[摘要] 本文針對冰箱性能測試用試驗包的凍結(jié)點測試中使用的熱電偶和鉑電阻進行了大量的比較試驗，并結(jié)合其特性進行了詳細的比較分析，非常終確定選擇熱電偶進行凍結(jié)點測試是合適的。

一、背景

國內(nèi)冰箱行業(yè)發(fā)展過程中，冰箱性能試驗用模擬負載經(jīng)歷了直接用牛肉、少量進口試驗包、國產(chǎn)試驗包幾個階段。GB/T 8059-2016雖然規(guī)定了試驗包的成分及配比，但是對各種成分的偏差范圍未做明確限定。標準中說明a）型試驗包熱學性能（凍結(jié)點-1℃）相當于瘦牛肉，b）型試驗包熱學性能（凍 結(jié)點-5℃）沒有提出熱學性能相當?shù)淖匀晃镔|(zhì)，由于熱學性能的測定較困難，對凍結(jié)點的偏差范圍也未做明確限定，所以試驗包制作過程中的成分比例控制與制作工藝隨意性很大，由此造成試驗包的熱學性能偏差較大，使得冰箱性能測試的準確性差、一致性差，對冰箱生產(chǎn)的品質(zhì)控制及產(chǎn)品開發(fā)造成不利影響。

根據(jù)多年來形成的慣例，一般凍結(jié)點上下偏差0.5℃ 即為合格。事實上凍結(jié)點上偏差0.5℃，試驗中就會減少全部試驗包降低0.5℃所需要的冷量，減少降溫所需要的時間。同理，凍結(jié)點下偏差0.5℃，就會增加試驗中的冷量，增加降溫時間。所以使用凍結(jié)點偏差較大的試驗包進行檢測，對檢測結(jié)果的影響也是明顯的。

基于此背景，本文計劃研制以凍結(jié)點溫度為特性值的試驗包標準樣品，并以凍結(jié)點溫度為關鍵特性參數(shù)。如何能夠準確測量出試驗包凍結(jié)點溫度，對冰箱性能測試起著關鍵作用。目前冰箱性能測試用一只熱電偶預埋試驗包內(nèi)部制成M包，用于監(jiān)測溫度。但即使是非常高精度的熱電偶也有0.5℃偏差，因此，使用熱電偶對試驗包凍結(jié)點進行測量，理論上無法滿足較高的精度要求。在眾多的溫度測量裝置中，鉑電阻的精度和穩(wěn)定性均優(yōu)于熱電偶，對于需要高精度的溫度測量，一般都采用鉑電阻，因此，鉑電阻被確定為理想的溫度測量裝置。基于理論分析和實際需要，在試驗包凍結(jié)點測試方法的研究中，確定使用鉑電阻和熱電偶進行比較分析測量。

二、熱電偶與鉑電阻的特性分析及確定

在電氣領域的檢測中，常用的測溫裝置有熱電偶和鉑電阻。熱電偶是電氣領域中溫升試驗常用測溫裝置，同時標準GB/T 8059-2016中描述的M包，也指出使用熱電偶等作為溫度測量裝置。與熱電偶相比，鉑電阻穩(wěn)定性更好，精度更高，由于試驗包凍結(jié)點溫度要求的偏差較小，在試驗非常初鉑電阻被認為是測量試驗包凍結(jié)點溫度的理想測溫裝置。非常終確定在進行凍結(jié)點測試試驗時使用熱電偶和鉑電阻兩種測溫裝置，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，溫升由細絲熱電偶確定，同時注1中指出，細絲熱電偶是指線徑不超過0.3mm的熱電偶。因此，非常終確定使用AWG30線徑約為0.25mm的1級T型熱電偶。根據(jù)JB/T 8622-1997《工業(yè)鉑熱電阻技術條件及分度表》，鉑電阻劃分為A、B二個等級，實際常用1/3B、A、B三個精度等級?？紤]到實際試驗中常用的鉑電阻，暫時確定在試驗時使用直徑為4mm長為40mm的A級Pt100鉑電阻。

三、試驗方案設計

使用-1℃的低溫槽對熱電偶和鉑電阻進行校準，滿足要求后將熱電偶和鉑電阻分別插入同一批次的兩個試驗包中。使兩種測溫裝置的頂部位于試驗包的幾何中心處，放入環(huán)境溫度為-24℃的低溫環(huán)境中進行凍結(jié)點測試。初次測量，熱電偶的測量結(jié)果高于鉑電阻測量結(jié)果約0.5℃，與預期結(jié)果偏差較大。初步分析，可能是試驗包自身偏差導致，因此再次使用相同的熱電偶和鉑電阻，插入同一個試驗包的幾何中心處重復進行試驗，以消除試驗包自身偏差影響，但熱電偶的測量結(jié)果仍然高于鉑電阻測量結(jié)果約0.5℃。從理論上分析，如果是經(jīng)過校準的熱電偶和鉑電阻對于測量同一種物質(zhì)的溫度，其修正后的結(jié)果應該相同，但本試驗結(jié)果超出預期。為了確定問題所在，重新設計一組試驗。將四個試驗包(編號為A、B、C、D)并排黏在一起，將一支鉑電阻（編號為4）從D試驗的外側(cè)面的中心插入至A試驗包的幾何中心處，使鉑電阻在試驗包內(nèi)的長度約為35cm（參考JJF1171-2007《溫度巡回檢測儀校準規(guī)范》 中6.6.5條，校準時，將裝入傳感器的玻璃管插入介質(zhì)中，插入深度不少于300mm）。并在同一試驗包上插入兩只熱電偶（編號為7和8）如 圖1進行對比。

將裝好鉑電阻和熱電偶的四個試驗包(編號為A、B、C、D)，放 入-24℃的低溫環(huán)境中進行凍結(jié)點溫度測試。測試結(jié)果如表1。

表1 試驗1凍結(jié)點測試結(jié)果

由測量結(jié)果表1可以看出，在增加了鉑電阻測溫裝置在測量物質(zhì)中的深度后，鉑電阻與熱電偶的測量結(jié)果基本一致。

在試驗1的基礎上，去掉B、 C、D試驗包。再次放入-24℃的環(huán)境中進行測試，測試結(jié)果如表2。

表2 試驗2凍結(jié)點測試結(jié)果

由試驗2測試結(jié)果可以看出，鉑電阻的測試結(jié)果低于熱電偶的測試結(jié)果，且明顯低于試驗1的鉑電阻-5.33℃的測試結(jié)果。同時與本文開頭提到初次測量時鉑電阻與熱電偶的試驗結(jié)果相差約0.5℃的情況基本吻合。實際測試中，在按照圖1試驗時，可觀察到鉑電阻與7號熱電偶溫度顯示基本一致；在試驗2中，試驗開始時的一段時間內(nèi)，鉑電阻溫度加速下降，下降至低于7號熱電偶一定溫度，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)境溫度影響嚴重，不適合用于試驗包凍結(jié)點的測試。

基于此結(jié)果，考慮使用較小尺寸的鉑電阻進行凍結(jié)點溫度的測量是否可行。專門定制了三支小尺寸鉑電阻（直徑3mm，長15mm），編號為1、2、3。把鉑電阻和熱電偶插入同一個試驗包的幾何中心處進行凍結(jié)點測試試驗，試驗3布置圖見圖3，結(jié)果見表3。編號1、2、3為鉑電阻，編號為5、 6、7、8、9、10為熱電偶。

表3 試驗3鉑電阻測試結(jié)果

 顯示鉑電阻測試結(jié)果略低于熱電偶，但差異并不明顯。為了確定環(huán)境對小尺寸的鉑電阻是否同樣存在影響，避免不同測溫裝置之間差異的影響，進一步進行試驗4，比較鉑電阻的測試結(jié)果。

在圖3的基礎上，按照圖4相應增加試驗包的數(shù)量，使鉑電阻深入試驗包的深度依次遞減。將圖4的所有試驗包放入-24℃的環(huán)境中進行凍結(jié)點溫度測試，結(jié)果如表4。

表4 試驗4鉑電阻測試結(jié)果

將試驗3和試驗4的鉑電阻測試結(jié)果進行比較，如表5

表5 試驗3與試驗4鉑電阻測試結(jié)果比較

通過比較可以看出，隨著鉑電阻的插入深度的減小，凍結(jié)點溫度的測量差值越來越小，再次證明環(huán)境溫度對小尺寸的鉑電阻仍然存在影響。

另外，通過對不同尺寸鉑電阻的試驗結(jié)果進行對比，可以看出隨著鉑電阻的尺寸減小，環(huán)境溫度對鉑電阻測量值的影響大大降低，但仍不能完全避免。

四、總結(jié)

通過上述試驗方案，經(jīng)過多次時，鉑電阻的插入深度不能有效避免環(huán)境溫度的影響，導致測量值偏離實際值。

綜上，在進行試驗包凍結(jié)點測試時，使用熱電偶進行測量是更為適合的。同時在制定《制冷器具試驗包凍結(jié)點測試方法》時，也規(guī)定采用細絲熱電偶進行試驗包凍結(jié)點溫度的測試。