继电器温度加速寿命试验方案设计与分析

时间：2022-09-08 10:35:06 来源：千叶帆本文已影响人

　　摘要随着科学技术的不断发展，汽车领域所应用的电气设备的自动化程度越来越高，所用成本也越来越大，如何更好地保护这些电气设备，稳定航天的电源电压，已经成为电子技术在航天领域应用的一个重要课题。
　　关键词继电器；温度加速；方案设计
　　引言
　　航天继电器在现场使用过程中会受到各种环境应力的影响，如温度、湿度、盐雾、振动和紫外线等应力，其中温度应力是影响其失效的主要应力。但继电器不可能工作在没有湿度的环境中，为了更符合继电器在现场使用的环境，本试验方案中对整个试验施加继电器正常工作允許的湿度应力，并保持期间湿度应力不变。针对航天继电器在温度应力下触头失效机理分析，对航天继电器在温度应力下进行试验对其可靠性的提高具有重要意义。
　　1 试验分析
　　本试验温度应力由三综合（温度、湿度和振动）试验箱实现。为保证试验环境与继电器现场工作环境更接近，给继电器施加继电器正常工作允许的湿度。试验过程中，通过试验箱的操作界面设定试验的温度应力大小与持续时间。继电器低电平运行测试设备实时采集继电器试验过程中的线圈电流、线圈电压及接触电阻等电气参数和触动时间、超程时间等时间参数。指针压力计和自制的游标千分尺定期测量继电器的机械参数，及时记录数据，确保及时发现继电器失效。由于继电器工作在低电平、小电流的情形下，为了确定触点工作时切换低电平负载的可靠性，本试验方案选择低电平负载切换寿命试验。根据航天继电器的触头材料银氧化镉（AgC dO）-银（Ag）所能承受的最高温度为140℃，而绝缘系统中的塑料材料受到120℃以上的温度时会逐渐软化，极大影响继电器触头的动作过程而改变失效机理，故最高应力水平取120℃，最低应力水平T1取40℃。通过Arrhenius方程确定另外2个温度点T2和T3分别为76℃和54℃[1]。
　　2 通过参数融合确定各温度应力试验周期
　　2.1 背景分析
　　继电器损伤是一个累积的过程，当累积达到失效阈值，继电器就失效。继电器的失效过程和失效程度无法直接测量，但是继电器的损伤会体现在其性能参数上。仅通过一个参数无法较好地体现继电器的损伤程度，本文通过多个时间参数和电参数融合，分析得到各自的权重，融合为一个综合参数，可以较为全面地体现继电器的损伤状态。本文定义继电器在某个温度下的试验周期为继电器在该温度应力下动作的次数[2]。
　　2.2 参数融合
　　特征性能参数的选取必须具备2个条件：①作为特征性能参数的性能指标必须能够准确定义和监测；②随着产品工作或者试验时间的延长，特征性能参数有明显的趋势性变化，能反应产品的健康状态。由于试验为温度应力试验，所选取的参数一定是时间敏感型、趋势型和温度敏感型的。本试验监测的参数包括接触电压、断开电压、吸合电压、释放电压、吸合时间、释放时间、触动时间、动断超程时间、动合超程时间、燃弧时间、自由运动时间和弹跳时间，测量出参数后对参数进行检验，依据参数选择原则判断这些参数是否为趋势型、时间敏感型和温度敏感型。设参数的测量值为{（ti，xi），i=1，2，3…n}，所谓参数随时间不敏感，是指参数随试验时间延长不发生明显变化，即测量值近似为一条水平线。因此，可通过计算测量数据的极差和标准差来判断测量参数是否近似为一条水平线。
　　2.3 引出端的整形和焊接
　　一是如果是硬引出端电磁继电器，就不能弯折引出端，避免玻璃绝缘子出现破裂导致电磁继电器发生漏气现象；如果是软引出端电磁继电器，同样不允许出现直接弯折，必须在距电磁继电器的地板根部的3～5mm位置，选择镊子先行夹持之后在端部施力，然后缓慢弯曲到所需位置，防止出现反复弯折，确保引出端的跟部不被受力。二是如果电磁继电器被直接地安装在印制线路板中，印制线路板孔距与继电器的引出端尺寸要求相符合，同时，孔距切不可太小，必须确保继电器的引出端可以顺利地插下，印制的线路与继电器底部要空留间隙，避免贴得过紧或者是拉得太紧，使得继电器的跟部不受引力影响；三是在焊接的过程中，需要按照电磁继电器的功率对焊接温度与焊接时间进行确定，由于焊接温度比较高，同时，时间比较长，会导致电磁继电器的引出端不受热作用影响，引出端出现脱焊和虚焊的现象，此时，弹簧片的触点性能逐渐下降。
　　2.4 确定继电器在各温度下的试验周期
　　继电器的损伤状态无法直接监测，但会体现在继电器的电参数和时间参数上。由于这些参数测量方便，故可认为它们综合体现了继电器的损伤程度。继电器的损伤累积达到失效值，继电器失效。继电器在不同温度应力下的试验周期长短取决于继电器的损伤状态。本文提出，继电器的损伤量为参数融合值F的失效阈值与初值之差，继电器在不同温度应力下的损伤量相同，此时继电器动作的次数即为继电器在该温度应力下的试验周期，这便是等损伤量方法。继电器的损伤量通过预试验获取[3]。
　　3 结束语
　　为了从不同侧面体现继电器的损伤状态，提出将多个电参数和时间参数融合为一个综合参数，通过参数体现继电器的损伤程度；由于选取的电参数和时间参数较多，本文通过因子分析和典型相关性分析，将单维参数融合为包含多维参数信息的综合数据。根据每组样本的系数权重将参数失效阈值转化为相应值，得到吸合时间、超程时间、弹跳时间、吸合电压和接触压降这5个参数的一个综合阈值。
　　参考文献
　　[1] 薛晓珍.基于DS18B20温度控制器的设计[J].机械管理开发，2018， 33（12）：201-202，248.
　　[2] 刘兰强.电磁继电器在汽车电器保护电路中的应用[J].科技资讯，2018，（28）：73-74.
　　[3] 王爽.电气工程及其自动化低压电器中继电器的应用分析[J].湖北农机化，2018，（06）：54.

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