后，溫度記錄儀顯示的溫度比環(huán)境溫度高，且由于不同零部件的材質(zhì)不同，溫度記錄儀顯示的初始溫度也不同。熱電偶布置完成后且在環(huán)境中放置足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，溫度記錄儀顯示的溫度基本等于環(huán)境溫度。因此，熱電偶布置完成后，需要等待一段時(shí)間，待溫度記錄儀顯示溫度與環(huán)境溫度接近時(shí)再開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。由于溫升實(shí)驗(yàn)在一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境里進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行1 h后，環(huán)境溫度一般都會(huì)比初始溫度升高2～3 K。為保證溫升測(cè)試結(jié)果合格，本文中選取較為嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前的環(huán)境溫度為初始溫度。

(2) 鍋具選擇及加熱水量。所用鍋具的大小按照灶眼的熱負(fù)荷選擇下限鍋。大部分測(cè)試過(guò)程中并未按標(biāo)準(zhǔn)要求加入下限鍋對(duì)應(yīng)的水量，有的水量超過(guò)鍋容量的 2/3，有的水量較少時(shí)不能及時(shí)加水，且加水的時(shí)間也未確定。

(3) 環(huán)境溫度。環(huán)境溫度在不同的季節(jié)有較大的差異，不同的環(huán)境溫度下溫升測(cè)試的結(jié)果會(huì)受到影響。應(yīng)該通過(guò)開(kāi)空調(diào)或者開(kāi)暖氣的方式盡量使環(huán)境溫度保持在(20±5)℃以?xún)?nèi)。

(4) 熱電偶探頭布點(diǎn)。測(cè)試人員布置熱電偶溫度探頭的位置和固定方式差異很大。有的將熱電偶探頭緊貼在待測(cè)表面，有的將探頭暴露在空氣中1～2 mm，有的直接將探頭包裹在鋁箔紙或?qū)Ｓ媚z水中。

2 測(cè)試實(shí)驗(yàn)及分析

采用控制變量法分別測(cè)試上述因素對(duì)溫升結(jié)果的影響，重點(diǎn)關(guān)注電池、閥體、旋鈕及點(diǎn)火器的溫升。為保證實(shí)驗(yàn)的一致性，所有實(shí)驗(yàn)在溫度、濕度可控的恒溫恒濕房中進(jìn)行，且均以1 h，即60 min處的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫升計(jì)算。

2.1 鍋具選擇及加水量對(duì)溫升影響

實(shí)驗(yàn)條件：同一臺(tái)灶具，初始環(huán)境溫度17.5 ℃，選定對(duì)應(yīng)的下限鍋。此時(shí)，主要考慮加水量、加水時(shí)間、鍋的新舊對(duì)溫升的影響。

(1) 不同加水量。分別加入4 kg、6 kg、8 kg的水，中途不加水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同加水量的零部件溫升

由表1可以看出：總體上來(lái)說(shuō)加水量越少，各零部件的溫升越高，相差4.0 K以?xún)?nèi)。加水量對(duì)底盤(pán)外部零部件(旋鈕)溫升的影響比底盤(pán)內(nèi)部零部件大。造成該現(xiàn)象的原因是旋鈕距離實(shí)驗(yàn)鍋較近，且兩者之間沒(méi)有什么阻擋，更容易受到加熱水量的影響?？紤]到加水量對(duì)溫升的影響，為提高測(cè)試的一致性，需按標(biāo)準(zhǔn)要求加入下限鍋對(duì)應(yīng)的水量。

(2) 不同加水時(shí)間?？紤]到實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)不會(huì)加水，本實(shí)驗(yàn)另外設(shè)置了2種不同的加水時(shí)間節(jié)點(diǎn)，即在30 min和45 min時(shí)分別加水1次，加水質(zhì)量為1 kg。內(nèi)部零部件以電池為例，外部零部件以旋鈕為例，不同加水時(shí)間的溫度曲線分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 不同加水時(shí)間的旋鈕溫度曲線

由圖1和圖2可以看出，30 min時(shí)加水和不加水在實(shí)驗(yàn)60min時(shí)的溫升幾乎相等，45 min時(shí)加水電池溫升較高，旋鈕溫升較低。加水太晚時(shí)水已劇烈沸騰，此時(shí)加水會(huì)破壞實(shí)驗(yàn)鍋內(nèi)的熱平衡，造成實(shí)驗(yàn)鍋的整體溫度下降，旋鈕溫升降低；而電池等內(nèi)部零部件在底盤(pán)的內(nèi)部，且中間有灶具面板阻隔，整體來(lái)說(shuō)溫升仍呈上升趨勢(shì)。在30 min時(shí)加水對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響相對(duì)較小，因此規(guī)定在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始30 min時(shí)加水。

(3) 新舊鍋。實(shí)驗(yàn)條件：分別用表面拋光的新鍋和不拋光的舊鍋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 新舊鍋旋鈕溫度曲線

由圖3可以看出，鍋的新舊程度不同對(duì)旋鈕的溫升影響很大，在實(shí)驗(yàn) 60 min時(shí)引起的溫升差達(dá)4.2 K，甚至更高。主要原因是新鍋表面反射性比舊鍋強(qiáng)，反射的熱量比舊鍋多。此外，因?yàn)樾洛伔瓷錈崃磕芰?qiáng)，導(dǎo)致面板溫度較高，進(jìn)而灶具底盤(pán)內(nèi)溫度升高，位于底盤(pán)內(nèi)的閥體、點(diǎn)火器和電池的溫升也會(huì)受到影響。因此，為保證測(cè)試的一致性，可嘗試通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定幾套溫升專(zhuān)用鍋具，且當(dāng)鍋具表面有發(fā)黑、發(fā)黃情況時(shí)，應(yīng)旋轉(zhuǎn)鍋具，不使發(fā)黑、發(fā)黃的面對(duì)著旋鈕，或者不使用發(fā)黑、發(fā)黃的鍋具。

2.2 環(huán)境溫度

實(shí)驗(yàn)條件：根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室1 a內(nèi)的溫度波動(dòng)并適當(dāng)擴(kuò)大范圍，最終選定分別將環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的溫度分別設(shè)置為 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃和30 ℃，選用同一套鍋具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所得測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4(底盤(pán)內(nèi)的零部件以電池溫升為例，外部零部件以旋鈕溫升為例)。

圖4 不同環(huán)境溫度下的電池和旋鈕溫升

按GB 16410—2007中對(duì)應(yīng)熱負(fù)荷規(guī)定的值，本實(shí)驗(yàn)的灶具對(duì)應(yīng)的加水量為6 kg，實(shí)驗(yàn)30 min時(shí)再加入1 kg的水。

由圖4可以看出，旋鈕由于在底盤(pán)外部，直接與空氣接觸，其溫升受環(huán)境的影響較大，會(huì)隨著環(huán)境溫度的降低而降低；而電池在底盤(pán)的內(nèi)部，底盤(pán)內(nèi)散熱較差，溫升隨環(huán)境溫度的降低不斷升高，總體上溫升差值在±5 K以?xún)?nèi)。因此，溫升測(cè)試時(shí)一定要控制環(huán)境溫度在(20±5)℃以?xún)?nèi)，以減輕環(huán)境溫度對(duì)溫升測(cè)試的影響。

2.3 熱電偶探頭布點(diǎn)

(1) 固定方式。熱電偶探頭主要考慮兩種常見(jiàn)的固定方式：一種是鋁箔固定，一種是用專(zhuān)用膠水固定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 不同固定方式下電池的溫度曲線

圖6 不同固定方式下旋鈕的溫度曲線

由圖 5和圖 6可以看出用鋁箔或?qū)Ｓ媚z水固定，對(duì)電池溫升影響很小，對(duì)旋鈕溫升影響較大。原因是鋁箔表面較光亮，貼在旋鈕的表面會(huì)反射熱量，且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在其他條件相同時(shí)，用于固定熱電偶探頭的鋁箔越大，旋鈕溫升越小。因此，規(guī)定電池等底盤(pán)內(nèi)零部件用鋁箔固定，且鋁箔大小為10 mm×10 mm，旋鈕規(guī)定用專(zhuān)用膠水固定，固定區(qū)域直徑不大于5 mm。

當(dāng)熱電偶探頭被包裹在鋁箔或?qū)Ｓ媚z水中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，底盤(pán)外部的零部件(旋鈕)溫升顯著降低，底盤(pán)內(nèi)部零部件溫升有所提高，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 熱電偶頭部包裹與不包裹的溫升對(duì)比

由表2可見(jiàn)，對(duì)于旋鈕溫升，熱電偶探頭被專(zhuān)用膠水覆蓋后，火焰輻射的熱量不能直接輻射到探頭上，造成旋鈕溫升顯著減小。底盤(pán)內(nèi)部的零部件不受火焰輻射熱的影響，且測(cè)溫探頭被鋁箔覆蓋后，散熱變差，溫升有一定的升高。因此測(cè)試前在旋鈕上布置的熱電偶探頭需露出2 mm；底盤(pán)內(nèi)部的零部件熱電偶探頭則需被鋁箔完全包裹。同時(shí)注意，不管何種固定方式都要將熱電偶探頭緊貼在被測(cè)試物體表面。

(2) 熱電偶探頭布點(diǎn)位置。分別在旋鈕、點(diǎn)火器、閥體及電池的不同位置，布置多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，比對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫升得出溫升較高的位置及規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7～圖10。

圖7 旋鈕不同位置的溫升

圖8 點(diǎn)火器不同位置的溫升

圖9 閥體不同位置的溫升

圖10 電池不同位置的溫升

由圖7～圖10可以看出不同的測(cè)試點(diǎn)對(duì)溫升的影響較大。點(diǎn)火器頂角處的溫升較高；電池頂部中間和頂部左邊較高；左邊閥體兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)溫升相差不大，右邊前方兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)溫升較大；左邊旋鈕左側(cè)3個(gè)點(diǎn)的溫升較高，右邊旋鈕右側(cè)3個(gè)點(diǎn)的溫升較高，且布置在旋鈕上面的點(diǎn)溫升較高。經(jīng)分析基本遵循距離燃燒器越近，溫升越高的規(guī)律。因此，在不確定哪個(gè)測(cè)試點(diǎn)溫升較高時(shí)，建議在距離燃燒器較近的位置多布置幾個(gè)點(diǎn)，選取溫升的最大值作為測(cè)試結(jié)果。

3 規(guī)范的測(cè)試方法

3.1 測(cè)試條件

(1) 采用基準(zhǔn)氣—最高實(shí)驗(yàn)壓力，并確保測(cè)試環(huán)境溫度為(20±5)℃。

(2) 鍋具選擇：規(guī)定的溫升專(zhuān)用鍋具，且鍋具表面出現(xiàn)發(fā)黑、發(fā)黃時(shí)，及時(shí)更換鍋具。

(3) 根據(jù)燃?xì)庠顚?shí)測(cè)負(fù)荷進(jìn)行選鍋，選定白色下限鋁鍋及對(duì)應(yīng)的加水量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鍋具應(yīng)坐于燃燒器正中央。

(4) 灶具嵌入相應(yīng)開(kāi)孔的臺(tái)位中，并將臺(tái)位門(mén)關(guān)緊。

3.2 測(cè)試步驟

(1) 用規(guī)定工具固定熱電偶，并在布置時(shí)檢查溫度記錄儀，確保所用的熱電偶可正常工作。熱電偶測(cè)試端應(yīng)緊貼于測(cè)試表面。底盤(pán)外部零部件(旋鈕)固定熱電偶需用專(zhuān)用膠水(固定區(qū)域直徑不大于5 mm)。熱電偶溫度探頭暴露于環(huán)境中，露出長(zhǎng)度應(yīng)不大于2 mm。底盤(pán)內(nèi)部零部件的熱電偶溫度探頭用10 mm×10 mm的鋁箔固定，且需被鋁箔覆蓋。布點(diǎn)位置盡量布置在離燃燒器最近的位置，多布置幾個(gè)點(diǎn)。

(2) 熱電偶布點(diǎn)完成后，待溫度記錄儀示數(shù)穩(wěn)定且接近環(huán)境溫度后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。記錄實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的室溫 T始，室溫取距離灶具正面、左面和右面各1 m處環(huán)境溫度的平均值。

(3) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始30 min時(shí)，在測(cè)試鍋內(nèi)加入1 kg的室溫水。

(4) 在實(shí)驗(yàn)59～60 min之間讀取并記錄熱電偶的最終溫度值T終。

(5) 溫升ΔT=T終－T始。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，鍋具的選擇及加水量、環(huán)境溫度、熱電偶探頭的固定方式及布點(diǎn)位置都會(huì)對(duì)家用燃?xì)庠顪厣郎y(cè)試結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響。因此，為提高溫升測(cè)試結(jié)果的一致性，細(xì)化和統(tǒng)一測(cè)試方法至關(guān)重要。統(tǒng)一的測(cè)試方法可減少因測(cè)試差異大造成的重復(fù)測(cè)試，從而提高測(cè)試質(zhì)量、減少測(cè)試時(shí)間。