温升如何测量

温升测量是评估电气设备、机械部件及材料在运行时温度升高情况的关键技术。本文将系统阐述温升的基本概念、测量原理与主要方法，涵盖接触式与非接触式测温技术、传感器选择、布点原则、环境补偿、数据处理及标准依据等核心环节。文章旨在为工程师、质检人员及相关从业者提供一套完整、深入且可操作的测量指南，确保温升评估的准确性与可靠性，为产品研发、安全测试与故障诊断提供坚实依据。

       当一台电机持续运转，其外壳逐渐变得烫手；当一块电路板满载工作，某些芯片区域的温度悄然攀升。这种设备或部件在工作状态下，温度相对于稳定环境温度的升高值，就是我们常说的“温升”。它绝非一个简单的温度读数，而是衡量设备发热程度、散热效率、绝缘老化速率乃至运行安全性的核心物理量。从家用电器到工业电机，从电子元器件到大型变压器，精确测量温升是保障产品性能、寿命与安全不可或缺的一环。那么，如何科学、准确地进行温升测量？这背后是一套融合了热力学、测量学与标准规范的严谨体系。

       

一、 理解温升：从概念到意义

       温升，严格定义为被测物体在特定工作条件下达到热稳定状态时，其指定部位的温度与周围冷却介质温度（通常指环境温度）之间的差值。其单位通常为开尔文（K）或摄氏度（℃），值得注意的是，由于温升是差值，用K和℃在数值上是一致的。理解这个概念，必须抓住三个关键：一是“热稳定状态”，即温度随时间变化不超过规定微小范围的状态；二是“指定部位”，即需要关注的热点，如绕组、铁芯、触点等；三是“冷却介质温度”，即设备周围环境空气或其他冷却剂的温度。测量温升的根本意义在于，它能直接反映设备的损耗发热情况、散热设计优劣，是验证其是否满足绝缘材料耐热等级、评估长期运行可靠性与进行故障预警的重要依据。

       

二、 测量原理与基础：热平衡与热传递

       所有温升测量都建立在热力学基本原理之上。设备运行时，内部损耗（如铜损、铁损）转化为热能，导致自身温度升高。热量通过传导、对流和辐射三种方式向周围环境散发。当单位时间内产生的热量与散发的热量相等时，设备便进入热平衡状态，温度趋于稳定，此时测得的温度与环境温度的差值即为温升。因此，测量实质上是捕捉这一动态平衡下的温度场信息。测量方法的选择，很大程度上取决于热传递的路径、被测对象的物理特性以及所需的测量精度。

       

三、 主流测量方法概览：接触式与非接触式

       根据传感器是否与被测物体表面直接接触，温升测量方法主要分为接触式测温和非接触式测温两大类。接触式测温依赖热传导，传感器需要与被测部位良好接触以感知其温度，常见的有热电偶法、热电阻法（铂电阻）和数字集成温度传感器法等。这类方法通常精度高、可靠性好，能够测量物体内部或表面的确切温度，但可能对被测物体的温度场产生微小干扰，且不适用于运动或高压带电体。非接触式测温则基于热辐射原理，通过感知物体表面发射的红外辐射能量来反推其温度，即红外测温与热成像技术。这种方法无需接触，响应快，可进行面扫描，非常适合测量运动物体、带电体或难以接触的部位，但其测量结果易受物体表面发射率、环境辐射及测量距离等因素影响。

       

四、 接触式测温利器：热电偶的深入应用

       在接触式测温中，热电偶因其测量范围宽、结构简单、响应较快、可制成极小尺寸等优点，成为温升测量，尤其是电气设备内部测温的首选。其工作原理基于塞贝克效应：将两种不同材料的导体连接成回路，当两个接点温度不同时，回路中会产生热电势。测量端（热端）接触被测部位，参考端（冷端）保持已知温度（通常通过冰点补偿或电子补偿实现），通过测量热电势即可推知测量端温度。在电气设备温升试验中，常采用细丝径的绝缘型热电偶，将其测量端用导热胶粘附、锡焊或埋入被测绕组、铁芯的指定位置。为确保测量准确，热电偶的选型（如K型、T型）、导线铺设（避免与发热源或强电磁场干扰）、冷端补偿的准确性都至关重要。中国国家标准《GB/T 755-2019 旋转电机 定额和性能》及《GB 1094.2-2013 电力变压器 第2部分：液浸式变压器的温升》等均详细规定了使用热电偶测量绕组温升的方法。

       

五、 接触式测温的稳定之选：热电阻

       与热电偶相比，热电阻（特别是铂电阻，如PT100）利用金属导体电阻随温度变化的特性进行测温。它在中等温度范围内具有更高的精度和稳定性，线性度更好，但响应速度通常慢于热电偶，且尺寸相对较大。铂电阻在需要高精度、长期稳定性测量的场合应用广泛，例如作为环境温度测量的标准传感器，或用于校准其他测温系统。在温升测量中，常将铂电阻置于设备周围不受热辐射和气流直吹的位置，用以精确测量冷却介质的温度，这是计算温升的基准值，其准确性直接决定最终温升结果的可靠性。

       

六、 非接触式测温的革命：红外热成像技术

       红外热像仪将物体表面的红外辐射分布转换为可视化的温度场图像，能够瞬间捕获大面积的温度信息。这对于快速发现过热热点、评估散热器效率、检查电气连接松动或接触不良等异常发热点具有无可比拟的优势。使用热像仪测量温升时，关键步骤是正确设置被测物体的表面发射率。发射率取决于材料性质和表面状态（如氧化、粗糙度），设置错误会导致显著测量偏差。通常需要使用接触式测温工具在相同环境条件下对典型点进行比对校准，以确定准确的发射率值。此外，测量应避免环境强光反射、蒸汽、灰尘干扰，并确保测量距离在仪器景深范围内。红外测温虽便捷，但对于内部发热或封闭结构的温升，仍需依赖接触式方法。

       

七、 电阻法测绕组温升：电气设备的经典方法

       对于电机、变压器等设备的绕组，有一种独特且极为重要的间接测温方法——电阻法。其原理是基于金属导体的电阻随温度升高而增加的特性（对于铜绕组，温度每升高约1K，电阻增加约0.393%）。试验时，在设备断电瞬间，迅速测量绕组的热态直流电阻，然后根据绕组冷却曲线或公式，推算出热平衡状态时的电阻，再通过公式计算绕组的平均温升。这种方法测得的是整个绕组的平均温度，能有效反映绕组整体的发热情况，被国际电工委员会（International Electrotechnical Commission， IEC）和中国国家标准广泛采纳为确定绕组温升的基准方法。电阻法尤其适用于无法直接埋设热电偶或需要获取绕组整体平均温度的场合。

       

八、 测量前的关键筹备：规划与布点

       “凡事预则立”，温升测量前的周密规划是成功的一半。首先要明确测量目的和标准依据，例如是产品型式试验、出厂检验还是故障诊断，并遵循相应的国家标准（如GB系列）、行业标准或国际标准（如IEC标准）。其次，基于设备结构、散热路径和理论分析，确定可能的热点位置，科学布置测温点。例如，在电机中，测温点通常包括各相绕组、铁芯、轴承、外壳表面；在配电柜中，则关注母线连接处、开关触点、电缆接头等。布点原则是覆盖所有关键发热部位和代表性位置，确保能捕捉到最高温升点。

       

九、 传感器安装的精细艺术

       传感器的安装质量直接决定测量数据的可信度。对于接触式传感器，确保其与被测表面紧密、牢固地热接触是核心要求。常用的固定方式包括使用高温胶粘剂粘贴、焊接（适用于金属表面）、用卡箍或绑带固定，对于测量内部温度，可能需要预埋或钻孔安装。安装时必须注意减少传感器引线带来的热传导误差，并做好绝缘处理，特别是在高压电气设备上。传感器安装后，应检查其回路通断和初始读数是否合理。对于非接触测量，则需规划好扫描路径和固定测点，确保每次测量条件（距离、角度）的一致性。

       

十、 环境条件的测量与控制

       温升是相对于环境温度的差值，因此环境温度的测量必须准确且具有代表性。环境温度传感器应放置在设备周围，不受设备热辐射、阳光直射、通风口气流直接影响的位置，通常要求在设备高度的二分之一处，距离设备1至2米，周围有多个测点取平均值。同时，需记录试验期间的环境湿度、大气压力以及空气流速，因为这些都是影响散热的重要因素。许多标准要求在规定的基准环境温度（如40℃）下进行试验，若实际环境温度不同，则需对测量结果进行换算或修正。

       

十一、 试验过程与热稳定的判定

       正式试验开始后，设备在规定的负载条件下（如额定电压、额定电流、额定功率）持续运行。测量系统需要连续或间隔记录各测点的温度。核心任务是判断设备何时达到“热稳定”。通常，当设备在连续四个时间间隔（每间隔可为30分钟或1小时）内，其温度变化不超过1K或2K（具体依据标准规定）时，即可认为达到热稳定。此时记录的温度值作为计算温升的稳态温度。整个试验过程应保持负载稳定，并密切监视设备运行状态。

       

十二、 数据处理与温升计算

       获得热稳定温度和环境温度后，基本的温升计算是两者相减。但实际情况往往更复杂。例如，若试验期间环境温度波动，可能需要采用“叠加法”或“回归分析法”将结果修正到标准基准环境温度下的值。对于电阻法测得的绕组温升，有专门的计算公式。所有原始数据应妥善记录，计算过程清晰明了。最终报告不仅应给出各测点的温升值，还应说明测量方法、传感器信息、环境条件、负载情况以及所依据的标准条款。

       

十三、 测量误差分析与控制

       没有任何测量是绝对完美的，温升测量也存在多种误差来源。系统误差可能来自传感器本身的精度等级、校准偏差、冷端补偿误差、测量仪表的精度以及安装接触热阻等。随机误差则可能源于环境条件的波动、读数视差、电磁干扰等。为减少误差，应选用经过计量校准的合格传感器和仪表，严格按照规范安装，采取屏蔽措施抗干扰，并在数据处理时进行必要的修正。了解并评估测量不确定度，能使温升结果更具科学性和说服力。

       

十四、 安全注意事项：测量中的红线

       温升测量，尤其是对带电运行的电气设备进行测量，安全永远是第一要务。必须严格遵守电气安全操作规程，设置安全围栏和警示标识。接触式测量时，确保传感器及其引线有足够的绝缘等级，防止触电或短路。非接触测量虽相对安全，也需注意与带电体保持安全距离。对于旋转设备，注意防止引线缠绕。高温部位需防烫伤。制定应急预案，测量人员应具备相应的安全知识和技能。

       

十五、 标准与规范：测量的准绳

       权威的标准和规范是确保温升测量结果公正、可比、有效的根本依据。国际上，国际电工委员会发布的一系列标准，如IEC 60034（旋转电机）、IEC 60076（电力变压器）等，对温升试验方法有详细规定。在中国，国家标准（GB/T、GB）、机械行业标准（JB/T）、电力行业标准（DL/T）等构成了完整的体系。例如，《GB/T 11022-2020 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》对高压开关的温升试验做出了明确要求。进行任何正式的温升测量前，必须研读并执行适用的标准。

       

十六、 在新兴领域的应用与挑战

       随着技术的发展，温升测量面临新的应用场景和挑战。在高功率密度电力电子设备（如绝缘栅双极型晶体管模块、碳化硅器件）中，芯片结温的精确测量对于可靠性评估至关重要，可能需要结合红外热成像、热阻网络模型和光纤测温等特殊技术。在新能源汽车的电池包和电机系统中，温升测量直接关系到热管理策略和安全预警。对于微型化和集成化设备，如何实现微米尺度下的精准、非侵入式温度测量，是当前的研究前沿。这些领域推动着温升测量技术向更高精度、更快响应和更强适应性的方向发展。

       

十七、 建立完善的测量体系与记录

       对于需要频繁进行温升测试的实验室或企业，建立一套标准化的测量体系至关重要。这包括：编制详细的测量作业指导书，对人员进行系统培训，建立仪器设备的计量校准台账和维护计划，设计统一的原始数据记录表格和报告模板，并妥善归档所有测量数据和报告。一个良好的体系不仅能提高测量效率和数据质量，还能保证测量过程的可追溯性，为产品改进和质量认证提供有力支持。

       

十八、 总结：从测量到洞察

       温升测量，远不止是读取一个温度数字。它是一个从明确目标、选择方法、精心实施到科学分析的系统工程。它连接着理论设计与实际运行，是评估产品热性能的“听诊器”。无论是采用经典可靠的热电偶与电阻法，还是运用先进直观的红外热像仪，其最终目的都是为了获取真实、可靠的温度信息，进而转化为对设备状态、设计优劣和潜在风险的深刻洞察。掌握科学的温升测量方法，意味着掌握了评估产品热安全性与可靠性的钥匙，这无论是在研发设计、生产质检还是在运行维护领域，都是一项极具价值的基础能力。随着技术迭代和标准完善，温升测量这门实践科学，也将持续演进，为工业产品的进步保驾护航。