基于脈沖電流法的繼電器觸點表面狀態檢測研究

黃磊

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

關鍵字：繼電器；脈沖電流；觸點表面狀態；接觸可靠性

1 前言

繼電器廣泛應用于飛機的電氣系統中，用于各種控制和信號傳輸，其使用可靠性對系統正常工作至關重要，在繼電器制造過程中，要求采取一系列專門的管理和測試方法，進行可靠性篩選，保證產品制造的整體可靠性。而對于航空維修保障過程中的繼電器性能檢測，目前仍采用常規的觸點接觸電阻靜態測試方式，相對標準GJB 65B-1999《有可靠性指標的電磁繼電器總規范》而言，絕大部分的測試要求均已忽略，這就造成了個別繼電器雖然在靜態接觸電阻測試下合格，但實際使用可靠性已接近臨界不合格，裝機使用不久就發生故障，嚴重影響飛行安全。按照GJB 65B-1999 要求，對航空維修保障過程的繼電器進行全部性能測試。由于不具有工藝操作性，對于航空裝備中使用過的繼電器進行可靠性評估缺乏有效手段。本文針對航空維修保障過程中繼電器的檢測薄弱環節——觸頭表面狀態檢測，研制了一套檢測設備，采用脈沖電流法，對繼電器進行了大量檢測，發現表面狀態良好觸頭的與表面存在氧化物/多余物的觸頭，在脈沖電流下觸點壓降變化規律不同，可以作為判斷繼電器觸點表面狀態的依據。

2 檢測設備的研制

2.1 硬件組成

繼電器觸點狀態檢測設備，采用分立儀器搭建，全套設備包括1 臺便攜加固式計算機、1 臺儀器機箱、1型繼電器測試工裝，見圖1。其中，儀器機箱由1 臺程控直流電源、2 臺正向壓降測試儀、1 個USB 轉四通道串口模塊，該檢測設備硬件上包括繼電器夾具、程控電源、正向壓降測試儀和上位機電腦。

圖1 測試設備總體構成

繼電器測試工裝包括針床、固定裝置、測試插孔及殼體。針床一端用于實現與繼電器觸點引腳的接觸，另一端連接至測試插孔上；固定裝置用于將繼電器固定在針床上；測試插孔通過電纜實現與程控電源的輸出端、正向壓降測試儀的檢測端的連接。

程控電源用于提供繼電器線圈供電，實現繼電器的通斷吸合，滿足常開觸點和常閉觸點的性能測試需求。

正向壓降測試儀用于提供繼電器觸點的負載測試脈沖電流，并測量觸點兩端的壓降。脈沖電流范圍從1 ～100A，可安整數進行調節，脈沖寬度50 ～300μs。

上位機電腦通過串口與程控電源、正向壓降測試儀進行通訊控制，并實現測試結果的定量分析。

2.2 主要技術參數

該套檢測設備核心為正向壓降測試儀，由其提供可調節的脈沖電流，主要技術參數如下：脈沖電流調節范圍：0 ～100A；脈沖寬度：50 ～300μs；開路電壓：18V；壓降測量范圍：(0 ～12)V@10A；(0 ～10)V@20A；壓降測量精度：≤0.1%。

設備可以進行手動測試和自動測試，具備測試結果記錄功能。

2.3 軟件功能

主要實現對壓降測試儀和程控直流電源的自動控制，實現對繼電器觸點回路施加可控的脈沖電流信號，采集繼電器觸點在不同回路電流下的壓降，支持手動測試、自動測試和循環測試等功能，得到繼電器觸點的VA曲線、線性度、平均電阻值曲線和線性度曲線，對數據進行存儲，主要功能見圖2。

圖2 軟件主要功能

軟件在登錄的同時，進行系統初始化，若初始化失敗，則不能進入測試界面，如圖3 所示。初始化成功，則進入軟件主頁面。

圖3 登錄及初始化

進入主界面后，有3 種測試方式選擇，“自動測試”、“循環測試”和“手動測試”。

自動測試。自動測試方式下，可以設置繼電器信號錄入（包含繼電器型號、操作者、繼電器件號、觸點號）、測試參數輸入（包含起始電流、終止電流、掃描測試、線圈電壓、脈沖寬度和采集速率），測試記錄區為測試流程信息記錄區域，測試數據區是測試結果顯示區域，曲線區是按照測試結果進行圖形顯示，并按照最小二乘法對測試結果進行曲線擬合和顯示，測試界面見圖4。

圖4 自動測試界面

循環測試。循環測試方式下，可以設置繼電器信號錄入（包含繼電器型號、操作者、繼電器件號、觸點號）、測試參數輸入（包含起始電流、終止電流、掃描測試、線圈電壓、脈沖寬度和采集速率）和循環次數的錄入，測試記錄區為測試流程信息記錄區域，測試數據區顯示單次測試結果和整體測試結果，曲線區第一部分是按照單次測試結果進行圖形顯示，并按照最小二乘法對測試結果進行曲線擬合和顯示，第二部分顯示整體的平均電阻曲線，第三部分顯示整體的線性度曲線，測試界面見圖5。

圖5 循環測試界面

手動測試。手動測試方式下，可以手動輸入正向電流、電流開關和線圈電壓，用于手動檢查特定脈沖寬度及電流下觸點壓降，測試界面見圖6。

圖6 手動測試界面

3 試驗驗證及結果

使用該設備選擇自動測試程序對進廠大修更換的繼電器（型號：ТКЕ56ПОДГ）開展測試，得到觸點的V-A 曲線，對繼電器進行開帽檢查，并使用體式顯微鏡觀察觸點表面狀態。典型V-A 曲線如下。

（1）V-A 曲線近似一條直線，無明顯跳變，線性度在0.1%以下，見圖7，觸點表面狀態良好。

圖7 典型測試曲線1

（2）V-A 曲線局部有輕微跳變，近似直線，總體線性度在2%以下，見圖8，觸點表面狀態可接受。

圖8 典型測試曲線2

（3）V-A 曲線在某一個或幾個電流值處跳變，總體線性度差，超過2%，見圖9，觸點表面狀態存在氧化物/多余物，存在接觸不良的風險。

圖9 典型測試曲線3

（4）V-A 曲線不斷跳變，總體線性度差，超過2%，甚至達百分之幾十，見圖10，觸點表面狀態存在氧化物/多余物，觸點接觸不良，不可接受。

圖10 典型測試曲線4

4 結語

本文介紹了基于脈沖電流法研制的繼電器觸點狀態檢測設備，該套設備可輸出窄脈沖大電流，實現對繼電器觸點接觸電阻的快速檢測并輸出V-A 曲線，通過對繼電器觸點表面狀態進行顯微觀察，將觸點表面狀態與試驗曲線綜合分析，根據觸點V-A 曲線變化規律及曲線線性度大小評價觸點表面狀態和接觸可靠性。