基于正向壓降測(cè)試儀的繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)測(cè)試方法研究

劉良勇 王緯國(guó)

摘 要：本文闡述了基于正向壓降測(cè)試儀的繼電器測(cè)試系統(tǒng)，通過開發(fā)上位機(jī)軟件測(cè)試程序控制正向壓降測(cè)試儀對(duì)繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行VI測(cè)試，利用最小二乘法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算測(cè)試數(shù)據(jù)的平均電阻值和線性度，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)循環(huán)測(cè)試程序，得出多次測(cè)試數(shù)據(jù)的擬合曲線和線性度曲線，通過分析結(jié)果判定繼電器觸點(diǎn)的健康狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：正向壓降;最小二乘法;繼電器觸點(diǎn)測(cè)試

中圖分類號(hào)：TM58;TM934.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）02-0045-03

Research on Test Method of Relay Contact State Based on Forward Voltage Drop Tester

LIU Liangyong WANG Weiguo

（State-owned Wuhu Machinery Factory，Wuhu Anhui 240007）

Abstract： This paper described a relay test system based on a forward voltage drop tester， controlled the forward voltage drop tester to perform VI test on the relay contacts through the development of the upper computer software test program， used the least square method to analyze the test data and calculate the average resistance value and linearity of the test data，developed a cyclic test program on this basis， obtained the fitting curve and linearity curve of multiple test data， and determined the health status of the relay contacts through the analysis results.

Keywords： forward voltage drop;least square method;relay contact test

繼電器是自動(dòng)控制系統(tǒng)、遙控遙測(cè)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件之一，廣泛應(yīng)用于航空機(jī)載電子裝備中，在國(guó)家重點(diǎn)軍事工程中占有重要的地位[1-3]。航空領(lǐng)域，繼電器制造過程要求采取一系列專門的管理和測(cè)試方法，進(jìn)行可靠性篩選，保證產(chǎn)品制作的整體可靠性[4-5]。而對(duì)于航空維修保障過程中的繼電器性能檢測(cè)，目前仍采用常規(guī)的觸點(diǎn)接觸電阻靜態(tài)測(cè)試方式[6-7]，相較《有可靠性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范》（GJB 65B—1999），絕大部分的測(cè)試要求均已忽略，這就造成個(gè)別繼電器雖然在靜態(tài)接觸電阻測(cè)試下合格，但實(shí)際使用可靠性已接近臨界不合格，裝機(jī)使用不久就發(fā)生故障，嚴(yán)重影響飛行安全。

按照上述標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)航空維修保障過程的繼電器進(jìn)行全部性能測(cè)試，不具有工藝操作性，因此對(duì)于航空裝備中使用過的繼電器來說，其可靠性評(píng)估缺乏有效手段。本文所要解決的技術(shù)問題是利用正向壓降測(cè)試提供一種基于脈沖電流原理，實(shí)現(xiàn)單一繼電器觸點(diǎn)性能可靠性預(yù)測(cè)的測(cè)試方法，其通過了實(shí)際驗(yàn)證。

1 正向壓降測(cè)試方法

正向壓降測(cè)試儀本是為測(cè)量二極管正向壓降而設(shè)計(jì)，其工作原理是在被測(cè)器件兩端按照一定的脈寬加上一定電流，然后測(cè)量被測(cè)器件兩端的電壓，從而測(cè)試二極管在不同電流值下的壓降。本文利用正向壓降測(cè)試儀，在繼電器導(dǎo)通狀態(tài)下給繼電器觸點(diǎn)一定脈寬的電流并測(cè)量其兩端的電壓，從而達(dá)到測(cè)試?yán)^電器觸點(diǎn)兩端伏安特性的目的。

2 最小二乘法概述

假設(shè)實(shí)際檢查發(fā)現(xiàn)[x]有[n]個(gè)，對(duì)應(yīng)輸出為[Y]，理想直線則為：

[Y=kx+b]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

根據(jù)最小二乘法[8]可得：

[k=n∑xiyi-∑xi∑yin∑x2i-（xi）2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

[b=∑x2i∑yi-∑xi∑xiyin∑x2i-（xi）2]? ? ? ? ? ? ? ?（3）

第[i]個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)與理論直線上相應(yīng)值之間的殘差為：

[Δ=yi-Yi=yi-（kx+b）]? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

繼電器觸點(diǎn)伏安特性線性度誤差為：

[L=±ΔimaxYmax-Ymin×100%]? ? ? ? ? ? ? ? （5）

3 測(cè)試設(shè)備硬件組成

本繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)測(cè)試裝置的硬件組成包括繼電器夾具、程控電源、正向壓降測(cè)試儀和上位機(jī)，如圖1所示。其中，繼電器夾具包括針床、固定裝置、測(cè)試插孔及殼體;程控電源用于繼電器線圈測(cè)試的供電，實(shí)現(xiàn)繼電器的通斷吸合，滿足常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)的性能測(cè)試需求;正向壓降測(cè)試儀用于提供繼電器觸點(diǎn)的負(fù)載測(cè)試電流，并測(cè)量觸點(diǎn)兩端的壓降，其中，負(fù)載測(cè)試電流范圍為1～100 A，電流脈沖寬帶范圍為50～300 μS。測(cè)試儀可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)范圍掃描測(cè)試，輸出數(shù)據(jù)可擬合成伏安特性曲線。該測(cè)試儀可檢測(cè)二極管、電阻等電子器件的伏安特性曲線;上位機(jī)通過串口與程控電源、正向壓降測(cè)試儀進(jìn)行通信控制，并實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的定量分析。

4 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

4.1 測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能

測(cè)試軟件組成如圖2所示。測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：通過485總線控制DF-1-10-100A型二極管正向壓降測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)繼電器觸點(diǎn)VI脈沖測(cè)試，其中，脈沖電流、寬度和采樣頻率可調(diào);軟件可通過手動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)測(cè)試和循環(huán)測(cè)試實(shí)現(xiàn)測(cè)試，其中，手動(dòng)測(cè)試實(shí)現(xiàn)的功能為單點(diǎn)手動(dòng)輸入測(cè)試，測(cè)試結(jié)果按報(bào)表顯示;自動(dòng)測(cè)試實(shí)現(xiàn)的功能為同時(shí)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)自動(dòng)測(cè)試，通過報(bào)表和曲線模式進(jìn)行測(cè)試結(jié)果顯示，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行最小二乘法分析，根據(jù)分析結(jié)果擬合曲線并顯示;循環(huán)測(cè)試的功能是在自動(dòng)測(cè)試的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)規(guī)定測(cè)試次數(shù)的自動(dòng)測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行曲線統(tǒng)計(jì)顯示，三種測(cè)試模式均提供保存功能。

4.2 測(cè)試軟件的實(shí)現(xiàn)方法

本研究利用Visual Studio 2010軟件平臺(tái)，采用結(jié)構(gòu)化開發(fā)思想，針對(duì)測(cè)試需求，開發(fā)手動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)測(cè)試和循環(huán)測(cè)試流程。其間開發(fā)DF-1-10-100A型二極管正向壓降測(cè)試儀的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，手動(dòng)模式下單次控制單次顯示，自動(dòng)模式下從小到大采集一定數(shù)量的繼電器觸點(diǎn)伏安特性點(diǎn)，通過最小二乘法擬合出繼電器觸點(diǎn)伏安特性曲線并據(jù)此計(jì)算出繼電器觸點(diǎn)的線性度。在循環(huán)模式下，按照規(guī)定次數(shù)對(duì)自動(dòng)測(cè)試進(jìn)行循環(huán)，并對(duì)每次自動(dòng)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出規(guī)定次數(shù)的繼電器觸點(diǎn)的平均電阻曲線和線性度曲線。手動(dòng)測(cè)試界面如圖3所示。自動(dòng)測(cè)試結(jié)果和循環(huán)測(cè)試結(jié)果分別如圖4、圖5所示。

5 測(cè)試步驟

繼電器狀態(tài)測(cè)試方法的具體步驟如下：將被測(cè)繼電器固定至繼電器夾具上，連接好測(cè)試電纜;在上位機(jī)上進(jìn)行繼電器參數(shù)錄入;根據(jù)繼電器線圈電壓要求值，在上位機(jī)上設(shè)置好程控電源輸出電壓（線圈電壓），同時(shí)根據(jù)測(cè)試?yán)^電器常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)類型，控制程控電源輸出;根據(jù)繼電器觸點(diǎn)檢測(cè)要求，在上位機(jī)上設(shè)置好正向壓降測(cè)試儀的儀器參數(shù)，包括起始電流、終止電流、掃描次數(shù)、脈沖寬度和采集速率，并執(zhí)行開始掃描命令;上位機(jī)接收正向壓降測(cè)試儀的測(cè)試數(shù)據(jù)，在曲線圖表上自動(dòng)擬合出伏安特性曲線，并基于最小二乘法計(jì)算伏安特性曲線的線性度。線性度越小，說明繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)越好，穩(wěn)定工作的可靠性也越高。

6 結(jié)語

本項(xiàng)目采用獨(dú)特的圖表顯示功能，使人更加直觀地查看測(cè)試結(jié)果;采用獨(dú)特的最小二乘法與繼電器測(cè)試相結(jié)合的方法，使得繼電器測(cè)試更加科學(xué)、準(zhǔn)確;采用豐富的數(shù)據(jù)保存功能，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試圖表和數(shù)據(jù)同時(shí)保存，利于后期查看。本文提出的繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)測(cè)試方法通過了實(shí)際驗(yàn)證，為繼電器測(cè)試研究提供有效的參考。

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