瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量方案 - 全文

　　瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x是為配合此試驗(yàn)而產(chǎn)生的設(shè)備，在繼電器抖動(dòng)試驗(yàn)過程中，它可準(zhǔn)確無(wú)誤地檢測(cè)出繼電器每路觸點(diǎn)瞬時(shí)出現(xiàn)的誤動(dòng)作，本文研究對(duì)此類設(shè)備的測(cè)量方法。

　　1 瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x的作用

　　繼電器抖動(dòng)試驗(yàn)如圖1 所示。

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　　圖 1 繼電器抖動(dòng)試驗(yàn)示意圖

　　繼電器在振動(dòng)或沖擊試驗(yàn)過程中，由于在外界振動(dòng)或沖擊力的作用下，質(zhì)量差的繼電器有可能改變由內(nèi)部彈簧或電磁力的作用下應(yīng)保持的狀態(tài)，產(chǎn)生誤動(dòng)作，觸點(diǎn)出現(xiàn)這樣的誤動(dòng)作靠人工判斷根本無(wú)法完成，只有利用專用的監(jiān)測(cè)設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)達(dá)到預(yù)定值的誤動(dòng)作時(shí)，瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x發(fā)出聲、光報(bào)警(有的產(chǎn)品還會(huì)顯示出誤動(dòng)作的時(shí)間)，所以瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x是為配合繼電器振動(dòng)或沖擊試驗(yàn)而工作的專用測(cè)量設(shè)備。

　　2 瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x工作原理

　　瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x工作原理如圖2 所示。根據(jù)繼電器工作情況，分為給繼電器加激勵(lì)電壓和不加激勵(lì)電壓2 種方式，這2 種狀態(tài)繼電器觸點(diǎn)誤動(dòng)作狀態(tài)相反：在繼電器不加激勵(lì)電壓時(shí)，被檢測(cè)的繼電器故障為動(dòng)合觸點(diǎn)的抖閉狀態(tài)、靜合觸點(diǎn)的抖斷2 種狀態(tài);在繼電器加電激勵(lì)狀態(tài)下，檢測(cè)故障為動(dòng)合觸點(diǎn)出現(xiàn)抖斷狀態(tài)，靜態(tài)閉合觸點(diǎn)出現(xiàn)抖閉狀態(tài)。被試驗(yàn)的繼電器與瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x按確定的狀態(tài)正確連接后，先進(jìn)行自檢，檢查被測(cè)繼電器觸點(diǎn)與瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x是否正確和可靠連接，沒有使用的通道在進(jìn)行自查時(shí)，自動(dòng)屏蔽不被使用，使已被連接通道方便觀察;瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)采集端電源由機(jī)內(nèi)電源提供(6 V 開路電壓，或10 mA 的短路電流)，開路電壓端被接到抖動(dòng)閉合繼電器觸點(diǎn)兩端，短路電流接入抖動(dòng)斷開觸點(diǎn)兩端;試驗(yàn)時(shí)，瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x采集端通過對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行通斷狀態(tài)采集取樣，當(dāng)發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)間時(shí)，測(cè)量誤動(dòng)作的時(shí)間間隔大小,再由故障判斷電路進(jìn)行分析，判斷誤動(dòng)作是否達(dá)到預(yù)先設(shè)置參數(shù)值，從而確定此動(dòng)作是否為誤動(dòng)作;滿足預(yù)設(shè)值的誤動(dòng)作發(fā)生后，設(shè)備保存故障狀態(tài)，通過光、聲報(bào)警，提示有誤動(dòng)作發(fā)生，并顯示檢測(cè)到的誤動(dòng)作時(shí)間。光的不同顏色代表不同故障性質(zhì)。

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　　圖2 瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x原理圖

　　此儀器不僅可以用于繼電器抖動(dòng)監(jiān)測(cè)，而且也可以作為各種接插件、連接件和開關(guān)抖動(dòng)或沖擊試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

　　3 瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量方法

　　3.1 瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo)

　　1) 接插件觸點(diǎn)的負(fù)載電壓：6 V，最大允許誤差±5%;

　　2) 每路接點(diǎn)的閉合電流：10 mA，最大允許誤差±5%;

　　3) 繼電器線包電源電壓：2 V~30 V，最大允許誤差±2%，紋波電壓小于50 mV;

　　4) 繼電器線包電源電流：0 A~5 A;

　　5) 繼電器抖閉、抖斷時(shí)間判定：1 μs~99 μs，最大允許誤差±5%;

　　6) 檢測(cè)靈敏度：±5%。

　　此儀器的第5)項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量的關(guān)鍵，在本文主要對(duì)第5)項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量方法進(jìn)行研究， 對(duì)第 6)項(xiàng)的測(cè)量方法在完成第5)項(xiàng)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上才能完成，技術(shù)指標(biāo)中1)~4)為普通電源的技術(shù)指標(biāo)，其測(cè)量方法在本文中略。

　　3.2 對(duì)抖斷、抖閉模擬方法試驗(yàn)過程

　　要完成脈沖瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x第5)項(xiàng)的測(cè)量，首先要給瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接通或斷開時(shí)間來(lái)模擬繼電器的動(dòng)作的時(shí)間，曾經(jīng)采用了以下兩種方法試驗(yàn)，這些方法直接模擬通斷時(shí)間。

　　采用時(shí)間控制的繼電器動(dòng)作來(lái)測(cè)量瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x。繼電器接通時(shí)，兩觸點(diǎn)導(dǎo)通時(shí)電阻約為零，兩觸點(diǎn)斷開時(shí)電阻為無(wú)窮大，是一種較理想的開關(guān)，但是在測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)得的數(shù)據(jù)總是隨機(jī)的，觸點(diǎn)的斷開、閉合時(shí)間每次不一樣，通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)繼電器在閉合、斷開過程中，它總是通過一個(gè)振蕩的過渡過程，而振蕩過程表現(xiàn)為通斷狀態(tài)不可控的狀態(tài)，所以此方法通過試驗(yàn)證明不能使用。

　　采用電子開關(guān)模擬觸點(diǎn)的誤動(dòng)作。利用開關(guān)管制作電子開關(guān)，用代表誤動(dòng)作時(shí)間的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，其開關(guān)動(dòng)作無(wú)振蕩現(xiàn)象，其導(dǎo)通、斷開完全受控于控制脈沖，當(dāng)把開關(guān)管串入瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x輸入端時(shí)，瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x在此開關(guān)作用時(shí)仍然無(wú)動(dòng)作，經(jīng)分析，這類電子開關(guān)存在較大的管壓降和動(dòng)態(tài)電阻，即管子導(dǎo)通時(shí)有動(dòng)態(tài)電阻和管壓降，斷開時(shí)也不是徹底斷開，所以這種辦法也不能完成對(duì)瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x的測(cè)量。

　　以上試驗(yàn)證明兩種開關(guān)的方法均不能使用，達(dá)不到測(cè)量的目的，所以用代表時(shí)間信息控制開關(guān)通斷的測(cè)量方法不能完成測(cè)量。

　　3.3 信號(hào)采集和測(cè)量狀態(tài)分析

　　采用可控制開關(guān)的辦法難于完成測(cè)量，需采用其他辦法進(jìn)行繼電器觸點(diǎn)通斷過程的模擬。首先對(duì)繼電器觸點(diǎn)處電壓波形進(jìn)行分析，由于瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x接入抖閉觸點(diǎn)的電壓為6 V，通過抖斷觸點(diǎn)的電流為10 mA，當(dāng)繼電器觸點(diǎn)出現(xiàn)抖閉現(xiàn)象時(shí)電壓波形應(yīng)如圖3 所示(抖閉觸點(diǎn)在正常狀態(tài)時(shí)所加的+6 V 電壓在抖閉狀態(tài)時(shí)被直接短路，電位被鉗制在0 V)，形成一個(gè)負(fù)跳變脈沖，其抖閉時(shí)間為脈沖寬度，而出現(xiàn)抖斷觸點(diǎn)的電壓波形如圖4 所示。

　　分析方法與對(duì)抖閉分析方法類似，只是電壓狀態(tài)變化過程相反，出現(xiàn)一個(gè)正跳變脈沖。分析出采集的電壓波形，在瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x對(duì)抖閉、抖斷狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)的觸點(diǎn)通、斷狀態(tài)的模擬可轉(zhuǎn)化為對(duì)觸點(diǎn)通、斷狀態(tài)發(fā)生時(shí)電壓的模擬，通斷時(shí)間測(cè)量轉(zhuǎn)化為脈沖寬度的測(cè)量，選擇好觸發(fā)電平，用標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度信號(hào)就可以完成測(cè)量。

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　　圖3 抖閉觸點(diǎn)波形圖

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　　圖4 抖斷觸點(diǎn)波形圖

　　3.4 測(cè)量系統(tǒng)的組建及工作原理

　　3.4.1 測(cè)量系統(tǒng)的組建

　　根據(jù)信號(hào)采集方式和測(cè)量波形的分析，按圖5 組建測(cè)量系統(tǒng)。

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　　圖5 瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量系統(tǒng)圖

　　3.4.2 設(shè)備安全考慮

　　測(cè)量需用一個(gè)脈沖源，考慮到被測(cè)設(shè)備采集端存在電壓，如果直接和脈沖發(fā)生器連接，脈沖源輸出端就要承受反向電壓，這樣對(duì)脈沖源的輸出電路安全構(gòu)成威脅，經(jīng)分析，只要正確設(shè)置脈沖發(fā)生器，這種危險(xiǎn)可以避免。

　　對(duì)抖閉觸點(diǎn)連接：被測(cè)采集端其中一根連接線有+6 V 的電壓;另一根電壓為0 V，所以設(shè)置脈沖發(fā)生器常態(tài)為+6 V，抖閉時(shí)為0 V 的負(fù)脈沖，這樣在這個(gè)脈沖發(fā)生器輸出端和被測(cè)采集輸入端組成的回路中，在常態(tài)時(shí)兩源的電壓大小相等，方向相反，互相抵消，回路電流基本為零，如圖6所示，這種情況對(duì)脈沖源是安全的。

　　對(duì)抖斷方式連接：設(shè)置脈沖發(fā)生器輸出脈沖常態(tài)為0 V，瞬斷時(shí)為 +6 V 正單次脈沖，這種方式常態(tài)時(shí)對(duì)脈沖源不存在反向電壓。瞬斷時(shí)只有脈沖源對(duì)被測(cè)物施加一個(gè)正脈沖，脈沖源輸出端無(wú)反壓，設(shè)備是安全的。

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　　圖6 對(duì)抖閉觸點(diǎn)回路常態(tài)時(shí)電路

　　3.4.3 實(shí)際脈沖波形和原因

　　利用數(shù)字示波器觀察測(cè)量脈沖波形，發(fā)現(xiàn)數(shù)字示波器觀察到的兩種接法測(cè)量波形與圖3、圖4 所示的波形有很大差異，其波形見圖7、圖8，測(cè)量數(shù)據(jù)存在較大誤差，其原因是當(dāng)瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量部分的觸發(fā)電平在圖3、圖4 的波形所示的脈沖沿上時(shí)，則瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x可以測(cè)量到脈沖，否則測(cè)量?jī)x將測(cè)不到信號(hào)，所以需要進(jìn)行脈沖波形調(diào)試;經(jīng)分析，產(chǎn)生這樣的問題原因是：由于脈沖發(fā)生器存在輸出阻抗，瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x的測(cè)量部分也存在輸入阻抗，它和脈沖發(fā)生器輸出阻抗構(gòu)成的回路中必然存在電壓分配，在脈沖作用時(shí)同樣存在電壓降，這種電路的分壓作用必然引起脈沖幅度的減小。

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　　圖7 測(cè)量抖斷觸點(diǎn)脈沖圖

　　3.4.4 脈沖波形的調(diào)試

　　測(cè)量所要求的脈沖波形要能真實(shí)反映繼電器觸點(diǎn)上電壓的變化，需對(duì)非理想的波形進(jìn)行必要的調(diào)試。

　　測(cè)量脈沖電平值分為兩種：一種是脈沖頂值;另一種是脈沖底值。這兩種電平在兩種測(cè)量方式下均可進(jìn)行修正，并用數(shù)字示波器觀察：脈沖底值可通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的直流偏移(即在組成的測(cè)量回路中增加一個(gè)可變直流電源)，抵消瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x的+6 V 探測(cè)電壓對(duì)被測(cè)信號(hào)輸入端電位的影響(或10 mA 短路電流的影響)，使脈沖底值達(dá)到圖3、圖4 所示意的要求;另一方面，增加脈沖發(fā)生器輸出幅度可達(dá)到測(cè)量要求的幅值。

　　測(cè)量的脈沖波形調(diào)試好后，對(duì)抖閉、抖斷時(shí)間的測(cè)量采用直接測(cè)量法，只需改變標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度就可以測(cè)量其全范圍的時(shí)間。

　　3.4.5 檢測(cè)靈敏度的測(cè)量

　　瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x的抖閉故障在斷開觸點(diǎn)的壓降幅度小于負(fù)載電壓的5%~90%，且脈沖寬度大于所設(shè)置的抖閉寬度值時(shí)判觸點(diǎn)出現(xiàn)抖閉故障;另一方面，閉合觸點(diǎn)的壓降幅度大于負(fù)載電壓的5%~90%時(shí)，且脈沖寬度大于所設(shè)置的抖斷寬度值時(shí)判觸點(diǎn)出現(xiàn)抖斷故障。在脈沖調(diào)節(jié)完成以后，把電壓變化百分比換算成觸發(fā)電平值，調(diào)試后的脈沖電平值可信度高，具體測(cè)量方法類似于脈沖設(shè)備檢定項(xiàng)目中最小觸發(fā)的測(cè)量，測(cè)量過程不再重復(fù)。

　　3.4.6 測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證

　　采用此方法，用1 臺(tái)瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x(型號(hào)D38-6B)、示波器(型號(hào)LC584AM)和脈沖發(fā)生器(型號(hào)8114A)組建測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。抖閉時(shí)間為1 μs 時(shí)：測(cè)量脈沖源標(biāo)準(zhǔn)值為1.000 0 μs，重復(fù)性0.000 2 μs;抖斷時(shí)間為10 μs時(shí)：測(cè)量脈沖源標(biāo)準(zhǔn)值為10.007 μs，重復(fù)性0.008 μs，測(cè)得被測(cè)設(shè)備抖閉時(shí)間為1.01 μs，抖斷時(shí)間為10.2 μs，而被測(cè)設(shè)備此項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)為±5%，所以完全滿足測(cè)量要求。

　　3.4.7 實(shí)際應(yīng)用

　　瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x這類儀器是多通道的試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，測(cè)量通道可多達(dá)50 路，在實(shí)際工作中采用此方法模擬繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，完全滿足對(duì)此類專用設(shè)備測(cè)量的要求，避免了3.2 項(xiàng)所述的各種方法在測(cè)量中產(chǎn)生的不良結(jié)果，完成了此類專用設(shè)備的測(cè)量工作。

　　4 結(jié)論

　　瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量方法是采用脈沖信號(hào)對(duì)繼電器觸點(diǎn)誤動(dòng)作過程進(jìn)行模擬，它避免了用實(shí)際開關(guān)動(dòng)作控制可操作性差的缺點(diǎn)，所需測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)廉，利用現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器和示波器即可完成測(cè)量系統(tǒng)的組建，具有方便、快捷和安全的優(yōu)點(diǎn)，用此方法能順利完成這類儀器的測(cè)量。