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瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量方案

發(fā)布時(shí)間:2011-08-12 來源:電子發(fā)燒友

中心議題:
  • 研究瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x測(cè)量方案
解決方案:
  • 研究瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x工作原理
  • 采用脈沖信號(hào)對(duì)繼電器觸點(diǎn)誤動(dòng)作進(jìn)行模擬
        
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。
 
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)。

圖2 瞬時(shí)通斷測(cè)量?jī)x原理圖
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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。


圖3 抖閉觸點(diǎn)波形圖

圖4 抖斷觸點(diǎn)波形圖
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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)。

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,脈沖源輸出端無反壓,設(shè)備是安全的。

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。

圖7 測(cè)量抖斷觸點(diǎn)脈沖圖
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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。
 
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