電磁繼電器是機(jī)電結(jié)合的電子元件，其斷態(tài)的高絕緣電阻和通態(tài)的低導(dǎo)通電阻等性能使得其它電子元器件無(wú)法與其相比。我國(guó)在航空、航天、電子、郵電等軍用及民用電子裝備中，電磁繼電器得到了廣范的應(yīng)用。當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家的很多電子裝備中也依然在使用電磁繼電器。近年來(lái)固態(tài)繼電器的興起和發(fā)展在一定范圍內(nèi)替代了一部分電磁繼電器，但由于電磁繼電器獨(dú)特的性能，在相當(dāng)多的應(yīng)用領(lǐng)域中無(wú)法完全將其取代。
電磁繼電器雖然有其它電子元器件無(wú)法相比的某些性能指標(biāo)，但其可靠性卻令使用者大傷腦筋。原因在于我國(guó)的電磁繼電器，在其生產(chǎn)過(guò)程中大多工藝落后，很多生產(chǎn)工序是采用手工操作，所用的很多材料質(zhì)量也不過(guò)關(guān)，使得電磁繼電器的質(zhì)量一致性水平得不到保證。另一方面由于缺乏先進(jìn)的檢測(cè)手段，無(wú)法有效剔除那些存在內(nèi)在缺陷和質(zhì)量隱患的產(chǎn)品。這幾方面的原因使得電磁繼電器成為可靠性最差、失效率最高的電子元件之一。很多選用固態(tài)繼電器的設(shè)計(jì)人員，并不是由于固態(tài)繼電器優(yōu)于電磁繼電器的某些參數(shù)性能，而恰恰是由于面對(duì)電磁繼電器頻繁出現(xiàn)的各種失效模式無(wú)所措手足。
電磁繼電器的常見的失效模式有由于簧片性能退化導(dǎo)致觸點(diǎn)不通、接觸不良、觸點(diǎn)粘連；由于內(nèi)部多余物導(dǎo)致銜鐵卡死或觸點(diǎn)瞬時(shí)短路；由于氣密性不好或封裝氣氛不良導(dǎo)致觸點(diǎn)氧化或生成有機(jī)鈍化膜，進(jìn)而導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸不良或開路；由于絕緣子質(zhì)量或內(nèi)部潮濕原因?qū)е陆^緣電阻下降等等。電磁繼電器的這些失效模式嚴(yán)重影響了電子裝備的可靠性，特別對(duì)航空、航天、武器系統(tǒng)等軍用電子裝備更構(gòu)成了重大的危脅。
為了提高電磁繼電器的使用可靠性，現(xiàn)實(shí)的作法是加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和檢測(cè)。篩選和檢測(cè)雖不能代替工藝水平的改進(jìn)而提高電磁繼電器的固有可靠性，但通過(guò)對(duì)篩選和檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，剔除有質(zhì)量隱患的產(chǎn)品，對(duì)提高使用可靠性則是現(xiàn)實(shí)和有效的方法。而工藝和材料水平的提高絕非一朝一夕能夠做到。
為了提高電磁繼電器特別是軍用電磁繼電器的水平，我國(guó)參照有關(guān)國(guó)外軍標(biāo)制定了一系列電磁繼電器的國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)電磁繼電器的檢測(cè)、試驗(yàn)、篩選、考核等提出了明確的要求。國(guó)軍標(biāo)《有可靠性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范》 GJB 65A-91 是參照美軍準(zhǔn)《有可靠性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范》 MIL-R-30916D 制定的，其總體技術(shù)內(nèi)容與 MIL-R-39016D 等效，是對(duì)電磁繼電器進(jìn)行檢測(cè)的重要依據(jù)。
電磁繼電器的主要參數(shù)與觸點(diǎn)接觸可靠性
1. 靜態(tài)接觸電阻檢測(cè)
靜態(tài)接觸電阻 （以下簡(jiǎn)稱接觸電阻） 是電磁繼電器的最主要參數(shù)之一，也是比較難于測(cè)準(zhǔn)的參數(shù)。靜態(tài)接觸電阻綜合反映了電磁繼電器多方面的性能。
例如靜態(tài)接觸電阻可以反映觸點(diǎn)間的接觸壓力，接觸壓力不夠的觸點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸電阻變大。靜態(tài)接觸電阻還可以反映觸點(diǎn)的表面狀態(tài)，觸點(diǎn)表面氧化或生成有機(jī)鈍化膜也會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)接觸電阻變大。如能對(duì)觸點(diǎn)靜態(tài)接觸電阻進(jìn)行精確地測(cè)試，除了能直接剔除那些靜態(tài)接觸電阻已經(jīng)超出規(guī)范的產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析和比對(duì)，還可以對(duì)觸點(diǎn)的接觸壓力和表面狀態(tài)做出判斷。對(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期庫(kù)存的產(chǎn)品，通過(guò)出、入庫(kù)檢測(cè)接觸電阻數(shù)據(jù)的精確測(cè)試和比對(duì)，可以推斷其性能的穩(wěn)定性。因此接觸電阻的檢測(cè)極為重要。MIL-R-39016D 和 GJB 65A-91 中都明確規(guī)定靜態(tài)接觸電阻不得超過(guò) 0.05 歐。
電磁繼電器接觸電阻的數(shù)據(jù)一般為幾個(gè)毫歐到幾十個(gè)毫歐，對(duì)于小型電磁繼電器通常為十幾個(gè)毫歐，為了避免由于測(cè)試電流過(guò)大導(dǎo)致觸點(diǎn)打火而造成破壞觸點(diǎn)的原始狀態(tài)，MIL-R-39016D 和 GJB 65A-91 都明確規(guī)定測(cè)試電流不得超過(guò) 10 mA。這樣一對(duì)閉合的觸點(diǎn)，其通態(tài)壓降僅為一百到幾百微伏，這要求測(cè)試系統(tǒng)具有良好的微弱信號(hào)測(cè)試能力。
另一方面由于觸點(diǎn)的接觸電阻僅為十幾個(gè)毫歐，測(cè)量線路引入的附加電阻 （例如電磁繼電器與測(cè)試適配器之間的接觸電阻、測(cè)試線路中其它接觸部位的接觸電阻，測(cè)試線路自身的電阻等等） 都有可能大于甚至遠(yuǎn)大于被測(cè)電磁繼電器觸點(diǎn)的靜態(tài)接觸電阻，在線路附加電阻中還有一部分是不穩(wěn)定的 （例如線路中的各接觸環(huán)節(jié)），這樣就更增加了測(cè)試的難度。
通常解決的辦法是采用四線測(cè)試的方法 （見圖 1），來(lái)有效扣除測(cè)試線路的輔加電阻。這一方法雖然有效，但實(shí)施起來(lái)卻有相當(dāng)?shù)碾y度，這意味著要為每一種型號(hào)的被測(cè)電磁繼電器配備不同的四線測(cè)試適配器，尤其是對(duì)于體積小、觸點(diǎn)多的電磁繼電器，四線測(cè)試適配器的制作有很大的工藝難度。但唯有采用這一辦法，才有可能將靜態(tài)接觸電阻參數(shù)測(cè)準(zhǔn)。
目前大多數(shù)單位用接線夾和低阻表進(jìn)行靜態(tài)接觸電阻的測(cè)試，通常不能在整個(gè)測(cè)試線路中采用四線測(cè)試，而將接線夾與電磁繼電器引腳之間的接觸電阻，甚至接線電阻都測(cè)到靜態(tài)接觸電阻數(shù)據(jù)中去了，造成數(shù)據(jù)偏大而且不穩(wěn)定，不能真實(shí)反映被測(cè)電磁繼電器觸點(diǎn)的質(zhì)量水平。
2. 靜態(tài)接觸電阻與觸點(diǎn)接觸可靠性
靜態(tài)接觸電阻與觸點(diǎn)接觸可靠性存在著密切的關(guān)系，為保證觸點(diǎn)的接觸可靠性，在電磁繼電器生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)觸點(diǎn)的接觸壓力進(jìn)行調(diào)整和測(cè)試。同一組觸點(diǎn)在不同的接觸壓力下會(huì)體現(xiàn)出不同的靜態(tài)接觸電阻。對(duì) 2JGXM－2 繼電器的觸點(diǎn)壓力和靜態(tài)接觸電阻的測(cè)試數(shù)據(jù)見表 1。
表 1 2JGXM－2 繼電器觸點(diǎn)壓力和靜態(tài)接觸電阻數(shù)據(jù)
注 ： 表中數(shù)據(jù)為多次測(cè)試平均值。
由表 1 數(shù)據(jù)可以看出靜態(tài)接觸電阻和觸點(diǎn)壓力之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即觸點(diǎn)壓力越小靜態(tài)接觸電阻越大。這樣就有可能通過(guò)對(duì)靜態(tài)接觸電阻的精確測(cè)試推斷電磁繼電器觸點(diǎn)壓力的大小。同時(shí)也可以比較電磁繼電器庫(kù)存或有關(guān)試驗(yàn)前后的靜態(tài)接觸電阻數(shù)據(jù)，分析觸點(diǎn)接觸壓力的變化和穩(wěn)定性。
3. 時(shí)間參數(shù)檢測(cè)
電磁繼電器的時(shí)間參數(shù)主要包括動(dòng)作時(shí)間、釋放時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間、觸點(diǎn)回跳時(shí)間、觸點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間等。其定義如圖 2。
動(dòng)作時(shí)間或釋放時(shí)間反映了電磁繼電器線圈和銜鐵的性能，同時(shí)也反映了觸點(diǎn)的間隙和行程。觸點(diǎn)回跳時(shí)間和觸點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間則反映了觸點(diǎn)動(dòng)作的瞬態(tài)特性。
這里特別值得一提的是觸點(diǎn)回跳時(shí)間，因?yàn)檫@一參數(shù)一定程度上反映了觸點(diǎn)的接觸壓力和狀態(tài)，是反映觸點(diǎn)接觸可靠性的重要參數(shù)。
MIL-R-39016D 和 GJB 65A-91 對(duì)觸點(diǎn)回跳做了定義 ： “等于或大于開路電壓的 90%，且脈沖寬度等于或大于 10 uS 的現(xiàn)象則認(rèn)為是回跳”。同時(shí)明確規(guī)定觸點(diǎn)回跳時(shí)間不得超過(guò) 1.5 mS。
觸點(diǎn)回跳時(shí)間的測(cè)量較為困難，傳統(tǒng)測(cè)量方法采用記憶示波器進(jìn)行，但是采用這一方法很難判讀準(zhǔn)確，而且通常只能監(jiān)視兩組觸點(diǎn)，測(cè)試精度和速度都無(wú)法滿足批量測(cè)試的要求。
只有采用專用的檢測(cè)系統(tǒng)才有可能按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同時(shí)對(duì)電磁繼電器每一組觸點(diǎn)在動(dòng)作和釋放過(guò)程中的每一個(gè)觸點(diǎn)回跳脈沖進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)視，并自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄。但這也并不是一件容易的事，因?yàn)橐环矫鏅z測(cè)系統(tǒng)需要判斷每一個(gè)回跳脈沖是否同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 90% 幅度和 10 uS 脈寬，另一方面對(duì)每一個(gè)隨機(jī)出現(xiàn)的符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的回跳脈沖都需累計(jì)從觸點(diǎn)首次接通到該回跳脈沖結(jié)束的時(shí)間，因?yàn)槊繖z測(cè)到一個(gè)觸點(diǎn)回跳脈沖后，事先無(wú)法知道這是否是最后一個(gè)回跳脈沖，后面是否還會(huì)產(chǎn)生回跳。
與觸點(diǎn)回跳時(shí)間類似，觸點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)間也是反映觸點(diǎn)動(dòng)作的瞬態(tài)特性。兩者的區(qū)別在于，前者觸點(diǎn)的監(jiān)測(cè)負(fù)載最大值為 6V，10 mA，后者采用 50 mV，50 mA 低電平監(jiān)測(cè)；前者的脈寬判據(jù)為 10 uS，后者為 1 uS；前者的幅度判據(jù)為開路電壓的90%，后者用允許的靜態(tài)接觸電阻所呈現(xiàn)的接觸壓降做為判據(jù)；前者用于亞五級(jí) （“Y” 級(jí)） 失效率產(chǎn)品，后者用于五、六、七級(jí) （“W”、“L”、“Q” 級(jí)） 失效率產(chǎn)品。
4. 觸點(diǎn)回跳時(shí)間與觸點(diǎn)接觸可靠性
觸點(diǎn)回跳時(shí)間與觸點(diǎn)接觸可靠性也存在著密切的關(guān)系，同一組觸點(diǎn)在不同的接觸壓力下會(huì)體現(xiàn)出不同的觸點(diǎn)回跳時(shí)間。對(duì) 2JGXM－2 繼電器的觸點(diǎn)壓力和觸點(diǎn)回跳時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)見表 2。
表 2 2JGXM－2 繼電器觸點(diǎn)回跳時(shí)間和靜態(tài)接觸電阻數(shù)據(jù)
注 ： 表中數(shù)據(jù)為多次測(cè)試平均值。
由表 2 數(shù)據(jù)可以看出觸點(diǎn)回跳時(shí)間和觸點(diǎn)壓力之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即觸點(diǎn)壓力越小觸點(diǎn)回跳時(shí)間越長(zhǎng)。這樣就有可能通過(guò)對(duì)觸點(diǎn)回跳時(shí)間的精確測(cè)試推斷電磁繼電器觸點(diǎn)壓力的大小。同時(shí)也可以比較電磁繼電器庫(kù)存或有關(guān)試驗(yàn)前后的觸點(diǎn)回跳時(shí)間數(shù)據(jù)，分析觸點(diǎn)接觸壓力的變化和穩(wěn)定性。相比之下觸點(diǎn)壓力對(duì)觸點(diǎn)回跳時(shí)間的影響，比對(duì)觸點(diǎn)靜態(tài)接觸電阻的影響更為明顯。
