- 研究瞬時通斷測量儀測量方案
- 研究瞬時通斷測量儀工作原理
- 采用脈沖信號對繼電器觸點誤動作進行模擬
瞬時通斷測量儀是為配合此試驗而產生的設備，在繼電器抖動試驗過程中，它可準確無誤地檢測出繼電器每路觸點瞬時出現的誤動作，本文研究對此類設備的測量方法。
1 瞬時通斷測量儀的作用
繼電器抖動試驗如圖1 所示。
圖 1 繼電器抖動試驗示意圖
繼電器在振動或沖擊試驗過程中，由于在外界振動或沖擊力的作用下，質量差的繼電器有可能改變由內部彈簧或電磁力的作用下應保持的狀態，產生誤動作，觸點出現這樣的誤動作靠人工判斷根本無法完成，只有利用專用的監測設備，當出現達到預定值的誤動作時，瞬時通斷測量儀發出聲、光報警(有的產品還會顯示出誤動作的時間)，所以瞬時通斷測量儀是為配合繼電器振動或沖擊試驗而工作的專用測量設備。
2 瞬時通斷測量儀工作原理
瞬時通斷測量儀工作原理如圖2 所示。根據繼電器工作情況，分為給繼電器加激勵電壓和不加激勵電壓2 種方式，這2 種狀態繼電器觸點誤動作狀態相反：在繼電器不加激勵電壓時，被檢測的繼電器故障為動合觸點的抖閉狀態、靜合觸點的抖斷2 種狀態;在繼電器加電激勵狀態下，檢測故障為動合觸點出現抖斷狀態，靜態閉合觸點出現抖閉狀態。被試驗的繼電器與瞬時通斷測量儀按確定的狀態正確連接后，先進行自檢，檢查被測繼電器觸點與瞬時通斷測量儀是否正確和可靠連接，沒有使用的通道在進行自查時，自動屏蔽不被使用，使已被連接通道方便觀察;瞬時通斷測量儀的數據采集端電源由機內電源提供(6 V 開路電壓，或10 mA 的短路電流)，開路電壓端被接到抖動閉合繼電器觸點兩端，短路電流接入抖動斷開觸點兩端;試驗時，瞬時通斷測量儀采集端通過對觸點進行通斷狀態采集取樣，當發生誤動作時間時，測量誤動作的時間間隔大小,再由故障判斷電路進行分析，判斷誤動作是否達到預先設置參數值，從而確定此動作是否為誤動作;滿足預設值的誤動作發生后，設備保存故障狀態，通過光、聲報警，提示有誤動作發生，并顯示檢測到的誤動作時間。光的不同顏色代表不同故障性質。
圖2 瞬時通斷測量儀原理圖
此儀器不僅可以用于繼電器抖動監測，而且也可以作為各種接插件、連接件和開關抖動或沖擊試驗時的監測設備。
3 瞬時通斷測量儀測量方法
3.1 瞬時通斷測量儀技術指標
1) 接插件觸點的負載電壓：6 V，最大允許誤差±5%;
2) 每路接點的閉合電流：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、抖斷時間判定：1 μs~99 μs，最大允許誤差±5%;
6) 檢測靈敏度：±5%。
此儀器的第5)項技術指標是瞬時通斷測量儀測量的關鍵，在本文主要對第5)項技術指標的測量方法進行研究， 對第 6)項的測量方法在完成第5)項準備的基礎上才能完成，技術指標中1)~4)為普通電源的技術指標，其測量方法在本文中略。
3.2 對抖斷、抖閉模擬方法試驗過程
要完成脈沖瞬時通斷測量儀第5)項的測量，首先要給瞬時通斷測量儀一個標準的接通或斷開時間來模擬繼電器的動作的時間，曾經采用了以下兩種方法試驗，這些方法直接模擬通斷時間。
采用時間控制的繼電器動作來測量瞬時通斷測量儀。繼電器接通時，兩觸點導通時電阻約為零，兩觸點斷開時電阻為無窮大，是一種較理想的開關，但是在測量時發現，瞬時通斷測量儀測得的數據總是隨機的，觸點的斷開、閉合時間每次不一樣，通過觀測發現繼電器在閉合、斷開過程中，它總是通過一個振蕩的過渡過程，而振蕩過程表現為通斷狀態不可控的狀態，所以此方法通過試驗證明不能使用。
采用電子開關模擬觸點的誤動作。利用開關管制作電子開關，用代表誤動作時間的脈沖信號驅動，其開關動作無振蕩現象，其導通、斷開完全受控于控制脈沖，當把開關管串入瞬時通斷測量儀輸入端時，瞬時通斷測量儀在此開關作用時仍然無動作，經分析，這類電子開關存在較大的管壓降和動態電阻，即管子導通時有動態電阻和管壓降，斷開時也不是徹底斷開，所以這種辦法也不能完成對瞬時通斷測量儀的測量。
以上試驗證明兩種開關的方法均不能使用，達不到測量的目的，所以用代表時間信息控制開關通斷的測量方法不能完成測量。
3.3 信號采集和測量狀態分析
采用可控制開關的辦法難于完成測量，需采用其他辦法進行繼電器觸點通斷過程的模擬。首先對繼電器觸點處電壓波形進行分析，由于瞬時通斷測量儀接入抖閉觸點的電壓為6 V，通過抖斷觸點的電流為10 mA，當繼電器觸點出現抖閉現象時電壓波形應如圖3 所示(抖閉觸點在正常狀態時所加的+6 V 電壓在抖閉狀態時被直接短路，電位被鉗制在0 V)，形成一個負跳變脈沖，其抖閉時間為脈沖寬度，而出現抖斷觸點的電壓波形如圖4 所示。
分析方法與對抖閉分析方法類似，只是電壓狀態變化過程相反，出現一個正跳變脈沖。分析出采集的電壓波形，在瞬時通斷測量儀對抖閉、抖斷狀態出現時的觸點通、斷狀態的模擬可轉化為對觸點通、斷狀態發生時電壓的模擬，通斷時間測量轉化為脈沖寬度的測量，選擇好觸發電平，用標準脈沖寬度信號就可以完成測量。
圖3 抖閉觸點波形圖
圖4 抖斷觸點波形圖
3.4 測量系統的組建及工作原理
3.4.1 測量系統的組建
根據信號采集方式和測量波形的分析，按圖5 組建測量系統。
圖5 瞬時通斷測量儀測量系統圖
測量需用一個脈沖源，考慮到被測設備采集端存在電壓，如果直接和脈沖發生器連接，脈沖源輸出端就要承受反向電壓，這樣對脈沖源的輸出電路安全構成威脅，經分析，只要正確設置脈沖發生器，這種危險可以避免。
對抖閉觸點連接：被測采集端其中一根連接線有+6 V 的電壓;另一根電壓為0 V，所以設置脈沖發生器常態為+6 V，抖閉時為0 V 的負脈沖，這樣在這個脈沖發生器輸出端和被測采集輸入端組成的回路中，在常態時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，這種情況對脈沖源是安全的。
對抖斷方式連接：設置脈沖發生器輸出脈沖常態為0 V，瞬斷時為 +6 V 正單次脈沖，這種方式常態時對脈沖源不存在反向電壓。瞬斷時只有脈沖源對被測物施加一個正脈沖，脈沖源輸出端無反壓，設備是安全的。
圖6 對抖閉觸點回路常態時電路
3.4.3 實際脈沖波形和原因
利用數字示波器觀察測量脈沖波形，發現數字示波器觀察到的兩種接法測量波形與圖3、圖4 所示的波形有很大差異，其波形見圖7、圖8，測量數據存在較大誤差，其原因是當瞬時通斷測量儀測量部分的觸發電平在圖3、圖4 的波形所示的脈沖沿上時，則瞬時通斷測量儀可以測量到脈沖，否則測量儀將測不到信號，所以需要進行脈沖波形調試;經分析，產生這樣的問題原因是：由于脈沖發生器存在輸出阻抗，瞬時通斷測量儀的測量部分也存在輸入阻抗，它和脈沖發生器輸出阻抗構成的回路中必然存在電壓分配，在脈沖作用時同樣存在電壓降，這種電路的分壓作用必然引起脈沖幅度的減小。
圖7 測量抖斷觸點脈沖圖
3.4.4 脈沖波形的調試
測量所要求的脈沖波形要能真實反映繼電器觸點上電壓的變化，需對非理想的波形進行必要的調試。
測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量方式下均可進行修正，并用數字示波器觀察：脈沖底值可通過調節脈沖發生器的直流偏移(即在組成的測量回路中增加一個可變直流電源)，抵消瞬時通斷測量儀的+6 V 探測電壓對被測信號輸入端電位的影響(或10 mA 短路電流的影響)，使脈沖底值達到圖3、圖4 所示意的要求;另一方面，增加脈沖發生器輸出幅度可達到測量要求的幅值。
測量的脈沖波形調試好后，對抖閉、抖斷時間的測量采用直接測量法，只需改變標準脈沖寬度就可以測量其全范圍的時間。
3.4.5 檢測靈敏度的測量
瞬時通斷測量儀的抖閉故障在斷開觸點的壓降幅度小于負載電壓的5%~90%，且脈沖寬度大于所設置的抖閉寬度值時判觸點出現抖閉故障;另一方面，閉合觸點的壓降幅度大于負載電壓的5%~90%時，且脈沖寬度大于所設置的抖斷寬度值時判觸點出現抖斷故障。在脈沖調節完成以后，把電壓變化百分比換算成觸發電平值，調試后的脈沖電平值可信度高，具體測量方法類似于脈沖設備檢定項目中最小觸發的測量，測量過程不再重復。
3.4.6 測量數據驗證
采用此方法，用1 臺瞬時通斷測量儀(型號D38-6B)、示波器(型號LC584AM)和脈沖發生器(型號8114A)組建測量系統進行驗證。抖閉時間為1 μs 時：測量脈沖源標準值為1.000 0 μs，重復性0.000 2 μs;抖斷時間為10 μs時：測量脈沖源標準值為10.007 μs，重復性0.008 μs，測得被測設備抖閉時間為1.01 μs，抖斷時間為10.2 μs，而被測設備此項技術指標為±5%，所以完全滿足測量要求。
3.4.7 實際應用
瞬時通斷測量儀這類儀器是多通道的試驗檢測設備，測量通道可多達50 路，在實際工作中采用此方法模擬繼電器觸點動作，完全滿足對此類專用設備測量的要求，避免了3.2 項所述的各種方法在測量中產生的不良結果，完成了此類專用設備的測量工作。
4 結論
瞬時通斷測量儀測量方法是采用脈沖信號對繼電器觸點誤動作過程進行模擬，它避免了用實際開關動作控制可操作性差的缺點，所需測量設備簡單、價廉，利用現有的脈沖發生器和示波器即可完成測量系統的組建，具有方便、快捷和安全的優點，用此方法能順利完成這類儀器的測量。
