专利名称：热岛定位的压敏电阻及其热岛定位的方法
技术领域：
本发明涉及一种压敏电阻元件，尤其是一种热岛定位的压敏电阻及其热岛定位的方法。
背景技术：
压敏电阻器(MOV)的伏安特性类似于稳压二极管，广泛用作抑制浪涌过电压的保护器件。它们在电路中的连接方式是与被保护对象并联，在正常工作电压下它的阻抗极大， 相当于“开路”，当被保护对象上出现浪涌过电压时立即转变为低阻抗，将过电压“短路”，当浪涌过电压消失后又恢复为高阻抗开路状态。在配电系统和各种电子电气设备的电源电路中，MOV是一种使用最广泛的过电压防护元件。当电源系统出现暂时过电压(TOV)时，或MOV自身在使用中发生性能劣化时， 它都可能失效，失效的模式大多表现为“低阻化”，从而造成电源短路事故。为防止发生这样的事故，通常在MOV上加装热脱离器，当MOV因低阻化而漏电流增大，电阻体温度升高到热脱离器的动作温度时，热脱离器开路，使劣化的MOV与电路脱离。图1是带有热脱离器的MOV的一个例子。当MOV④性能劣化，在电源电压下漏电流增大，电阻体温度升高，使得低熔点焊接点⑤熔化时，弹性件⑥与MOV的电气连接就断开。抽样试验和现场使用的经验表明，图1这种热脱离器的工作可靠性不高，有时MOV已经热击穿短路，甚至电阻体已经起火，但低熔点接点还没有脱开，其原因大多是因为MOV的热击穿点远离低熔点接点，加之氧化锌MOV材料本身的导热性差，因此尽管击穿点的温度升高到使MOV的材料熔化了，但低熔点接点的温度还没有上升到它的熔点(通常为130°C 150°C )。图2是内部均勻性不好的MOV电阻体在热击穿前的温度分布的一个例子，最热点的温度为259. 3°C，而温度低的部位只有80°C左右。实际生产的MOV电阻体的热岛位置是随机的，事先不知道的，显然，若低熔点接点按放在温度低的部位，它就不会动作了。解决上述问题的一个措施是提高MOV电阻体的温度分布的均勻性。形成图2所示的温度分布的根本原因，是MOV元件内部的不均勻性(化学的、物理的和电学的不均勻性)，使得电阻体各处在同一电压下的电流密度不相同，结果电流密度大的部位的温度高于电流密度小的部位的温度，而MOV的电流温度系数是正值，因而高温度部位的电流密度进一步上升，这种恶性循环使得MOV元件中的电流涌入“热岛”(或者称为“电流集中区”)，结果将热岛的材料熔化，而远离热岛的部位的温度却相当低。因此解决这个问题的治本措施是改进制造技术，提高MOV元件的内部均勻性，从而提高MOV电阻体温度分布的均勻性。许多MOV的制造企业已经为此进行了很多工作，也取得了一定的效果，使得MOV上热脱离器的动作可靠性有了一定程度的提高，但由于实践上不可能做出理想均勻的电阻体，因此热脱离器的动作可靠性问题仍未根本解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种压敏电阻元件，它能事先确定每一个压敏电阻元件在电源暂时过电压(TOV)下，或性能逐步劣化时，将发生电流集中的部位，即“热岛”在元件上的位置；并同时提供这种压敏电阻元件的热岛定位方法。本发明所采用的技术方案为一种热岛定位的压敏电阻，包括压敏电阻本体，所述的压敏电阻本体表面标记有热岛位置，所述的热岛位置为整个压敏电阻本体通电后平均温升最高的区域，所述的热岛位置的区域内设置热脱离器。本发明所述的压敏电阻的热岛定位的方法，包括以下步骤1)将压敏电阻本体表面划分为多个区域；2)对压敏电阻本体通电，通电时间为At，通入的电能为W;3)利用测温仪器检测压敏电阻本体表面每个划分区域的平均温升，并在平均温升最高的区域标记为热岛位置。其中，步骤2)中的通电时间为1 2s，通入的电源为恒流源或恒压源。步骤3)中的测温仪器为红外非接触测温仪或接触式点温度计。本发明所述的定位方法在一定时间内向压敏电阻本体输入一定的电能量，这个时间和电能量值应满足以下两方面的要求一是能使得压敏电阻本体的电流集中效应充分表现出来，二是对压敏电阻本体的技术性能没有损害。本发明的有益效果是将压敏电阻元件表面划分为几个区域，在一定的时间内向元件输入一定的电能量，这个时间和电能量应使得元件的电流集中效应能充分表现出来， 但同时对元件的技术性能没有损害，然后测量该元件电阻体上的温度分布，找出热岛所在的区域，加上标记，并且将热脱离器做在这个部位上，从而保证了热脱离器在故障压敏电阻元件短路失效以前能可靠断开。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是一种带有热脱离器的压敏电阻器的电路简化示意图；图2是内部均勻性不好的压敏电阻元件在热击穿前的温度分布示意图；图3是本发明优选实施例的压敏电阻本体的分区示意图。
具体实施例方式现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。一种热岛定位的压敏电阻，包括压敏电阻本体，所述的压敏电阻本体表面标记有热岛位置，所述的热岛位置为整个压敏电阻本体通电后平均温升最高的区域，所述的热岛位置的区域内设置热脱离器。其热岛定位的方法，包括以下步骤1)将压敏电阻本体表面划分为多个区域元件尺寸:34x34mm方形电阻片，重量G = 22克，划分为①、②、③、④四个区域，如图3所示。2)对压敏电阻本体通电，通电时间为At，通入的电能为W:考虑到一定的生产效率和使压敏电阻本体的电流集中效应充分表现出来，通过试验确定Δ t = 2s (这不是个严格的数值，大体为2s)；
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通过可以试验确定，当通入压敏电阻本体的能量为W时可以使得电阻体的平均温升ΔΤ= (30 50)Κ不会对电阻体的性能造成损害，且能使电流集中效应充分表现出来。因此，在这个例子中取ΔΤ = 40Κ，于是通入电阻体的能量W可用式(1)计算得到W= ATXGXc = 40X22X0. 84 ^ 740J(1)式中c是氧化锌压敏电阻本体的热容量，c = 0. 84J/g. K为便于控制，用工频恒流源对压敏电阻元件进行加电，加电持续时间设定为2s，将一只预试验压敏电阻本体接入电源，将电源电流值调整到2s时间内进入预试验元件的能量大体为740J(例如740J士5% )。3)利用测温仪器检测压敏电阻本体表面每个划分区域的平均温升，并在平均温升最高的区域标记为热岛位置将每只压敏电阻元件，逐个接入上述试验装置，加电k，大约740J的能量进入元件，接着用红外非接触测温仪测定①、②、③、④四个区的平均温升，在平均温升最高的区上打一标记。最后，用上述热岛定位的压敏电阻本体做成浪涌保护器SPD，并使SPD的热脱离装置位于热岛位置上，这样的SPD按照技术标准IEC61643-1的热稳定试验要求进行试验，和按照IEC-62368-1的G. 10. 3进行试验，均合格。需要特别指出的一点是上述实施例只是一个例子，本发明的范围包括但并不限于上述实施例。例如实施例中所用的电源是工频恒流源，但也可以用直流恒流源，或工频恒压源，或直流恒压源；实施例中测试温度分布用的是红外非接触测温仪，也可以用接触式点温
度计等。
权利要求
1.一种热岛定位的压敏电阻，包括压敏电阻本体，其特征在于所述的压敏电阻本体表面标记有热岛位置，所述的热岛位置为整个压敏电阻本体通电后平均温升最高的区域， 所述的热岛位置的区域内设置热脱离器。
2.一种如权利要求1所述的压敏电阻的热岛定位的方法，其特征在于包括以下步骤1)将压敏电阻本体表面划分为多个区域；2)对压敏电阻本体通电，通电时间为At，通入的电能为W;3)利用测温仪器检测压敏电阻本体表面每个划分区域的平均温升，并在平均温升最高的区域标记为热岛位置。
3.如权利要求2所述的压敏电阻的热岛定位的方法，其特征在于所述的步骤2)中的通电时间为1 2s，通入的电源为恒流源或恒压源。
4.如权利要求2所述的压敏电阻的热岛定位的方法，其特征在于所述的步骤3)中的测温仪器为红外非接触测温仪或接触式点温度计。
5.如权利要求2所述的压敏电阻的热岛定位的方法，其特征在于所述的步骤2)中的通电时间与通入的电能满足既可以表现压敏电阻本体的电流集中效应又不会对压敏电阻本体的技术性能造成损害。
全文摘要
本发明涉及一种热岛定位的压敏电阻及其热岛定位的方法，包括压敏电阻本体，所述的压敏电阻本体表面标记有热岛位置，所述的热岛位置为整个压敏电阻本体通电后平均温升最高的区域，所述的热岛位置的区域内设置热脱离器。所述的压敏电阻的热岛定位的方法，包括以下步骤1)将压敏电阻本体表面划分为多个区域；2)对压敏电阻本体通电，通电时间为Δt，通入的电能为W；3)利用测温仪器检测压敏电阻本体表面每个划分区域的平均温升，并在平均温升最高的区域标记为热岛位置。本发明保证了热脱离器在故障压敏电阻元件短路失效以前能可靠断开。
文档编号H01C7/10GK102254658SQ201110109169
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者张南法, 束静 申请人:常州市创捷防雷电子有限公司