การตรวจสอบความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ในด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยเป็นสิ่งจำเป็นในอุตสาหกรรมทั่วโลก เนื่องจากอุปกรณ์มีขนาดเล็กลงและมีความหนาแน่นมากขึ้น และส่วนประกอบภายในก็อยู่ใกล้กับขีดจำกัดของวัสดุมากขึ้น ทำให้ความน่าจะเป็นของการเกิดประกายไฟในกรณีที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรเพิ่มสูงขึ้น การทดสอบลวดเรืองแสง กระบวนการนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อจำลองสถานการณ์การเกิดไฟไหม้ที่สมจริง ซึ่งเกิดจากชิ้นส่วนที่ร้อนเกินไป หน้าสัมผัสขั้วต่อหลวม หรือการลัดวงจรภายใน กระบวนการนี้เป็นตัวอย่างของการให้ความร้อนแบบควบคุม ซึ่งใช้แทนการให้วัสดุสัมผัสกับเปลวไฟโดยตรง เพื่อจำลองความเครียดทางความร้อนที่เกิดจากการให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนภายในวงจรที่ชำรุด
วิธีการนี้ให้ผลการทดสอบที่น่าเชื่อถือสำหรับการตรวจสอบพฤติกรรมการจุดติดไฟ การพัฒนาของเปลวไฟ พฤติกรรมการหลอมเหลว และพฤติกรรมหลังการให้ความร้อน มาตรฐานการทดสอบระบุอุณหภูมิที่ใช้ รวมถึงระยะเวลาการสัมผัสขององค์ประกอบความร้อนกับตัวอย่าง วิธีการกำหนดระยะเวลาของเปลวไฟ และพฤติกรรมการหยดหรือการหลอมเหลว ซึ่งจะส่งผลต่อการจำแนกประเภทความปลอดภัย

วัตถุประสงค์ของการประเมินด้วยลวดเรืองแสงและการเชื่อมโยงกับสภาวะความผิดปกติจริง

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์นั้นแทบจะไม่ติดไฟจากเปลวไฟภายนอก แต่จะเกิดจากความร้อนสูงเกินไปภายใน ขั้วต่อที่หลวมเนื่องจากการสั่นสะเทือนทางกลอาจร้อนจัดและลุกลามไปยังตัวเรือนโพลีเมอร์อื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียง ในทำนองเดียวกัน ตัวต้านทานที่ทำงานใกล้ระดับโอเวอร์โหลดหรือมีขั้วต่อที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดจุดร้อน จุดร้อนเหล่านี้จะร้อนมากพอที่จะทำให้ฉนวนโพลีเมอร์ละลายหรือไหม้ได้
เทคนิคการใช้ลวดร้อนเป็นการจำลองแหล่งกำเนิดประกายไฟ โดยวัดจากแหล่งความร้อนไฟฟ้ามาตรฐาน เครื่องทดสอบลวดร้อนจะให้ความร้อนแก่ลวดนิกเกิล-โครเมียมจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด เช่น 550°C, 650°C หรือสูงกว่านั้น แล้วนำไปสัมผัสกับวัสดุเป็นระยะเวลาหนึ่ง เพื่อตรวจสอบว่าวัสดุนั้นจะติดไฟหรือไม่ และในกรณีที่ติดไฟได้ จะดับลงเองตามเวลาโดยไม่ก่อให้เกิดไฟไหม้เพิ่มเติม
ในห้องปฏิบัติการสมัยใหม่ที่ใช้อุปกรณ์ที่ผลิตโดย LISUNการกำหนดมาตรฐานอย่างเข้มงวดเป็นสิ่งจำเป็น เนื่องจากความแตกต่างเพียงเล็กน้อยในอัตราการให้ความร้อนหรือแรงกดสัมผัสก็อาจเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ได้ ด้วยเหตุนี้จึงมีการกำหนดมาตรฐานสากลขึ้นเพื่อควบคุมตัวแปรการทดสอบทั้งหมด

กรอบการทดสอบลวดเรืองแสง IEC 60695

IEC 60695 เป็นมาตรฐานที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับการประเมินด้วยลวดเรืองแสง มาตรฐานนี้ครอบคลุมหลายส่วนที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิการจุดติดไฟ การลุกลามของเปลวไฟ และดัชนีความไวไฟ มาตรฐานนี้กำหนดวิธีการสร้างอุปกรณ์ทดสอบ วิธีการวัดอุณหภูมิ และวิธีการวางตัวอย่างวัสดุ
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มาตรฐาน IEC 60695-2-10 ระบุเงื่อนไขการทดสอบสำหรับการใช้งานต่างๆ ข้อกำหนดเหล่านี้ระบุเวลาในการเพิ่มอุณหภูมิ แรงกดที่กระทำระหว่างชิ้นส่วนความร้อนกับชิ้นงานทดสอบ เวลาในการทดสอบ และการทดสอบหลังการจุดติดไฟ การกำหนดมาตรฐานของพารามิเตอร์เหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบวัสดุต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น โพลิเมอร์ชนิดเดียวกันอาจจุดติดไฟได้ที่ 550°C แต่ไม่ติดไฟที่ 650°C การเปรียบเทียบเช่นนี้จะไม่มีประโยชน์หากไม่มีวิธีการที่เป็นมาตรฐาน
เกณฑ์นี้คำนึงถึงกรณีความล้มเหลวที่เกิดขึ้นจริง: วัสดุนั้นไม่เพียงแต่จะต้องไม่ติดไฟได้ง่ายเท่านั้น แต่ยังต้องไม่สามารถจุดไฟสารอื่นได้ด้วย ดังนั้น การหยดของวัสดุหลอมเหลวจึงเป็นแหล่งที่มาของอันตรายเพิ่มเติม ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของสำลีหรือกระดาษบ่งชี้ใต้ชิ้นงานทดสอบ

อุณหภูมิการจุดติดไฟของลวดเรืองแสง (GWIT) และดัชนีความไวไฟของลวดเรืองแสง (GWFI)

การทดสอบด้วยลวดเรืองแสงให้ผลลัพธ์ที่สำคัญสองประการ ได้แก่ อุณหภูมิการจุดติดไฟของลวดเรืองแสง (GWIT) และดัชนีความไวไฟของลวดเรืองแสง (GWFI) GWIT ใช้ในการวัดอุณหภูมิสูงสุดที่จำเป็นเพื่อไม่ให้วัสดุติดไฟได้ในระยะเวลาที่กำหนด ส่วน GWFI ใช้ในการวัดว่าวัสดุจะดับไฟเร็วแค่ไหน ตัวชี้วัดทั้งสองนี้ช่วยให้เราเข้าใจพฤติกรรมของวัสดุภายใต้ความเครียดทางความร้อนได้
มาตรฐาน GWIT และ GWFI ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถจำแนกประเภทพลาสติกที่ใช้ในตัวเรือน ตัวเชื่อมต่อ และชิ้นส่วนภายในได้ วงจรรวมที่เลือกใช้โดยไม่ได้ตรวจสอบตามมาตรฐานดังกล่าว อาจผ่านการทดสอบทางไฟฟ้า แต่ล้มเหลวในกรณีเกิดความร้อนสูงเกินไป ด้วยการพัฒนาวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและสามารถรีไซเคิลได้ มาตรฐานการวัดความทนไฟจึงสามารถนำมาใช้เพื่อรักษาประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยได้

เอกสารอ้างอิง EN, UL และ ISO ที่สนับสนุนวิธีการตรวจสอบด้วยลวดเรืองแสง

ในขณะที่มาตรฐานสากลกำหนดโดยมาตรฐาน IEC หน่วยงานระดับภูมิภาคก็ออกเอกสารที่คล้ายคลึงกัน มาตรฐาน EN 60695 เป็นการสะท้อนคำแนะนำของ IEC เกี่ยวกับตลาดในยุโรป UL 746A มาตรฐาน ISO มีข้อกำหนดเกี่ยวกับการประเมินความไวไฟบางประการสำหรับการทดสอบวัสดุพอลิเมอร์ในบริบทของทวีปอเมริกาเหนือ นอกจากนี้ หลักการของลวดเรืองแสงยังถูกกล่าวถึงในมาตรฐาน ISO เมื่อพูดถึงการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับห่วงโซ่อุปทานระดับโลก
อุตสาหกรรมต่างๆ มีระดับความต้องการที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนภายในรถยนต์นั้น คุณสมบัติการดับไฟเองเป็นสิ่งที่มีค่า ในขณะที่การผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้า อุณหภูมิการจุดติดไฟก็เป็นจุดที่ต้องคำนึงถึงเช่นกัน ดังนั้น อุปกรณ์ลวดเรืองแสงจึงควรทนต่อช่วงอุณหภูมิที่กว้างมากและให้ความร้อนได้อย่างต่อเนื่อง

การออกแบบอุปกรณ์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำได้อย่างไร

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง อุปกรณ์ควรมีการควบคุมพารามิเตอร์ความร้อนอย่างเข้มงวดสำหรับการทดสอบด้วยลวดร้อน เครื่องทดสอบลวดร้อนเป็นเครื่องทดสอบที่มีวงจรความร้อนซึ่งออกแบบมาเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้ถึงระดับที่กำหนดภายในเวลาที่กำหนดและคงอุณหภูมิไว้ในช่วงที่กำหนด ความแม่นยำของเทอร์โมคัปเปิลเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการวัดอุณหภูมิของลวด เนื่องจากความแตกต่างของการจุดติดไฟที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 20°C
อุปกรณ์นี้ยังมีการควบคุมแรงกดในการวางตำแหน่งด้วย แรงกดที่มากเกินไปจะรบกวนอัตราการถ่ายเทความร้อน ในขณะที่แรงกดที่น้อยเกินไปจะทำให้สัมผัสไม่สมบูรณ์ การควบคุมการวางตำแหน่งอัตโนมัติรับประกันความแม่นยำซ้ำได้ ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับการทำงานของผู้ปฏิบัติงาน
นอกจากนี้ ห้องที่ใช้ในการทดสอบด้วยลวดเรืองแสงควรมีการระบายอากาศที่ดี เพื่อป้องกันไม่ให้ควันจากการเผาไหม้สะสมจนรบกวนสภาวะการให้ความร้อน LISUN พวกเขาสร้างอุปกรณ์ในรูปแบบที่มีฉนวนกันความร้อนเพื่อลดการกระจายความร้อนและรักษาความแม่นยำของการวัด

รูปภาพ: เครื่องทดสอบลวดเรืองแสง

การประยุกต์ใช้งานจริงและความสำคัญของการประเมินลวดเรืองแสงแบบมาตรฐาน

อุณหภูมิภายในสูงขึ้นตามขนาดของผลิตภัณฑ์ที่เล็ลง อุปกรณ์ชาร์จไฟ ตัวขับ LED และโมดูลจ่ายไฟรุ่นใหม่ๆ สร้างความหนาแน่นของความร้อนในระดับที่วัสดุแบบเดิมไม่สามารถทำได้ โพลิเมอร์ที่ได้รับการจัดอันดับให้เป็นลวดเรืองแสงอาจยับยั้งการจุดติดไฟได้แม้ในกรณีที่อุปกรณ์ทำงานผิดปกติ ซึ่งจะช่วยให้มีเวลาเพียงพอในการปิดเครื่องอัตโนมัติหรือเพื่อกระตุ้นฟิวส์
ในหน่วยควบคุมยานยนต์ การทดสอบด้วยลวดเรืองแสงใช้เพื่อให้แน่ใจว่าตัวเรือนจะไม่ลุกไหม้ในกรณีที่สายไฟเกิดความร้อนสูงเฉพาะจุด พลาสติกภายในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เตาอบและเครื่องอบผ้า จะได้รับความร้อนเป็นเวลานาน วัสดุเหล่านี้อาจละลาย กระเด็น หรือแม้กระทั่งไหม้ได้หากไม่มีการตรวจสอบด้วยลวดเรืองแสงอย่างเหมาะสม ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดไฟไหม้รองได้
อุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ก็เป็นอีกหนึ่งความท้าทายที่เกิดขึ้นใหม่ วงจรป้องกันของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอาจทำงานผิดพลาดและทำให้เกิดอุณหภูมิสูงมากภายใต้สภาวะที่ไม่ปกติ โครงสร้างภายในจึงถูกออกแบบมาให้ทนต่อการลุกไหม้ของลวดเพื่อลดโอกาสการเกิดประกายไฟในเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยากแต่เป็นอันตรายเช่นนี้

ความสัมพันธ์ระหว่างการทดสอบลวดเรืองแสงและการเลือกวัสดุ

ผลการทดสอบด้วยลวดเรืองแสงถูกนำไปใช้โดยทีมวิศวกรรมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานโพลิเมอร์ วัสดุที่มีค่า GWIT สูงแต่ค่า GWFI ต่ำอาจจุดติดไฟยากและไหม้รุนแรงเมื่อติดไฟแล้ว ในทางกลับกัน วัสดุที่จุดติดไฟง่ายและดับเร็วสามารถนำไปใช้ในงานที่มีความเสี่ยงต่ำได้ ผลการทดสอบด้วยลวดเรืองแสงจึงนำไปสู่การตัดสินใจเลือกอุปกรณ์ดับเพลิงที่สมดุลสำหรับทีมออกแบบ
สารหน่วงไฟ สารเติมแต่งแร่ และสารทำให้คงตัว เป็นสารเติมแต่งบางส่วนที่มีผลต่อประสิทธิภาพของลวดเรืองแสง ผู้ผลิตได้ทดลองสูตรต่างๆ เพื่อให้ได้ความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างความแข็งแรงเชิงกล ต้นทุน การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม และความต้านทานต่อไฟ

สรุป

การขอ การทดสอบลวดเรืองแสง มาตรฐานต่างๆ เช่น IEC 60695 นำเสนอเทคนิคบังคับในการประเมินความเสี่ยงต่อการติดไฟและการลุกลามของเปลวไฟภายใต้สภาวะโหลดความร้อนที่ควบคุมได้และสมจริง มาตรฐานเหล่านี้ครอบคลุมรายละเอียดทั้งหมดของวิธีการทดสอบ โดยให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันและมีความสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ ตู้กันไฟแบบเคลื่อนย้ายได้ ตัวเรือนอุปกรณ์ป้องกัน ตู้เครื่องใช้ไฟฟ้า ตัวเชื่อมต่อ และโมดูลยานยนต์และชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ใช้วัสดุที่ทนไฟได้เพื่อให้ทำงานได้อย่างปลอดภัยภายใต้สภาวะไฟไหม้
เมื่อได้รับการออกแบบโดยผู้ผลิตที่มีความรับผิดชอบ เช่น LISUNเครื่องทดสอบลวดร้อนช่วยให้ห้องปฏิบัติการสามารถทำการวิเคราะห์ได้อย่างแม่นยำและสามารถทำซ้ำได้ดีเยี่ยม ซึ่งสามารถเชื่อมโยงโดยตรงกับสภาวะความร้อนสูงเกินในโลกแห่งความเป็นจริง การใช้มาตรฐานการทดสอบที่สำคัญเหล่านี้ วิศวกรสามารถมั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าสมัยใหม่มีความปลอดภัย แม้ว่าจะเป็นความผิดพลาดภายในที่อาจทำให้ผลิตภัณฑ์ทำงานเกินขีดจำกัดการทำงานปกติก็ตาม