熔斷器在使用過程中,由于電流及外界環(huán)境的影響，不可避免地會發(fā)生老化[1]。熔斷器主要由陶瓷或玻璃、石英砂及熔絲材料組成。陶瓷與玻璃均需經(jīng)高溫燒結(jié)，強度高、耐高溫、具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性與機械強度，不易老化，使用壽命在30年左右。石英砂是一種堅硬、耐磨、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、絕緣度高、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2，使用壽命在30年左右。所以，熔斷器的老化主要包括熔絲的老化以及電極的老化。
　由于熔斷器使用數(shù)量巨大，不易通過全部檢測來判斷是否老化；而且，一旦發(fā)生熔斷，很難鑒定是由于電路異常引發(fā)的正常熔斷還是熔斷器老化引起的誤動作。這種現(xiàn)象對于某些重要電路或負載，存在重大安全隱患。
　現(xiàn)有對熔斷器進行測試的手段主要有熔斷器電阻測量、熔斷器溫度測量、熔斷性能測試以及X-RAY檢測技術(shù)，這些檢測的主要目的是生產(chǎn)廠家對新熔斷器產(chǎn)品進行性能測試與篩選。在熔斷器老化狀態(tài)檢測技術(shù)方面的研究相對落后，無法及時察覺熔斷器的老化狀態(tài)，導(dǎo)致大量老化的熔斷器繼續(xù)使用的情況。因此，如何及時地檢測出熔斷器的老化狀態(tài)是亟待解決的問題。
　鑒于此，本文提出了一種熔斷器老化狀態(tài)多因子檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括紅外測溫系統(tǒng)[2]、接觸式測溫系統(tǒng)、高精度電阻測量系統(tǒng)、X－RAY檢查系統(tǒng)以及SEM檢查系統(tǒng)[3,4]。通過紅外測溫以及接觸式測溫，可得到熔斷器的“電流-溫度”曲線、“電流－溫升速度”曲線以及熔斷電流特性曲線；通過高精度電阻測量系統(tǒng)，可得到熔斷器阻值變化量；結(jié)合X－RAY檢查、解體SEM檢查的結(jié)果，能夠綜合地判定熔斷器的老化狀態(tài)。1 檢測系統(tǒng)
1.1 硬件構(gòu)成
   圖1為本文提出的熔斷器多因子狀態(tài)檢測系統(tǒng)原理框圖，主要包括如下幾部分。

   (1)可調(diào)恒流源
　可調(diào)恒流源與待測熔斷器相串聯(lián)，其量程與精度能夠調(diào)整，用于為不同容量等級的待測熔斷器提供需要的模擬電流。根據(jù)不同試驗要求，電流輸出信號可調(diào)波形有：階躍、正弦（工頻）、脈沖及其他特定波形；調(diào)控方式為微機控制。
   (2)可調(diào)恒溫箱
　可調(diào)恒溫箱用于模擬待測熔斷器現(xiàn)場運行工況，其內(nèi)部設(shè)有用于將待測熔斷器安裝在其中的測試板。
    (3)溫度采集裝置
　溫度采集裝置包括與待測熔斷器相接觸用于測量熔斷器上多點溫度的小型、高精度熱電偶以及與熱電偶輸出端相連接的多通道采集卡。
   (4)紅外檢測裝置[2]
　紅外測溫裝置通過紅外熱成像技術(shù)直觀地檢測熔斷器上的溫度分布，精確定位熱點，并將測量數(shù)據(jù)實時傳遞給微機處理。
   (5)外觀檢測
　外觀檢測裝置通過判斷熔斷器的形狀與尺寸是否發(fā)生變化，初步判斷熔斷器是否出現(xiàn)老化跡象。
   (6)電阻測量
　通過高精度萬用表定期或?qū)崟r測量待測熔斷器在恒溫箱內(nèi)的電阻數(shù)據(jù)，并將測量數(shù)據(jù)實時傳遞給微機處理。
   (7)PC機
　PC機根據(jù)多通道采集卡的溫度數(shù)據(jù)以及紅外檢測結(jié)果可得到熔斷器的“電流-溫度”曲線、“電流－溫升速度”曲線以及熔斷電流特性曲線，同時結(jié)合電阻測量儀得到的電阻數(shù)據(jù)對熔斷器是否老化進行判斷。
　PC機可分別與可調(diào)恒流源及可調(diào)恒溫箱進行數(shù)據(jù)傳遞，在測量過程中，PC機對測得的數(shù)據(jù)進行處理，并以圖表方式顯示。
　另外，PC機設(shè)置有人機交互界面，在根據(jù)不同熔斷器及不同現(xiàn)場工況進行相應(yīng)的設(shè)定后，系統(tǒng)對待測熔斷器狀態(tài)進行自動檢測。
    (8)X-RAY、SEM檢測
　通過X-RAY檢測系統(tǒng)可以對熔斷器進行透視檢測；通過SEM檢測可以對經(jīng)過開封處理的熔斷器進行微觀檢測，這兩種檢測手段可用于進一步評估熔斷器當前的老化狀態(tài)。
1.2 軟件系統(tǒng)
　圖2為該系統(tǒng)的軟件構(gòu)成，主要包括三大部分：

   (1)輸入輸出界面
　人機交互的系統(tǒng)界面直觀友好，操作簡單，智能化，通過人機交互界面可對待檢測的熔斷器的參數(shù)特征進行設(shè)定。
   (2)自動控制
　根據(jù)系統(tǒng)界面接收到的控制信號，能夠根據(jù)需要任意調(diào)制恒流源電流輸出波形，包括階躍、正弦、脈沖及其他特定波形等；能夠控制恒溫箱溫度，模擬熔斷器現(xiàn)場運行工況；能夠控制多通道溫度采集卡和紅外檢測裝置實時、連續(xù)、斷續(xù)或特定時刻自動采集數(shù)據(jù)；能夠定期對熔斷器的外觀、電阻進行自動測量；所有的檢測過程以及檢測結(jié)果的記錄都能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制。
   (3)數(shù)據(jù)處理
　對自動采集的檢測結(jié)果進行處理，形成特性曲線、表格、圖片或視頻，并形成數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崿F(xiàn)存儲、查詢與調(diào)用功能；綜合X-RAY檢測（能夠?qū)θ蹟嗥鬟M行無損檢測，檢測熔斷器的熔絲或焊點是否存在缺陷）以及SEM檢測（對確認存在缺陷的熔絲進行開封處理以及微觀檢測，從微觀的角度對缺陷進行觀察與分析，有利于找出缺陷產(chǎn)生的原因）的結(jié)果對熔斷器的老化狀態(tài)進行綜合評估。
　(4)數(shù)據(jù)庫
   包括自動采集的數(shù)據(jù)以及處理后的數(shù)據(jù)，并以表格、曲線、圖片或視頻等方式存儲。
2 檢測實例
　本節(jié)將以某種型號的2 A熔斷器為例進行試驗，驗證上述方法能否有效地檢測出老化樣品。取3只樣品進行試驗，1只新樣品，2只已經(jīng)使用過尚未熔斷的樣品，在試驗環(huán)境溫度為22℃的條件下進行試驗。試驗電流從0.2倍額定電流開始逐步遞增至額定電流，間隔時間為10 min，該系統(tǒng)測試結(jié)果見表1(熔斷器的表面溫度)、表2(在線實時電阻值)；同時根據(jù)檢測結(jié)果輸出“電流-溫度”特性曲線及“電流－電阻”特性曲線，分別見圖3、圖4。最后對三個試驗樣品作SEM微觀分析驗證，結(jié)果如圖5所示。

　試驗結(jié)果表明：(1)熔斷器的表面溫度和電阻值均隨試驗電流的增大而升高；(2)老化的樣品溫升以及電阻增大的趨勢更為明顯，且出現(xiàn)了未達到額定電流即熔斷的現(xiàn)象。
　這說明溫度和電阻是熔斷器的老化敏感參數(shù)，通過電流—溫升特性以及電流—電阻特性能夠正確地檢測出熔斷器的老化狀態(tài)。
   通過SEM檢測結(jié)果可發(fā)現(xiàn)老化的樣品已經(jīng)出現(xiàn)了局部熔球狀凸起、凹陷、以及經(jīng)歷高溫后冷卻產(chǎn)生的凝固態(tài)毛刺等缺陷。
　熔斷器的溫度（熔體溫度、表面溫度）和電阻是熔斷器的老化敏感參數(shù)，通過電流-溫升特性以及電流-電阻特性能夠正確地檢測出熔斷器的老化狀態(tài)。
　提出了一種熔斷器老化狀態(tài)多因子檢測系統(tǒng)，能夠通過多種測量手段實現(xiàn)熔斷器的多因子老化狀態(tài)檢測；能夠結(jié)合X-RAY、SEM等檢測手段對熔斷器的老化狀態(tài)進行綜合評估,能夠保證檢測結(jié)果的準確可靠。
　該檢測系統(tǒng)可以對采購、庫存以及在役的熔斷器進行檢測，有效地增強熔斷器使用的安全性。
　該系統(tǒng)還可以與PC機結(jié)合,實現(xiàn)多因子狀態(tài)檢測過程的自動化控制，包括檢測手段自動化控制與檢測結(jié)果的自動化采集與自動化處理。
參考文獻
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