一种丝状熔断器熔体熔断特性快速测试方法及其测试装置与流程

1.本发明属于电子元器件领域，进一步来说涉及熔断器领域，具体来说，涉及一种丝状熔断器熔体熔断特性快速测试方法及其测试装置。


背景技术：

2.在电子电路中，为了起到电路的自我保护作用，通常采用熔断器进行电路的过压、过流保护。熔断器关键特性主要为熔断特性，它是熔断器接入电路中作为过流保护的重要指标参数，因此对其熔断特性的准确测试是确保熔断器对电路起到有效保护的关键。目前国内丝状熔断器生产厂家对熔断器产品的熔断特性测试通常是对其半成品或成品进行测试，用以监控熔断器的研发或生产。此种方式虽然能够对生产的熔断器进行熔断特性评定，但需要将丝状熔断器的熔体(丝状)制成半成品或成品，然后才能进行测试、评估、验证，此过程不仅需要消耗一定时间，同时熔断器经过熔断特性测试后不能再使用，对原材料造成浪费，尤其是较为昂贵的贵金属合金材料。有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：解决现有丝状熔断器只能进行半成品或成品测试，耗时、耗材、事后把关、生产效率低、成本高的问题。
4.为此，本发明提供一种丝状熔断器熔体熔断特性快速测试方法，包括如下测试方法：
5.1、熔体熔断时间的测试方法
6.本方法的原理为：丝状熔断器的熔体为金属丝，当电流通过金属丝时，因导体存在一定的电阻，所以导体将会发热，导体的发热量遵循公式q＝i2rt，其中q是发热量，i是通过导体的电流，r是导体的电阻，t是电流通过导体的时间，金属丝熔体发热的热量达到金属丝的熔点时产生熔断。同时使用弹簧将熔丝拉紧，当熔体发生熔断时弹簧迅速回位，将电弧拉长，使弧电阻增大，电弧迅速冷却，从而达到灭弧效果，防止高电压测试过程中，因熔体发生熔断而产生严重的飞弧事故。
7.当制作熔断体的材料及其形状确定了，其电阻r就相对确定了(若不考虑它的电阻温度系数)。当电流流过熔体时，熔体就会发热，随着时间的增加其发热量也在增加。电流与电阻的大小确定了产生热量的速度，熔体的结构与其安装的状况确定了热量耗散的速度，若产生热量的速度小于热量耗散的速度，熔体就不会熔断。若产生热量的速度等于热量耗散的速度，在相当长的时间内熔体也不会熔断。若产生热量的速度大于与散热的速度时，那么生产的热量就会越来越多。又因为熔体有一定比热及质量，其热量的增加就表现在温度的升高，当温度升高到熔体的熔点以上时，熔体就发生了熔断。熔断器的能量平衡关系可用下面的简化公式来表达：
8.9.其中m为熔断器的质量，cp为比热或热容系数，t为温度，t为时间，为升温速率，i2r为电转化为热能的速率，这只是一个简化的，因为熔断器并非由单一的材料组成，而且材料的物性亦是温度的函数。
10.当产生热量的速度等于散热速率时，即温度t不随时间而变，熔断器的温度达到平衡。
11.熔断器的散热，主要由三种传热机理组成，即传导、对流和辐射。这三种传热方式，其传热速率与熔断器及外界环境的温度差有关。当温度差越大时，传热的速率亦越大。传导传热主要是通过熔断器的本体材料，将电热从熔断器的导电部分传到周边，包括通过端头传到线路板及由外表面传到周围的空气中。对流传热时由周围空气的流动产生，对流传热有两种方式：一为自然对流，即由于熔断器表面的空气被熔断器加热而产生密度的变化所造成；另一为强制对流，即由电子器件内排风扇强制空气的流动造成。辐射是由熔断器表面产生的热辐射造成，其速率取决于熔断器表面温度与环境温度四次方之差和熔断器表面及散热空间的黑度。
12.当熔断器产生热量的速度大于散热速度时，即温度随时间而上升。如果散热速率不能因为本身温度的上升而升到等于热量产生的速率时，熔断器导电的部分散热将会一直上升，直至达到导电金属的熔化温度，将导电体熔断，达到过流保护的目的。
13.从以下三个状态分别对熔断器的性能进行分析：
14.状态定义：
15.额定电流：在26℃工作环境温度下，熔断器能长时间承载而不熔断的电流量值。
16.低倍额定电流：6倍以下(通常为1.35倍至6倍)的测试电流称为低倍额定电流。
17.高倍额定电流：6倍及以上的测试电流称为高倍额定电流。
18.a.正常或稳定状态
19.当电流低于使熔断器达到熔断温度所需的电流时(即额定电流)，可承受适度的温度上升，此时必然有一个温度点使电传热速度等于散热速度，即达到热平衡，这个温度点就是熔断器在该电流下的温升，熔断器表面温升越小，熔断器的工作寿命越长。
20.b.适度过载状态
21.当电流高于熔断器熔断所需的值时(即低倍额定电流)，熔断器开始发热，温度试图上升到能量平衡公式的值，使发热速度大于散热速度，熔断器先熔断，然后电流终止，在0.1秒到4小时或更长时间后，熔断器终止过流，这是对过载的正常响应。
22.c.高过载状态(一般指熔断时间小于8ms以下)
23.当电流大大高于熔断器额定电流值时(即高倍额定电流)，熔断器很快达到熔点，以至于没时间通过传导，对流或辐射来散热，在这种情况下，消耗的电功率等于熔断器熔化所需要的能量(熔化热能值)，这一系统被称为绝热系统(没有热损失)。
24.通过以上熔断器出现熔断的特性及原理，对熔体进行单独测试，测试熔体在高低倍额定电流下的熔断时间。
25.当熔断器以空气、壳体作为介质层时：在适度过载即加载电流为低倍额定电流下的过载熔断测试，其熔断时间为熔体在空气、壳体中的散热时间加上熔体熔断时间，当使用
夹具测试出熔体的熔断时间时，在根据壳体的散热速率对熔断时间的影响即可得到封装有壳体的产品的熔断时间。即当熔断器仅为壳体封装时，此时管体内熔体周围为空气，熔体与壳体间存在一定距离，空气所占体积为壳体内部体积减去熔体体积，因此熔体熔断时热量传递方式为熔体到空气，空气到壳体。当管体内空间较大时，熔体熔断生产热量不足以传递到壳体时，此时测量的熔体熔断时间即为产品熔断时间，当空间较小，熔体熔断热量传递到壳体时，此时考虑壳体(通常为95％氧化铝陶瓷管)其散热速率约为30/(m
·
k)对熔体熔断时间的影响，当壳体材料及尺寸确定后其热容量即确定，熔体熔断总热量q即为熔体本身熔断产生热量q1加上壳体散热量q2，产品熔断时间t约为熔体本身熔断时间t1与壳体吸收热量q2的时间t2之和。
26.当熔体在高过载下即加载电流为高倍额定电流下的过载熔断测试时，其熔断时间为熔体熔体熔断时间；
27.当熔断器以抑弧材料、壳体作为介质层时：在适度过载即加载电流为为低倍额定电流下的过载熔断测试，其熔断时间为熔体在抑弧材料介质、壳体中的散热时间加上熔体熔断时间，当使用夹具测试出熔体的熔断时间时，在根据抑弧介质层及壳体的散热速率对熔断时间的影响即可得到封装有壳体及抑弧材料介质层的产品的熔断时间。即当熔断器封装时内部含有抑弧介质材料，则熔体熔断时产生的热量通过热传递到抑弧介质材料，根据抑弧介质材料的成分可获得其散热速率，同时壳体(通常为95％氧化铝陶瓷管)其散热速率约为30/(m
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k)，当抑弧介质材料及壳体的材料及尺寸确定后其热容量即确定，熔体熔断总热量q即为熔体本身熔断产生热量q1加上抑弧介质材料散热量q2壳体散热量q3，产品熔断时间t约为熔体本身熔断时间t1与抑弧介质材料吸收热量q2的时间t2及壳体吸收热量q3的时间t3之和。
28.当熔体在高过载下即加载电流为高倍额定电流下的过载熔断测试时，其熔断时间为熔体熔体熔断时间。同时加以计算端头的导热率对熔断时间的影响即可得到熔断器成品的熔断时间。即熔断器端头通常使用黄铜制成，黄铜具有导热性，导热系数为108.9/(m
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k)，当熔体在低倍下即存在散热的情况下熔断时，其熔断时间受端头导热性能的影响，此时熔断产生的热量经熔体传递到端头，当端头材料及尺寸确定后其热容量即确定，熔体熔断总热量q即为熔体本身熔断产生热量q1加上端头散热量q2，产品熔断时间t约为熔体本身熔断时间t1与端头吸收热量q2的时间t2之和。
29.2.冷态阻值的测试方法
30.冷态阻值：即为熔体在室温下(17℃～26℃)接入测试点测试的有效长度的阻值。
31.通过对接入测试夹具的熔体两端进行冷态阻值测量，取其平均值即可得到安装到熔断器成品内熔体有效长度的冷态阻值，通过对引出端进行冷态阻值测试，取其平均值即可得到引出端冷态阻值，将熔体冷态阻值与引出端冷态阻值相加即可得到熔断器成品金属部件整体冷态阻值(焊料冷态阻值可忽略不计)即成品冷态阻值。
32.所述一种丝状熔断器熔体熔断特性快速测试方法的测试装置，示意图如图1、图2所示。
33.包括：
34.测试装置底座1，挂架2，左夹具3，左夹具固定座4，右夹具5，微分滑台6，齿轮滑台7。
35.所述挂架2、左夹具固定座4、齿轮滑台7固定于测试装置底座1的表面，挂架2位于左侧，齿轮滑台7位于右侧，左夹具固定座4位于齿轮滑台7的左侧。
36.所述左夹具3固定于左夹具固定座4上表面，左夹具3呈工字形，在左夹具3超出固定座4上表面的四角开有左夹具导电柱通孔302及左夹具导电柱锁紧孔303，用于固定左夹具导电柱301，在左夹具导电柱301的上端沿径向开有通孔，用于穿过熔体9并固定熔体9的一端。
37.所述微分滑台6固定于齿轮滑台7上表面，所述右夹具5固定于微分滑台6上表面；右夹具5呈工字形，在右夹具5超出微分滑台6上表面的四角开有右夹具导电柱通孔502及右夹具导电柱锁紧孔503，用于固定右夹具导电柱501，在右夹具导电柱501的上端沿径向开有通孔，用于穿过熔体9并固定熔体9的另一端。
38.有益效果：
39.本发明与现有技术相比：本方法主要为解决丝状熔断器熔体过载熔断测试及冷态阻值测试，对熔体特性进行评估，从而指导熔断器设计生产。通过将熔体单独进行测试，使用定制夹具将熔体按照规定的长度连接到测试夹具中，对接入测试夹具中的熔体进行电阻值测试(可测试多组熔体样品从而获取其阻值范围及阻值的平均值)，同时通过对熔断器端帽进行冷态阻值测试即可获得丝状熔断器成品冷态阻值；将接入测试夹具的熔体通以规定的电流进行熔断特性测试即可得到熔体熔断时间，从而对各类合金熔体提前做出快速预判，指导丝状熔断器设计生产。
40.本发明所述的技术方案，广泛应用于熔断器熔体材料的测试领域。
附图说明
41.图1为熔断测试装置示意图。
42.图2为微分滑台内拉簧示意图。
43.附图中：1为测试装置底座，2为挂架，201为挂架底座，202为挂架撑杆，203为挂架挂钩，3为左夹具，301为左夹具导电柱，302为左夹具导电柱通孔，303为左夹具导电柱锁紧孔，4为左夹具固定座，5为右夹具，501为右夹具导电柱，502为右夹具导电柱通孔，503为右夹具导电柱锁紧孔，4为左夹具固定座，6为微分滑台，601为微分滑台导轨，602为微分滑台x调节装置，603为微分滑台内拉簧，604为微分滑台y调节装置，7为齿轮滑台，701为齿轮滑台限位柱，702为齿轮滑台导轨，703为齿轮滑台固定孔，704为齿轮滑台x调节装置，8为安全罩，801为安全罩把手，9为熔体。
具体实施方式
44.下面结合图1、图2对本发明做更进一步说明：
45.所述挂架2包括挂架底座201、挂架撑杆202、挂架挂钩203；所述挂架挂钩203位于挂架撑杆202的上端，呈l形。
46.所述齿轮滑台7包括齿轮滑台限位柱701、齿轮滑台导轨702、齿轮滑台固定孔703、齿轮滑台x调节装置704，所述齿轮滑台x调节装置704用于调节右夹具5沿x方向左右移动。
47.所述微分滑台6包括微分滑台导轨601、微分滑台x调节装置602、微分滑台内拉簧603、微分滑台y调节装置604；所述微分滑台x调节装置602用于调节右夹具5沿x方向左右移
动，所述微分滑台y调节装置604用于调节右夹具5沿y方向前后移动；所述微分滑台内拉簧603用于在测试时拉紧熔丝，熔丝熔断后迅速拉开，防止熔体熔断时产生的飞弧对人体的伤害。
48.所述测试测试装置还包括安全罩8，安全罩8带有安全罩把手801，用于防止熔体熔断时产生的飞弧对人体的伤害。
49.所述熔体为合金丝材。
50.所述测试装置的运作机理为：
51.熔断器测试夹具由绝缘环氧树脂制成底座，底座上固定金属挂架，用于承托合金丝材，金属挂架右侧为左夹具及左夹具固定座，左夹具及左夹具固定座由绝缘环氧树脂板制成，左夹具上面设有金属导电柱通孔，导电柱通孔用于安装金属导电柱，导电柱安装后通过侧面的导电柱锁紧孔用螺母进行固定，左夹具通过螺母与左夹具底座进行连接，左夹具底座通过螺母与测试底座进行连接。
52.左夹具右侧为右夹具，右夹具最底部与绝缘环氧树脂底座连接部分为齿条滑台，齿条滑台由铝件制成配有标度尺寸(测量范围：1cm-4cm，精度1mm)，通过调节转动旋钮来移动齿条滑台从而调节接入测试位的熔体的长度；齿条滑台上为微分滑台，微分滑台与齿条滑台通过螺母进行连接，微分滑台由铝件制成，配有微调旋钮刻度尺寸(测量范围：1mm-6.5mm，精度0.01mm)，用于微调接入测试位的熔体的长度使其精确。
53.微分滑台内部配有拉簧装置，当调节固定好接入测试点熔体时旋转微调旋钮使其向右与滑台空出一定距离，使内部弹簧受力，当熔体发生熔断时弹簧可迅速将熔体弹开将电弧拉长，使弧电阻增大，电弧迅速冷却，达到灭弧效果，防止高电压测试时发生熔体熔断出现严重飞弧事故。
54.微分滑台上面右夹具有金属导电柱孔，导电柱孔用于安装金属导电柱，导电柱安装后通过侧面螺母进行固定，微分滑台上面右夹具通过螺母与下面微分滑台进行连接。
55.左夹具及右夹具上测试点为两组相互平行的等间距的导电柱组成，一组用于测试熔体冷态阻值，一组用于测试熔体熔断时间，电柱的直径为2.0mm。
56.整个夹具外侧为有机玻璃罩，有机玻璃罩通过金属螺母于底座连接，用于测试时将测试位与操作人员进行隔离起到安全防护作用。
57.通过挂架将成卷的熔体进行固定。调节齿条滑台及微分滑台使得接入测试点的熔体长度满足目标要求，将熔体缠绕在冷态阻值测试导电柱上，对右夹具导电柱上熔体进行点焊，将挂架上的熔体进行固定，松开调节微分头使熔体处于紧绷状态，使用四线表笔(开尔文测试方法)连接到铜柱测试点从而对缠绕的熔体进行冷态阻值测试；冷态阻值测试完成后将微分滑台调至目标尺寸，将熔体缠绕在到熔断测试导电柱上，对右夹具导电柱上熔体进行点焊，将挂架上的熔体进行固定，松开调节微分头使熔体处于紧绷状态，并通过导线将其连接到直流电流中进行过载熔断测试，通过设定的直流电压电流输出使熔体熔断，从而测量熔体的熔断时间。
58.最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。