电磁继电器特性测试方法

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1、摘要： 本文针对电磁继电器的失效模式，介绍了其主要测试参数、筛选项目、方法， 探讨了电磁继电器合理应用方面的问题，同时也介绍了相关的测试、筛选设备。关键词： 继电器、失效模式、测试、筛选、应用电磁继电器（以下简称继电器）是机电结合的电子元件，其断态的高绝缘电阻和通态的低 导通电阻使得其它电子元器件无法与其相比。因此在航空、航天、电子、邮电等军用及民用 电子装备中得到了广泛的应用。但由于继电器的生产过程（制别是军用继电器）中有很多工 序仍采用手工操作，造成质量一致性水平较差，在应用过程中经常出现故障，成为电子元件 中可靠性最差的类别之一。因此寻求有效的测试、筛选方法和手段，剔除早期失效的继电器，

2、 并解决继电器的合理应用问题，成为急待解决的问题。一继电器的主要测试参数为保证继电器的性能，需对继电器的参数进行全面的测试。继电器的主要测试参数及参数的 定义如表 1：表 1 电磁继电器的主要测试参数及定义表序号参数名称参数定义及说明1转换功能继电器在规定绕组电压下完成吸合转换的功能。2保持功能继电器在规定绕组电压下保持不释放的功能。3释放功能继电器在规定绕组电压下完成释放的功能。4绕组电阻继电器绕组的直流电阻。5吸合电压继电器动合点全部闭合的最低电压。6释放电压继电器静合点全部闭合的最高电压。7动合点接触电阻继电器动合点在规定绕组电压下的接触电阻。8静合点接触电阻继电器静合点在不施加绕组电压

3、时的接触电阻。9吸合断开时间继电器从施加规定绕组电压起，至静合点断开的时间。10吸合时间继电器从施加规定绕组电压起，至动合点闭合的时间。11吸合回跳时间继电器吸合过程中，从动合点首次闭合到末次回跳的累计 时间。12吸合转换时间继电器在吸合过程中，静合点断开时间与动合点吸合时间 之差。13释放断开时间继电器施加规定绕组电压后从去激励起，至动合点断开的 时间。14释放时间继电器施加规定绕组电压后从去激励起，至静合点闭合的 时间。15释放回跳时间继电器释放过程中静合点首次闭合到末次回跳的累计时 间。16释放转换时间继电器在释放过程中，动合点断开时间与静合点吸合时间 之差。17介质耐压继电器的壳体、绕

4、组、触点及触点间可承受的交流电压。18绝缘电阻继电器的壳体、绕组、触点及触点间在规定电压下的绝缘 电阻。为保证继电器的质量，表 1所列参数都应严格进行测试，但其中有些参数的测试特别需 要引起我们的注意。1吸合电压和释放电压继电器的吸合电压和释放电压的测试方法有两种，一种是直流法，一种是脉冲法。这两 种测试方法的绕组加电波形见图1 和图 2。传统手工测试一般都采用直流法，因其比较容易 实现。只需将一直流稳压电源接在被测继电器的绕组上，缓慢调节稳压源电压，同时监视继 电器触点的状态（量通路，用指示灯显示，甚至听声音）即可测到吸合电压和释放电压。由图可知用直流法测试时，绕组电压是渐变上升或下降的，而

5、采用脉冲法测试吸合电压 时绕组电压每次是从零电压上跳的，采用脉冲法测试释放电压时绕组电压每次是从额定工作 电压下跳的。由于继电器自身的特性，两种测试方法测试会有不同的测试结果，相比之下脉 冲法的测试结果严于直流法，同时也更接近实际使用情况。国军标也明确规定当两种测试方 法有不同的结果时，应以脉冲法的测试结果为准，以此保证用户的利益。但脉冲法由于测试 方法较为复杂，通常需要专用测试设备才能完成。2触点接触电阻触点接触电阻包括动合点接触电阻和静合点接触电阻，是继电器最重要的参数之一，也是最难测的参数的之一。图 3显示了对继电器触点进行四线凯尔文测试的原理。说其难测是因为接触电阻只有几十毫欧、十几毫

6、欧，甚至只有几毫欧，如果不是全线采取四线凯尔文测 试，扣除测试系统的内部电阻和接触电阻则很难将其测准。说其重要是因为触点接触电阻除 了反映触点的电性能（电阻）以外，还反映了触点的化学和物理性能，例如触点表面是否有 钝化膜产生，触点间的压力是否能达到设计要求。试验证明当继电器中的弹性材料应力减退， 触点压力下降将会在触点接触电阻参数上有明显的反映，所以触点接触电阻与继电器的接触 可靠性密切相关。表2 显示了继电器样品在试验中触点接触电阻和触点压力之间的关系。表 22JGXM 2 继电器触点压力和静态接触电阻数据1#样品触点1触点压力0.4 N0.2 N静态接触电阻5.2 mQ6.1 mQ1#样品

7、触点2触点压力0.4 N0.1 N静态接触电阻5.3 mQ6.9 mQ2#样品触点1触点压力0.4 N0.05 N静态接触电阻7.3 mQ200 mQ2#样品触点2触点压力0.4 N0.1 N静态接触电阻5.9 mQ22.4 mQ注 : 表中数据为多次测试平均值。由表 2 数据可以得知，随着触点压力的衰退，触点间的静态接触电阻明显变大。3回跳时间回跳时间包括吸合回跳时间和释放回跳时间。由于继电器是采用有弹性的机械触点完成线路 的接通和断开，因此不同于由半导体器件组成的无触点电子开关，当继电器的触点接通或断 开的瞬间会有一段不稳定的接触期，典型的触点波形见图4。MIL-R-39016D和GJB

8、65A-91对触点回跳做了定义：等于或大于开路电压的90%，且 脉冲宽度等于或大于 10 uS 的现象则认为是回跳。同时明确规定触点回跳时间不得超过 1.5 mS。有些用户对回跳时间参数不以为然，认为触点最终总会接通（或断开），过程中有 没有回跳不影响继电器的正常使用。这是一种错误的认识，军标之所以规定回跳时间参数的 测试，是因为继电器的回跳时间同静态接触电阻参数一样，反映了继电器的触点压力，试验 证明，当继电器的触点压力明显衰退时，回跳时间会变长。表3显示了继电器样品在试验中 触点回跳时间和触点压力之间的关系。表 32JGXM2 继电器触点回跳时间和静态接触电阻数据1#样品触点1触点压力0.

9、4 N0.2 N触点回跳时间0.1 mS4.01 mS1#样品触点2触点压力0.4 N0.1 N触点回跳时间0.54 mS3.9 mS2#样品触点1触点压力0.4 N0.05 N触点回跳时间7.3 mS30.08 mS2#样品触点2触点压力0.4 N0.1 N触点回跳时间5.9 mS9.2 mS注 : 表中数据为多次测试平均值。4转换时间转换时间包括吸合转换时间和释放转换时间。以吸合转换时间为例，继电器在吸合过程 中，静合点断开时间与动合点吸合时间之差称为吸合转换时间。图5和图6分别显示了合格 继电器和失效继电器的吸合转换波形。绕组波瑕静合点波形服合断开时间动合点波琏吸合时间圈5正常堆电器服台

10、鶉换波形*静合点浪飛动盘点波形图6转换时间是继电器的一个很重要的参数，它保证了继电器触点的先断后通，在有多组触点的继电器中，必须在最后一组静合点断开后，才能有动合点闭合，否则就是转换时间不合格。如果在一组触点中出现先通后断的情况，就是所谓的三点连通。这种转换时间不合格的 继电器在使用中会造成严重的后果，特别是应用在电源切换和信号切换的场合的继电器，如 果继电器转换时间不合格，将导致电源瞬时短路或信号瞬时短路。转换时间的测试由于需要 对多组触点同时进行监测，通常也需要专用测试系统才能完成。5介质耐压和绝缘电阻介质耐压（俗称打高压）是考核继电器的壳体、绕阻、触点及触点间在规定的时间内承 受规定交流

11、电压的能力。而绝缘电阻是考核继电器的壳体、绕阻、触点及触点间在效加规定 直流电压的条件下体现出来的绝缘电阻。国军标规定的试验电压施加点见表4。表 4 继电器试验电压施加点及施加电压试验电压的施加点试验电压外壳、支架或外壳整体与处于去激励状态下的各断开触点 之间。外壳、支架或外壳整体与各线圈之间。所有触点与所有线圈之间。处于激励与去激励状态下的各断开触点之间。 双线圈继电器的各线圈之间。处于激励与去激励状态下的各触点组之间。交流1000V+2倍额 定电压。由表4 可知要完成所有电压施加点的试验，需要进行多次测试，对于触点较多（如6组）的继电器则测试过程更加复杂，一般需采用专用自动化测试设备才能完

12、成。二继电器的可靠性筛选为保证继电器的使用可靠性，除需要对继电器进行严格的参数测试以外，还需进行相关 的可靠性筛选项目。继电器的主要筛选项目见表5。表 5 继电器主要筛选项目序号筛选项目方法及说明1扫描振动在振动状态下用抖动监测仪监测继电器触点的抖动波形。2内部潮湿利用绕组加电产生的温升驱赶吸附在绕组中潮气，监测触点 与壳体间的绝缘电阻。3高温运行在高温环境下使继电器吸合、释放交替运行，并在低电平条 件下监测触点每一次动作的的接触压降（电阻）。4低温运行在低温环境下使继电器吸合、释放交替运行，并在低电平条 件下监测触点每一次动作的的接触压降（电阻）。5密封检查用充氮加压法检查继电器的气密性。1

13、低电平运行试验表5 所列筛选项目中最为有效对筛选设备要求也最高的是低电平运行试验。a.继电器的低电平失效模式继电器的触点工作在低电平微电流下，容易造成一种称之为低电平失效的失效模式，这 是指当继电器切换低电平、微电流负载时，触点两端不产生飞弧(俗称打火)，不能烧毁或 击穿触点表面的绝缘膜，不能熔化触点表面的粗糙部分，也就不会重新形成较大的接触面以 降低接触电阻。对于经过长期存放，触点表面生成钝化膜的继电器在低电平、微电流下工作， 会造成接触电阻变大甚至开路的失效模式。采用常规参数测试的方法难于淘汰低电平失效的 继电器，这是因为对继电器触点接触电阻进行常规测试时，在触点间要加6V的电压，触点 电

14、流可达10mA，这己足以破坏触点表面的钝化膜，使失效的继电器暂时恢复正常，难以将 其在检测中淘汰，但经过一段时间的存放，触点表面又会生成钝化膜。因此这种失效模式对 于有长存放期的武器系统中的电子装备危胁尤为重大。b低电平运行试验的原理和要求为了能有效淘汰低电平失效及其它失效模式的继电器，需对其进行低电平运行试验。低 电平运行和监测的原理如图7。由图7 可知继电器低电平运行和监测的原理并不复杂，但为 了保证试验的有效性和可靠性，相关标准却对低电平运行的试验方法、试验条件和监测装置 做出了明确、严格甚至是苛刻的要求。继电器低电平运行试验项目源于美军标有可靠性指标的电磁继电器总规范 (Mil-R-3

15、9016D)，我国国军标有可靠性指标的电磁继电器总规范(GJB65A-91)，电 磁继电器总规范(GJB 1042-90)和电子及电气元件试验方法(GJB 360A-96)参照相 应的美军标也对继电器的低电平运行试验做了近乎相同的要求。国军标规定的典型低电平运行条件为触点开路电压10-50mV，通态电流10-50UA。触点通态 接触电阻的合格判据为100Q (在开路电压50mV，通态电流50uA的情况下，接触压降的 合格判据为5mV)。触点断态电平的合格判为大于开路电平的95% (在开路电平为50mV的 情况下为47.5mV)。在监测时间上标准要求监测系统至少在每次“接通”期的40%时间内 和每次“断开”期的 40% 的时间内监测接触电阻(或压降)。监测设备在继电器出现失效 应能自动停机