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基于正向压降测试仪的继电器触点状态测试方法研究

范文

刘良勇王纬国

摘要：本文阐述了基于正向压降测试仪的继电器测试系统，通过开发上位机软件测试程序控制正向压降测试仪对继电器触点进行VI测试，利用最小二乘法对测试数据进行分析，计算测试数据的平均电阻值和线性度，并在此基础上开发循环测试程序，得出多次测试数据的拟合曲线和线性度曲线，通过分析结果判定继电器触点的健康状态。

关键词：正向压降;最小二乘法;继电器触点测试

中图分类号：TM58;TM934.1文献标识码：A 文章编号：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

继电器是自动控制系统、遥控遥测系统和通信系统中的关键元件之一，广泛应用于航空机载电子装备中，在国家重点军事工程中占有重要的地位[1-3]。航空领域，继电器制造过程要求采取一系列专门的管理和测试方法，进行可靠性筛选，保證产品制作的整体可靠性[4-5]。而对于航空维修保障过程中的继电器性能检测，目前仍采用常规的触点接触电阻静态测试方式[6-7]，相较《有可靠性指标的电磁继电器总规范》（GJB 65B—1999），绝大部分的测试要求均已忽略，这就造成个别继电器虽然在静态接触电阻测试下合格，但实际使用可靠性已接近临界不合格，装机使用不久就发生故障，严重影响飞行安全。

按照上述标准要求对航空维修保障过程的继电器进行全部性能测试，不具有工艺操作性，因此对于航空装备中使用过的继电器来说，其可靠性评估缺乏有效手段。本文所要解决的技术问题是利用正向压降测试提供一种基于脉冲电流原理，实现单一继电器触点性能可靠性预测的测试方法，其通过了实际验证。

1 正向压降测试方法

正向压降测试仪本是为测量二极管正向压降而设计，其工作原理是在被测器件两端按照一定的脉宽加上一定电流，然后测量被测器件两端的电压，从而测试二极管在不同电流值下的压降。本文利用正向压降测试仪，在继电器导通状态下给继电器触点一定脉宽的电流并测量其两端的电压，从而达到测试继电器触点两端伏安特性的目的。

2 最小二乘法概述

假设实际检查发现[x]有[n]个，对应输出为[Y]，理想直线则为：

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

根据最小二乘法[8]可得：

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

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

第[i]个检测数据与理论直线上相应值之间的残差为：

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

继电器触点伏安特性线性度误差为：

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

3 测试设备硬件组成

本继电器触点状态测试装置的硬件组成包括继电器夹具、程控电源、正向压降测试仪和上位机，如图1所示。其中，继电器夹具包括针床、固定装置、测试插孔及壳体;程控电源用于继电器线圈测试的供电，实现继电器的通断吸合，满足常开触点和常闭触点的性能测试需求;正向压降测试仪用于提供继电器触点的负载测试电流，并测量触点两端的压降，其中，负载测试电流范围为1～100 A，电流脉冲宽带范围为50～300 μS。测试仪可以实现多点范围扫描测试，输出数据可拟合成伏安特性曲线。该测试仪可检测二极管、电阻等电子器件的伏安特性曲线;上位机通过串口与程控电源、正向压降测试仪进行通信控制，并实现测试结果的定量分析。

4 测试软件设计

4.1 测试软件实现的主要功能

测试软件组成如图2所示。测试软件实现的主要功能如下：通过485总线控制DF-1-10-100A型二极管正向压降测试仪实现继电器触点VI脉冲测试，其中，脉冲电流、宽度和采样频率可调;软件可通过手动测试、自动测试和循环测试实现测试，其中，手动测试实现的功能为单点手动输入测试，测试结果按报表显示;自动测试实现的功能为同时实现多点自动测试，通过报表和曲线模式进行测试结果显示，对测试结果进行最小二乘法分析，根据分析结果拟合曲线并显示;循环测试的功能是在自动测试的基础上实现规定测试次数的自动测试，并对测试结果进行曲线统计显示，三种测试模式均提供保存功能。

4.2 测试软件的实现方法

本研究利用Visual Studio 2010软件平台，采用结构化开发思想，针对测试需求，开发手动测试、自动测试和循环测试流程。其间开发DF-1-10-100A型二极管正向压降测试仪的驱动函数，手动模式下单次控制单次显示，自动模式下从小到大采集一定数量的继电器触点伏安特性点，通过最小二乘法拟合出继电器触点伏安特性曲线并据此计算出继电器触点的线性度。在循环模式下，按照规定次数对自动测试进行循环，并对每次自动测试的结果进行统计，得出规定次数的继电器触点的平均电阻曲线和线性度曲线。手动测试界面如图3所示。自动测试结果和循环测试结果分别如图4、图5所示。

5 测试步骤

继电器状态测试方法的具体步骤如下：将被测继电器固定至继电器夹具上，连接好测试电缆;在上位机上进行继电器参数录入;根据继电器线圈电压要求值，在上位机上设置好程控电源输出电压（线圈电压），同时根据测试继电器常开触点或常闭触点类型，控制程控电源输出;根据继电器触点检测要求，在上位机上设置好正向压降测试仪的仪器参数，包括起始电流、终止电流、扫描次数、脉冲宽度和采集速率，并执行开始扫描命令;上位机接收正向压降测试仪的测试数据，在曲线图表上自动拟合出伏安特性曲线，并基于最小二乘法计算伏安特性曲线的线性度。线性度越小，说明继电器触点状态越好，稳定工作的可靠性也越高。

6 结语

本项目采用独特的图表显示功能，使人更加直观地查看测试结果;采用独特的最小二乘法与继电器测试相结合的方法，使得继电器测试更加科学、准确;采用丰富的数据保存功能，能够实现测试图表和数据同时保存，利于后期查看。本文提出的继电器触点状态测试方法通过了实际验证，为继电器测试研究提供有效的参考。

参考文献：

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[4]王进忠.可靠性设计与分析技术在信号继电器产品中的应用研究[J].鐵路通信信号工程技术，2020（11）：16-19.

[5]高灿辉，曾垒，李晓晓，等.军用航空电磁继电器剩余寿命评估技术研究[C]//2019航空装备服务保障与维修技术论坛暨中国航空工业技术装备工程协会年会.2019.

[6]杜扬.微型继电器触点材料熔焊失效现象的实验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019：23-24.

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