继电器电寿命试验技术探讨

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1、继电器电寿命试验技术探讨摘要：论述了航天继电器寿命试验技术在航空航天系统可靠性中的重要性，简述了国内外继电器可靠性寿命试验的研究现状，指出其存在的主要问题。在坚固和参考传统寿命试验方法的基础上，提出了将寿命预测方法和加速度寿命试验方法有机结合的寿命试验方法总体设计思想，并研制了相应的寿命试验装置。关键词：继电器；寿命试验；寿命预测；加速寿命试验0引言航天继电器是航天领域不可或缺且应用广泛的电子元器件，其可靠性直接影响到航天系统的可靠性。目前，电寿命是评价继电器产品品质与可靠性的一项重要指标，而电寿命试验是获取该指标的重要手段。因此，研究航天继电器电寿命技术对于测定、验证、提高产品可靠性具有

2、重要的现实意义。据有关电磁继电器失效模式的技术统计数据显示，其失效模式80﹪以上是接触部分失效。故研究继电器电寿命试验技术首先应该重点研究继电器出点失效模式及检测方法。继电器接触时效主要模式有：接触电阻大；触点超程减小；出点熔焊；触点冷焊；出点桥接（见表1）。表１　密封继失效机理电器常见接触失效模式及机理失效模式失效机理检测方法接触电阻大出点磨损、表面凹凸不平、触电超程减小、电膜阻增大检测接触电阻触点超程减小衔铁超程减小、推动干变形、触点磨损检测超程时间触点熔焊解除压力大、燃弧时间长检测分段时间触点冷焊触点表面太光洁、材料硬度太高、接触压力大、簧片分断力小检测分段时间触点桥接触点熔焊、冷焊

3、、触点间隙过小、触点超程过大同时检测常开和常闭触点接触电阻由表1可见，进行寿命试验时，必须同时检测继电器的多个参数和时间参数综合判断该继电器是否已达到寿命。1国内外研究现状1.1国外研究现状在国外，继电器电寿命试验方法的制定工作较早，美国早在上世纪60年代发布了军用标准MIL-R-39016“有可靠性指标的电磁继电器总规范”。随后日本、IEC、法国和德国都制定了相应的标准。在寿命试验设备方面，美国、日本等发达国家已普遍采用计算机进行监测和控制，达到了较高的精度和技术水平。现阶段，国外很多学者正致力于研究各种试验条件下继电器触电的特征参数、表面形态及失效模式在寿命试验过程中变化规律，为科学有

4、效的进行产品寿命试验提供了指导。WERNER通过试验发现，接触电阻的变化规律和负载有直接关系，随着负载的增大，接触电阻反而会出现减小的趋势；另外，电弧引起的材料转移会改变触点的位移特性，从而引起吸合时间、释放时间、超程时间等时间参数发生变化。CHENZhuanke等研究了银触点在空载值4A情况接触电阻的变化规律。结果表明，接触电阻在小负载下比较稳定，而在大负载下波动幅值和频率较大。因此，以往单独通过接触电阻等电参数作为产品的失效判据是不够的，也是不科学的。1.2国内研究现状国内寿命试验方法的标准基本上参考美国军标制定的，但寿命试验设备的自动化水平还较低。现阶段我国各继电器生产厂家主要是依据

5、现行相关军用标准（GJB65B-99、GJB1042A-2002、GJB1461-29等）的基础上，使用吻合标准的试验台进行可靠性寿命试验。各标准规范了寿命试验的整个过程以GJB65B为例规定产品失效判据为接触电阻不能超标以及不得有机械和电器失效。该标准仅关心和寿命相关的电参数，而忽视了同样可以反映产品磨损的时间参数。另外，在实际操作过程中，一般采用中间检测方法，即在样品动作一定次数后检测一次参数，该犯法虽然简便，但很容易遗漏样品所发生的失效，准确度低，往往会导致最后寿命分析结果异常。如何在兼顾现行标准的同时，更加科学、准确地进行寿命试验，我国进行了一些研究工作。文献{5，6}从触点失效机

6、理出发，分析了吸合时间、释放时间、超程时间、燃弧时间等特性参数对继电器寿命的影响，在此基础上首次将寿命预测方法运用到继电器上，采用时间序列和回归分析方法分别建立了超程时间、吸合时间单变量几双变量寿命预测模型。文献｛7｝根据继电器接触电阻的变化规律，分别采用了时间序列方法、神经网络方法、数学统计方法建立了以接触电阻为特征参数的寿命预测模型，并对这些方法预测准确度进行了比较。从上述研究内容可以看出，目前的继电器寿命预测方法仅仅是针对少数几个寿命参数而言，而继电器寿命往往是受到多个特征参数综合影响，因此有必要进一步研究多变量寿命预测方法。文献｛8｝提出了一种快速评价密封式电磁继电器贮存寿命试验的

7、方法，即以温度为加速应力，采用恒定应力加速度试验寿命方法对样品进行加速寿命试验，从而达到缩小试验时间的目的。目前，该方法只运用于继电器贮存寿命试验，工作加速寿命试验方法还有待研究。上述各种继电器电寿命试验方法的详细比较如表2所示。试验方法试验条件特点研究水平传统寿命试验额定负载中等电流低电平破坏周期性长较成熟加速寿命试验加速应力负载破坏性周期短起步寿命预测额定负载非破坏性周期短起步2目前存在的问题由于继电器的失效模式多种