测试计量技术研究所

中国家用电器研究院

IEC 60705 国际标准测试方法修订研究

2019-04-25 16:04来源:健康家电作者:广东美的厨房电器制造有限公司 刘迎九 中国家用电器研究院 吴蒙网址:https://mp.weixin.qq.com/s/evVoOu1iRZnDxuyy4AeuIQ浏览数:20 

IEC 60705 《家用微波炉性能测试方法》(Householdmicrowave oven – Method for measuring performance)是一个有着较长历史、在微波炉领域广泛应用的性能测试方法国际标准。目前可追溯到的最早版本为IEC 705:1981。其内容涵盖了输出功率、效率的测试方法,以及对微波炉烹饪性能优劣(特别是烹饪均匀性)的测试方法。自1993 年以来,该标准中的测试方法基本保持稳定状态,每个版本之间并没有显著的、本质的区别。而2014 年的版本,增加了能耗测试方法以及器具在冷却期、待机状态下的能耗测试方法,内容有了明显的增加。但该版本的内容也存在一些问题需要进一步明确或纠正。中国微波炉行业针对这些问题进行了深入研究,在研究的基础上提出了系列国际标准提案,并最终完成了对IEC 60705 的修订。



1、微波炉输出功率测试方法


微波炉输出功率一直以来沿用的是如下方法:将质量大约为1000 克的纯净水放在特定的容器内,从大约10 摄氏度加热到20 摄氏度左右,记录加热时间t ,以及过程所消耗的电能,从而通过公式计算出输出功率。计算公式是:



式中:P 是微波输出功率,以瓦特为单位;mw 是水的质量,以克为单位;mc 是盛水容器的质量,以克为单位;TA 是环境温度,以摄氏度为单位;T0 是水的初始温度,以摄氏度为单位;T1 是水被加热后的最终温度,以摄氏度为单位;t 为加热时间,以秒为单位,去除磁控管灯丝的预热时间。


从这个公式来看,影响到最终计算结果的重要因素分为分子项和分母项:


分子项由两个单项式4.187·mw (T1-T0 ) 和0.55·m c (T1-TA) 组成。对这两个单项式进行比较,我们会发现:4.187 是0.55的7 倍多, mw 约为1000g, mc 约为400g,(T1-T0 ) 约为10℃,(T1-TA ) 不超过5 ℃。因此,分子的第一项要比第二项大得多,对结果的影响程度要远大于第二项。最理想的情况下,T1 与TA 完全相等,则分子后一项为零,其影响降到最低。


分母项,只有一个t ,加热时间。显而易见,分母对最终计算结果的影响相当之大,成反比关系。


标准中对于t 的定义是“t 为加热时间,以秒为单位,去除磁控管灯丝的预热时间”。但是,如何去除磁控管灯丝的预热时间呢? 2014 版的国际标准里只字未提。这样,每个机构、每家企业去除磁控管灯丝预热时间的方式都可能不一样,得到的t 值也就大相径庭,最终计算出来的输出功率 P 值自然就存在相当大的不确定性。事实上,曾经发生过多次不同实验室对于同一款微波炉产品输出功率测量数据偏差较大的情况,有的甚至于相差了10% 以上。这与 t定义不明确带来的不确定性有直接的关系。


因此,降低输出功率的不确定性首先得从加热时间 t 的测试方法入手,更清晰地定义和规范它的测试方法,降低输出功率的不确定度。


从微波炉的磁控管工作原理可见,磁控管阴极的电子流在受到预热之后才有能量飞向阳极,然后在磁场的作用下,偏离其径向路程,绕阴极旋转,产生微波频率的振荡,从而产生了微波,以加热腔体内的食物或饮料。当微波炉刚刚启动时,由于阴极的电子还没有被加热,因此还没有足够的能量飞向阳极,这时实际上还没有微波产生。根据相关研究表明,当微波炉的输入功率至少达到其正常输入功率的三分之二及以上时,磁控管开始发射微波,而在此之前,磁控管的灯丝在预热电子,为发射微波做准备。这个研究结果告诉我们,微波炉从启动之时起,一直到输入功率达到其正常输入功率的三分之二的这段时间,磁控管实际上是没有产生微波的,这段时间应该从微波炉的加热时间中去除。


中国在2014 年的IEC/SC59K 会议上针对IEC 60705:2014 提出了三项修订提案,其中一项就是针对该问题的提案:


即,在t 的描述之后加一个注:磁控管灯丝的预热时间可视为从微波炉启动至达到标称输入功率2/3 的时间。


在随后的研究过程中,项目组对于灯丝预热时间的截止点如何确定进行了大量的理论分析和试验比对,推荐采用在1993版IEC 705 标准中曾经提及的“功率最终值的90%”作为确定时间截止点的条件。但由于考虑到“功率最终值”难以在短时间内找到,最终采用“达到90% 额定功率”的时间作为灯丝预热时间的截止点。


这样,微波炉加热时间 t 带来的不确定因素就大大降低了,使得输出功率测试的可重复性和再现性都得到了较大的提升。


2、组合型微波炉的测试方法


IEC 60705:2014 将微波炉只分为两大类:微波炉以及组合型微波炉,而对于具备其它发热功能的组合型微波炉没有详细的区分,对其所要进行的试验项目也只进行了粗略的划分。不合理处在于:一个具有上发热管的组合型微波炉与一个具备热风对流功能的组合型微波炉以及具备蒸汽功能的组合型微波炉有完全相同的试验项目。对于一个蛋糕试验,如蒸汽功能的微波炉也要进行这个试验,显然是无法鉴别蒸汽功能的优劣。这也显示出只区分微波炉与组合型微波炉是不够的。因此,新版标准将组合型微波炉进行了详细的区分:

(1)带有上发热管的组合型微波炉(这个概念首次引入)

(2)带有强制空气循环或热风对流功能的组合型微波炉

(3)带有热蒸汽功能的组合型微波炉

(4)带有蒸汽功能的组合型微波炉


这样,不同类型的组合型微波炉需要进行不同的试验项目,而不是所有组合型微波炉只做同一类试验。因此,标准中用于规定不同类型微波炉试验项目的表1 相应也进行了较大修订,这也是本次重要的修订项目之一。



3、多杯试验用杯的规格



IEC 60705:2014 在细节上还存在一些缺陷。例如,图1 是10.3 条多杯试验中所用的杯子(cup)的尺寸规格:


图1 多杯试验所用杯子的尺寸规格


首先,试验所用的容器是玻璃制的烧杯,不是喝茶用的茶杯。所以,“cup”这个词用得很不准确, 新版标准一律将其改为“beaker”。


其次,图中的尺寸要求“d ≥ 40”以及“D ≤ 70”也是很不完善的。如果当“d ”大于“D ”时,将出现一个下大上小的窄口容器。根据我们大量的试验证明,不同形状的烧杯对这个试验的最终结果将产生显著的影响,特别当容器的形状出现类似的窄口形状时,对测试的结果影响最大。因此,规范烧杯的形状,缩小它的变化范围,即会大大降低试验的不确定度。于是,新版标准的烧杯形状的规范如图2 所示:


图2 新版标准烧杯形状规范


这样限定了烧杯的形状为图示的倒梯形,或者为圆柱形,不会出现下大上小的锥形结构,大大降低了测试的不确定度。


4、需要继续研究的问题


在本文第一部分提及的有关输出功率计算的公示中,分子中的0.55·mc (T1-TA )其实是一个修正项,应尽可能的使其减小。上文已指出当T1 与TA 非常接近甚至完全相等时,0.55·mc(T1-TA )将变得更小甚至为零。同时,当T1 与 TA 充分接近时,有利于试验过程中水负载加热后不会与环境温度之间发生热交换,影响T 1 的测量准确度,这样更能切实反映真实的微波炉加热能力。那么实际的试验过程中如何让T1 与TA尽量接近呢?可以考虑调整T1 和TA 的取值范围。


在目前标准6.3 中,规定第8 章、14 章以及15 章的试验需在室温23℃ ±2 ℃的环境下进行。而目前的第8 章中指出,T 1 的范围在20℃ ±2 ℃。即:


T1 20℃ ±2 ℃ 取值范围:18 19 20 21 22

TA 23℃ ±2 ℃ 取值范围: 21 22 23 24 25


可以看出,T1 与 TA 的交汇区间在21℃ ~22 ℃之间。我们暂且取21.5℃作为它们的最佳交汇点。


目前标准的问题是T1 和TA 取值范围过大,如T 1 仅为18 ℃也是合乎标准的,而此时的环境温度TA 达到25 ℃ 也同样合乎标准要求。但是T1 与 T A 的差值将达到7 ℃ 之多,加热后的水容易吸收环境的热量而升高温度,造成T1 的读取值产生较大的偏差。


因此可以考虑将6.3 中对于第8 章试验环境温度的规定改为23 ℃ 0-2℃,将第8 章中的最终水温T1改为20 ℃ 0+2℃,并且建议这两个温度都能最终接近21.5 ℃。


5、结语


通过对IEC 60705 的深入研究,中国此次提出的系列国际标准提案在输入功率、组合型微波炉测试方法、多杯试验等方面完善了国际标准,大大提升了试验的准确性和可重现性。由于篇幅所限,本文对系列提案中所包含的对于微波炉定义、标准统一用词等其他修改内容暂未提及。同时,我们对于进一步完善输入功率等相关测试方法的研究正在进行中,希望会在未来继续对IEC 60705 国际标准的修订完善提供帮助。


参考文献:

[1]IEC 60705 Household microwave oven – Method for measuring performance[S].