繼電器電壽命實(shí)驗(yàn)技術(shù)探討

繼電器電壽命實(shí)驗(yàn)技術(shù)探討摘要：論述了航天繼電器壽命實(shí)驗(yàn)技術(shù)在航空航天系統(tǒng)靠得住性中的重要性，簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外繼電器靠得住性壽命實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀，指出其存在的主要問題。在牢固和參考傳統(tǒng)壽命實(shí)驗(yàn)方式的基礎(chǔ)上，提出了將壽命預(yù)測(cè)方式和加速度壽命實(shí)驗(yàn)方式有機(jī)結(jié)合的壽命實(shí)驗(yàn)方式整體設(shè)計(jì)思想，并研制了相應(yīng)的壽命實(shí)驗(yàn)裝置。關(guān)鍵詞：繼電器；壽命實(shí)驗(yàn)：壽命預(yù)測(cè)：加速壽命實(shí)驗(yàn)0引言航天繼電器是航天領(lǐng)域不可或缺且應(yīng)用普逾的電子元器件，苴靠得住性直接影響到航天系統(tǒng)的靠得住性。目前，電壽命是評(píng)價(jià)繼電器產(chǎn)品品質(zhì)與靠得住性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而電壽命實(shí)驗(yàn)是獲取該指標(biāo)的重要手腕。因此，研究航天繼電器電壽命技術(shù)對(duì)于測(cè)左、驗(yàn)證、提高產(chǎn)品靠得住性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)有關(guān)電磁繼電器失效模式的技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，其失效模式80%以上是接觸部份失效。故研究繼電器電壽命實(shí)驗(yàn)技術(shù)第一應(yīng)該重點(diǎn)研究繼電器出點(diǎn)失效模式及檢測(cè)方式。繼電器接觸時(shí)效主要模式有：①接觸電阻大：②觸點(diǎn)超程減?。孩鄢鳇c(diǎn)熔焊：④觸點(diǎn)冷焊:⑤出點(diǎn)橋接（見表1）1,1o表1密封繼失效機(jī)理電器常見接觸失效模式及機(jī)理失效模式失效機(jī)理檢測(cè)方法接觸電阻大出點(diǎn)磨損、表而凹凸不平、觸電超程減小、電膜阻增大檢測(cè)接觸電阻觸點(diǎn)超程減小銜鐵超程減小、推動(dòng)干變形、觸點(diǎn)磨損檢測(cè)超程時(shí)間觸點(diǎn)熔焊解除壓力大、燃弧時(shí)間長(zhǎng)檢測(cè)分段時(shí)間觸點(diǎn)冷焊觸點(diǎn)表而太光潔、材料硬度太高、接觸壓力大、簧片分?jǐn)嗔πz測(cè)分段時(shí)間觸點(diǎn)橋接觸點(diǎn)熔焊、冷焊、觸點(diǎn)間隙過小、觸點(diǎn)超程過大同時(shí)檢測(cè)常開和常閉觸點(diǎn)接觸電阻由表1可見，進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)時(shí)，必需同時(shí)檢測(cè)繼電器的多個(gè)參數(shù)和時(shí)刻參數(shù)綜合判斷該繼電器是不是已達(dá)到壽命。1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，繼電器電壽命實(shí)驗(yàn)方式的制左工作較早，美國(guó)早在上世紀(jì)60年代發(fā)布了軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-R-39016“有靠得住性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范”。隨后日本、IEC、法國(guó)和德國(guó)都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。在壽命實(shí)驗(yàn)設(shè)備方而，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已普逾采用運(yùn)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，達(dá)到了較高的精度和技術(shù)水平?，F(xiàn)階段，國(guó)外很多學(xué)者正致力于研究各類實(shí)驗(yàn)條件下繼電器觸電的特征參數(shù)、表面形態(tài)及失效模式在壽命實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中轉(zhuǎn)變規(guī)律，為科學(xué)有效的進(jìn)行產(chǎn)品壽命實(shí)驗(yàn)提供了指導(dǎo)。WERNER[2J1通過實(shí)驗(yàn)發(fā)覺，接觸電阻的轉(zhuǎn)變規(guī)律和負(fù)載有直接關(guān)系，隨著負(fù)載的增大，接觸電阻反而會(huì)出現(xiàn)減小的趨勢(shì)；另外，電孤引發(fā)的材料轉(zhuǎn)移會(huì)改變觸點(diǎn)的位移特性，從而引發(fā)吸合時(shí)刻、釋放時(shí)刻、超程時(shí)刻等時(shí)刻參數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)變。CHENZhuanke等⑷研究了銀觸點(diǎn)在空載值4A情形接觸電阻的轉(zhuǎn)變規(guī)律。結(jié)果表明，接觸電阻在小負(fù)載下比較穩(wěn)固，而在大負(fù)載下波動(dòng)幅值和頻率較大。因此，以往單獨(dú)通過接觸電阻等電參數(shù)作為產(chǎn)品的失效判據(jù)是不夠的，也是不科學(xué)的。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)壽命實(shí)驗(yàn)方式的標(biāo)準(zhǔn)大體上參考美國(guó)軍標(biāo)制趙的，但壽命實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)化水平還較低?，F(xiàn)階段我國(guó)各繼電器生產(chǎn)廠家主如果依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB65B-9九、GJB1042A-200二、GJB1461-29等）的基礎(chǔ)上，利用吻合標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行靠得住性壽命實(shí)驗(yàn)。各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了壽命實(shí)驗(yàn)的整個(gè)進(jìn)程以GJB65B為例規(guī)定產(chǎn)品失效判據(jù)為接觸電阻不能超標(biāo)和不得有機(jī)械和電器失效。該標(biāo)準(zhǔn)僅關(guān)心和壽命相關(guān)的電參數(shù)，而輕忽了一樣能夠反映產(chǎn)品磨損的時(shí)刻參數(shù)。另外，在實(shí)際操作進(jìn)程中，一般采用中間檢測(cè)方式，即在樣品動(dòng)作必然次數(shù)后檢測(cè)一次參數(shù)，該犯法雖然簡(jiǎn)便，但很容易遺漏樣品所發(fā)生的失效，準(zhǔn)確度低，往往會(huì)致使最后壽命分析結(jié)果異樣。如安在兼顧現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，加倍科學(xué)、準(zhǔn)確地進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)，我國(guó)進(jìn)行了一些研究工作。文獻(xiàn)｛5,6｝從觸點(diǎn)失效機(jī)理動(dòng)身，分析了吸合時(shí)刻、釋放時(shí)刻、超程時(shí)刻、燃呱時(shí)刻等特性參數(shù)對(duì)繼電器壽命的影響，在此基礎(chǔ)上第一次將壽命預(yù)測(cè)方式運(yùn)用到繼電器上，采歷時(shí)刻序列和回歸分析方式別離成立了超程時(shí)刻、吸合時(shí)刻單變量幾雙變量壽命預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)｛7｝按照繼電器接觸電阻的轉(zhuǎn)變規(guī)律，別離采用了時(shí)刻序列方式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式、數(shù)學(xué)統(tǒng)汁方式成立了以接觸電阻為特征參數(shù)的壽命預(yù)測(cè)模型，并對(duì)這些方式預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度進(jìn)行了比較。從上述研究?jī)?nèi)容能夠看出，目前的繼電器壽命預(yù)測(cè)方式僅僅是針對(duì)少數(shù)幾個(gè)壽命參數(shù)而言，而繼電器壽命往往是受到多個(gè)特征參數(shù)綜合影響，因此有必要進(jìn)一步研究多變量壽命預(yù)測(cè)方式。文獻(xiàn)｛8｝提出了一種快速評(píng)價(jià)密封式電磁繼電器貯存壽命實(shí)驗(yàn)的方式，即以溫度為加速應(yīng)力，采用恒定應(yīng)力加速度實(shí)驗(yàn)壽命方式對(duì)樣品進(jìn)行加速壽命實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到縮小實(shí)驗(yàn)時(shí)刻的目的。目前，該方式只運(yùn)用于繼電器貯存壽命實(shí)驗(yàn)，工作加速壽命實(shí)驗(yàn)方式還有待研究。上述各類繼電器電壽命實(shí)驗(yàn)方式的詳細(xì)比較如表2所示。試驗(yàn)方法試驗(yàn)條件特點(diǎn)研究水平傳統(tǒng)壽命試驗(yàn)額任負(fù)載中等電流低電平破壞周期性長(zhǎng)較成熟加速壽命試驗(yàn)加速應(yīng)力負(fù)載破壞性周期短起步壽命預(yù)測(cè)額泄負(fù)載非破壞性周期短起步2目前存在的問題由于繼電器的失效模式多種多樣，原因錯(cuò)綜復(fù)雜，一種失效模式可能有多種失效原因造成：一種失效原因也可能引發(fā)多種失效模式。這就致使各類壽命實(shí)驗(yàn)都很難全面、科學(xué)地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行靠得住性壽命評(píng)價(jià)。目前，航天繼電器電壽命實(shí)驗(yàn)方式存在的主要問題有：（1）傳統(tǒng)的壽命實(shí)驗(yàn)方式和壽命實(shí)驗(yàn)裝置僅檢測(cè)接觸電阻、吸合電壓、釋放電壓、等電參數(shù)，而未檢測(cè)和壽命實(shí)驗(yàn)相關(guān)的吸合時(shí)刻等時(shí)刻參數(shù)，容易造成失效樣品的漏判。（2）傳統(tǒng)的壽命實(shí)驗(yàn)沒有采取持續(xù)的檢測(cè)方式對(duì)樣品每一次狀況進(jìn)行檢測(cè)，在中間進(jìn)程的一次失效有可能遺漏，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并非能準(zhǔn)確的反映出樣品的真實(shí)壽命。（3）現(xiàn)階段壽命實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化程度不高，需人工參與，無法實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和判別，受人工因素影響大，且操作復(fù)雜。（4）壽命預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)方式存在特征變量測(cè)試精度不高，壽命特征量選取單一等問題。多變量壽命預(yù)測(cè)方式和高精度壽命預(yù)測(cè)模型的成立還有待進(jìn)一步研究。（5）沒有實(shí)現(xiàn)有實(shí)際意義的工作壽命加速壽命實(shí)驗(yàn)方式。3整體設(shè)計(jì)思想利用此刻不斷高速進(jìn)展的運(yùn)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，將進(jìn)一步大大提高壽命實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)精度和自動(dòng)化水平，從而也為科學(xué)地進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)和加速壽命實(shí)驗(yàn)提供了可能。因此，筆者的設(shè)計(jì)思想是：在參照傳統(tǒng)壽命實(shí)驗(yàn)方式的基礎(chǔ)上，通太高速的數(shù)據(jù)收集及處置系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)測(cè)壽命特征參數(shù)，將壽命預(yù)測(cè)技術(shù)和壽命實(shí)驗(yàn)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，從而快速、非破

壞性的獲取產(chǎn)品的靠得住性壽命指標(biāo)。具體實(shí)施方式為：在超出正常環(huán)境條件下對(duì)樣品進(jìn)行加速壽命實(shí)驗(yàn)，采用壽命預(yù)測(cè)方式預(yù)測(cè)個(gè)加速度應(yīng)力下的壽命，再通過加速壽命模型反推出正常環(huán)境條件下的繼電氣壽命。主要內(nèi)容如下：研究繼電器的失效模式和失效機(jī)理，肯圮和壽命相關(guān)的壽命特征參數(shù)，主要有接觸電阻、吸合電壓、釋放電壓、吸合時(shí)刻、釋放時(shí)刻、超程時(shí)刻和燃弧時(shí)刻。研制高速數(shù)據(jù)收集及處苣系統(tǒng)和壽命實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)高精度、高靠得住、持續(xù)地監(jiān)測(cè)壽命特征參數(shù)，并按要求進(jìn)行靠得住性壽命實(shí)驗(yàn)。器硬件原理如圖1和圖2所示。從圖中可看出，高速數(shù)據(jù)收集及T電源驅(qū)動(dòng)電殆調(diào)理電路△1)1觸點(diǎn)壓降調(diào)理電路△1)1觸點(diǎn)壓降Rd]負(fù)拔電流采樣電阻圖采樣電阻圖1高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)圖2壽命試驗(yàn)裝置處置系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)收集繼電器每次動(dòng)作的線圈電流、觸電電壓、觸點(diǎn)壓降和觸點(diǎn)電流波形計(jì)算壽命特征參數(shù)。由于每一個(gè)數(shù)據(jù)收集及處置系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)單個(gè)觸點(diǎn)，因此，在壽命實(shí)驗(yàn)裝置中需要通過級(jí)聯(lián)多個(gè)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)繼電器同時(shí)進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)。（3）分析繼電器的失效機(jī)理，論證加速壽命實(shí)驗(yàn)和壽命預(yù)測(cè)技術(shù)的可行性；肯左加速壽命實(shí)驗(yàn)的加速應(yīng)力：肯左壽命特征變量作為預(yù)測(cè)模型的參數(shù)。（4）按照壽命實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中壽命特征參數(shù)的轉(zhuǎn)變規(guī)律，采用必然的壽命預(yù)測(cè)方式成立壽命預(yù)測(cè)模型：采用壽命實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中收集的壽命特征數(shù)拯完成預(yù)測(cè)模型的參數(shù)辨識(shí)；按照預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)該模型精度和可信度進(jìn)行評(píng)價(jià)、修正和優(yōu)化。（5）按如實(shí)驗(yàn)條件肯立最優(yōu)加速壽命實(shí)驗(yàn)方式，包括加速壽命實(shí)驗(yàn)類型、加速應(yīng)力大小、試品數(shù)量的選取等：成立加速壽命實(shí)驗(yàn)的非參數(shù)模型，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)拯，完成加速壽命實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)加速模型的參數(shù)辨識(shí)并利用該模型反推額定負(fù)載下壽命參數(shù)。（6）利用壽命預(yù)測(cè)結(jié)果和加速壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用數(shù)理統(tǒng)il方式單獨(dú)和綜合對(duì)該批次樣品進(jìn)行靠得住