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示溫貼紙 ( 溫度貼紙 / Thermal label ) 簡介與應用

 隨時代進步,機電等設備日趨精密,對工作的環境溫度要求也日趨嚴苛,因此為防止設備發生異常,溫度過高,造成毀損,致使工廠停工,甚至引發工安事故變成日趨重要.

 本文介紹利用示溫貼紙黏貼於各種設備發熱體,當溫度超過示溫貼紙額定溫度時,即變色之特性,提早發覺機電等設備溫度異常部位,追查原因及早改善,避免設備受損,發生事故.進而也能讓工安防護更加落實.

 示溫貼紙結構介紹

簡單而言,示溫貼紙(Thermal Label) 可視為是一種簡易型的黏貼式溫度計, 就像一般貼紙一樣,但它不需要電池或其它動能,只要溫度到達示溫貼紙額定溫度時,就會變色,提醒使用者注意.

主要結構如圖示

註 :  1.溫度元件依不同溫度有將近百種,常見為40℃ ~ 250℃或特殊用途則更高.

        2.示溫貼紙又分為,可逆式(溫度元件變色,在冷卻後可回復原色.可持續重複使用) 與不可逆式(溫度元件變色,但在冷卻後不可回復原色.不可重複使用) 兩者結構相似, 但可逆式無染色紙層.

其實市面上可檢測發熱體之溫度儀器非常多樣,但每種儀器在應用上都有其優缺點.使用者可依本身用途,方便性,準確性…等做選擇.下表為各式測溫儀器與示溫貼紙做比較.

由比較表得之,示溫貼紙在特定場合下,量測發熱體,反而是最佳選擇.

圖一 各式示溫貼紙 示溫貼紙有許多種樣式,外方內圓,外方內方形…等,尺寸有大到 10cm x 10cm在10~20公尺遠肉眼可辨識,也有 5mm x 5mm 專門用在微小電子零件上. 可符合大多數使用者的需求.

示溫貼紙應用

到底在何種特定場合下適合使用示溫貼紙? 筆者歸類出下列常見場合都適合使用.

1.      工作人員無法持續監看發熱體之溫度變化但需要監控多點發熱體之溫度,且又希望溫度到達預定值時能告警.

2.      發熱體在戶外或持續運動中或周圍環境髒污,有水氣…等.

3.      發熱體為高電壓,除非斷電否則無法靠近.

4.      發熱體非常小,密集排列在狹小空間內,又有障礙物阻擋.

5.      不耐高溫之物品,防止運送中途物品變質.

6.      受天候影響,傳統測溫設備無法量測或量測誤差值太大.

以台電所使用之不可逆式示溫貼紙為例.

每條用電線路上安裝許多大小容量不等之變壓器,將11.4 kV或 22.8 kV配電線路電壓下降至 110 ~440V 給用電戶使用. 變壓器會隨用電戶用電量大小而發熱,藉由外殼散熱. 如果長時間用電量超過變壓器額定容量,將導致燒毀,用電戶停電.

 雖然台電會隨用電量情況適時更換不同容量之變壓器或修改線路設計,以防止變壓器超載,用戶停電. 但用電量顛峰,離峰及異常情況…等往往不可預測. 因此台電在配電線路上所有變壓器發熱體貼上 75℃ 不可逆示溫貼紙(圖二).以變壓器外殼發熱至75℃,內部線圈溫度更高,如短時間尚無大礙,但長時間可能導致故障.

當變壓器外殼溫度上升至 75℃左右,熱能傳達至示溫貼紙,溫度元件會逐漸融化成液態並將白色之染色紙印染成紅色(圖三). 當發熱體溫度下降冷卻,染色紙已無法回復成白色.

 台電巡修人員例行巡檢時,以肉眼目視示溫貼紙是否變色? 如變色則表示此變壓器曾經發熱至少75℃ 或更高. 應檢查原因並改善.(圖四)

圖二 發熱部未達到示溫貼紙額定	圖三 發熱部到達示溫貼紙額定溫度後. (溫度元件變成紅色)
圖四 維修保養中之桿上變壓器. 圖中有一台之示溫貼紙已變色.

以台電高壓變電所為例.

變電所將超高壓輸電線路69,161或 345kV電壓降壓至11.4或22.8 kV後輸送至配電線路.

變電所內有許多閘刀開關,電纜端子…等會因負荷過大,氧化腐蝕…等接觸問題,造成發熱.所內人員將示溫貼紙黏貼於發熱體監控溫度是否異常?(圖五)

圖五 閘刀開關,電纜端子均貼上示溫貼紙.

以台鐵所使用之不可逆式示溫貼紙為例.

機車頭以馬達帶動齒輪箱經由軸承傳動鋼輪,使機車頭推拉無動力車箱前進或後退. 軸承與鋼輪所承受摩擦力大且會發熱. 隨經年纍月工作,軸承與鋼輪因磨損變形發熱量愈來愈大,導致影響行車安全.

 台鐵在機車頭之軸承發熱體貼上 75℃不可逆示溫貼紙,當軸承發熱至75℃,示溫貼紙變成紅色. 事後進廠維修保養,工作人員可以目視檢查.(圖六)

 台北大眾捷運電車亦有黏貼類似功能之示溫貼紙,不過他們使用自71℃到 110℃,八段溫度顯示.

圖六 台鐵機車頭軸承

以電子業所使用之不可逆式示溫貼紙為例.

電子產品日新月異,體積愈來愈小,電子零件散熱問題關係到產品穩定性. 而電子零件微小化,產品研發人員做雛形測試時,要量測點又多,花在架設溫度感知器時間太長,使得溫度量測困難.經使用示溫貼紙,可大幅簡化,節省時間與人力.(圖七,八)

圖七 電腦 CPU 黏貼90 ℃示溫貼紙

圖八 CPU散熱鰭片黏貼 70 ℃示溫貼紙

其它常見應用

高壓鍋爐洩壓排氣管路,電子工廠高溫生產機台,割草機等小型引擎,變速箱,大馬力馬達,配電盤內之閘刀開關,銅匯流排,模注式變壓器,路運或船運貨櫃,醫葯品,軟片,高價食品…等溫度監控.

別小看一張小小地又不起眼的示溫貼紙,除外觀檢查外,常見品管有將近十種試驗以確保產品品質.

 1.      變色溫度: 測試溫度元件變色反映符合± 2 ℃以內.

2.      黏著力: 測試示溫貼紙與發熱體是否緊密接合,不易脫落.

3.      耐久性: 以低於額定溫度元件 5℃,熱風循環恆溫槽重複高低溫,測試溫度元件是否異常變色.

4.      耐候性: 以耐候(紫外線,雨水)試驗機測試,檢查外觀是否褪色.

5.      耐水性: 黏貼於不鏽鋼板置入水中持續一段時間.測試PVC防水透明膠膜是否進水.

6.      耐酸性: 置於蒸硫水與硫酸等混合液內持續一段時間.測試是否發生外表腐蝕

7.      耐油性: 黏貼於鋼板置入於機油內於持續一段時間檢查外觀是否變質,脫落

8.      金屬腐蝕性: 黏貼於不鏽鋼板,以鹽水霧噴灑持續一段時間檢查外觀是否變質,脫落

9. 溫度 ℃  / 顏色變化表

 溫度元件顏色變化,日本國內標準如上表,也就是不同額定溫度會有不同顏色. 在一張示溫貼紙有多段溫度元件時,當發熱到達額定溫度時,會出現不同顏色,可讓使用者輕易辨識.

歐美廠商示溫貼紙則大都白色變黑色,辨識比較不容易,尤其自白變灰再變黑,會造成使用者辨識上的困擾.

就筆者所瞭解,示溫貼紙目前未有世界統一之標準. 筆者僅提供日本製造廠資料供參考.

示溫貼紙使用注意事項

 1.      溫度選擇

   高於發熱體正常工作溫度 10 ~ 20% 為宜. 選擇額定溫度太低之示溫貼紙會過早變色.選擇額定溫度太高之示溫貼紙會過晚變色,可能設備燒毀仍未變色.

如無法確定異常工作溫度數值,應以溫度計量測約略溫度數值,再加上10 ~ 20%的數值為佳.

 2.      黏貼位置

   發熱體表面愈越平滑,乾淨所量測溫度愈準確. 貼著前應先清潔表面,不能有油污,灰塵. 貼著於發熱體頂部或側部溫度最準確,且可避免雨水或污物附著. 如有必要,可在貼妥示溫貼紙後,再貼上一層透明膠帶,可減少雨水入侵.

 3.      使用壽命

視使用環境而異. 屋內約 3 ~5 年, 屋外約 2 ~ 3年.

 4.      檢視距離

檢視距離愈遠,應選用愈大面積之示溫貼紙. 以肉眼能辨視為最佳. 如距離過遠無法辨識,可用望遠鏡輔助辨識.

5.      定期檢測

固定時間檢查是否變色,如變色即代表發熱體溫度異常,應改善異常溫度之原因後,再貼新品. 如未變色,也應用乾布擦拭去除表面污物,避免辨識困難.

結論:

 雖然示溫貼紙並無法替代傳統各式溫度量測設備,但當在特定場合無法以各式傳統溫度設備量測時,示溫貼紙反而是最佳選擇.

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