中心議題：

• 繼電器加速壽命試驗分析
• 電磁繼電器的硬件設(shè)計
• 電磁繼電器的應(yīng)用軟件模塊設(shè)計

一、引言

電磁繼電器廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)控制、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防軍事、空間技術(shù)及日常生活等領(lǐng)域，是遠(yuǎn)控、遠(yuǎn)測、通訊、檢測、保護(hù)等電子設(shè)備不可缺少的基本元件，它是否正常工作將直接關(guān)系到含有該繼電器的設(shè)備或產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。隨著繼電器技術(shù)的發(fā)展及繼電器應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對繼電器的性能、壽命、可靠性等方面的要求越來越高。

在整個壽命期內(nèi)，任何產(chǎn)品都有貯存、運(yùn)輸、待命、工作等任務(wù)階段，每個任務(wù)階段對應(yīng)不同的環(huán)境剖面與時間，要求產(chǎn)品在任何工作階段均能完成規(guī)定的功能。對長期處于工作狀態(tài)的產(chǎn)品，產(chǎn)品的工作可靠度主要取決于工作階段的環(huán)境與工作時間。對一次性使用的產(chǎn)品，由于貯存時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用時間，其工作可靠度與貯存時間有關(guān)。因此，如何使用更科學(xué)的技術(shù)手段，對產(chǎn)品的工作可靠性和貯存可靠性進(jìn)行較客觀的猜測與評估，是產(chǎn)品應(yīng)用與發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

國內(nèi)部分生產(chǎn)單位開始用微機(jī)檢測系統(tǒng)對電磁繼電器的壽命及其他參數(shù)進(jìn)行檢測，但它是在正常工作條件下，采用一般壽命試驗方法估計產(chǎn)品的各種可靠性特征。對壽命特別長的產(chǎn)品來說，這種方法并分歧適。由于它需要花費(fèi)很長的試驗時間，甚至來不及作完壽命試驗，新的產(chǎn)品又設(shè)計出來，老產(chǎn)品就要被淘汰。針對以上間題，經(jīng)過不斷研究，在壽命試驗的基礎(chǔ)上，本文提出了加大應(yīng)力、縮短時間的加速壽命試驗方法。

二、加速壽命試驗分析

加速壽命試驗就是用人工方法加大試驗應(yīng)力(如熱應(yīng)力、濕應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力等)的方法，加快元器件失效，縮短試驗時間，以便在較短的時間內(nèi)猜測出在正常的(即額定的或?qū)嶋H使用的)條件下的壽命特征。加速壽命試驗的分析方法主要是利用元器件的失效數(shù)據(jù)，運(yùn)用加速壽命曲線推算出該批元器件在正常條件下的可靠性壽命特征。這類試驗方法應(yīng)用較廣泛，主要原因是研究周期短，可大大縮短試驗時間。

加速壽命試驗通常分以下3種：
(一)恒定應(yīng)力加速壽命試驗
即把一種應(yīng)力加在受試產(chǎn)品樣品上，該應(yīng)力水平在整個試驗中保持不變，為了達(dá)到加速失效縮短試驗時間的目的，要求各組壽命試驗的應(yīng)力都高于正常工作條件下的應(yīng)力。即在不改變產(chǎn)品失效機(jī)理的條件下，模擬實際的環(huán)境因素，適當(dāng)進(jìn)步應(yīng)力等級，在短期內(nèi)得出與現(xiàn)場長期貯存試驗相似的結(jié)果。

(二)步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗
這是一種隨時間、分階段逐步在受試樣品上增加應(yīng)力，直到樣品開始出現(xiàn)大量失效為止的試驗方法。

(三)序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗
這是一種隨時間等速增加應(yīng)力到受試產(chǎn)品樣品上，直到樣品開始出現(xiàn)大量失效為止的試驗方案。采用該方案時，產(chǎn)品不分組，應(yīng)力不分檔，應(yīng)力等速升高，直到發(fā)生一定數(shù)目的故障為止。它所施加的應(yīng)力水平將隨時間等速上升，因此這種試驗需要有專門的設(shè)備。

在上述3種加速壽命試驗中，恒定應(yīng)力加速壽命試驗更為成熟，數(shù)據(jù)易處理，外推精度高。盡管這種試驗所需時間不是最短，但與一般的壽命試驗相比還是縮短了不少時間，因此它較常用。

影響電磁繼電器壽命的因素很多。比如，在存貯過程中，產(chǎn)品的各項性能受溫度、濕度、光照、腐蝕、氧化、干裂、軟化、霉變、結(jié)晶等環(huán)境因素的影響很大。特別是非金屬材料，在溫度、濕度、天氣等條件下，更有明顯的老化現(xiàn)象，貯存時間越長，老化越嚴(yán)重，甚至失效報廢，其中溫度對電磁繼電器壽命的影響尤為明顯，因而本試驗裝置采用溫度為恒定應(yīng)力加速壽命試驗的加速應(yīng)力，即將測試樣品放進(jìn)一定溫度，丈量在此環(huán)境下的試驗數(shù)據(jù)。
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三、硬件設(shè)計

電磁繼電器壽命加速試驗裝置包括試驗控制柜、負(fù)載、自動調(diào)溫箱(提供加速應(yīng)力)3部分，其中控制柜由工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集控制電路、線圈驅(qū)動電路組成，是設(shè)計的主要內(nèi)容。硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集控制電路主要包括譯碼電路、數(shù)據(jù)采集電路及比較電壓給定電路。工控機(jī)通過地址總線將地址傳給譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼電路選定該地址所對應(yīng)的芯片，以便對其進(jìn)行讀寫操縱。數(shù)據(jù)采集電路的工作原理是測試樣品觸頭電壓與比較電壓，通過電壓比較器進(jìn)行比較，將得到的觸頭狀態(tài)經(jīng)光電耦合器傳送給觸頭狀態(tài)寄存器。當(dāng)執(zhí)行“讀”檢測數(shù)據(jù)的操縱時，寄存器中的數(shù)據(jù)通過緩沖器傳到數(shù)據(jù)總線上;同時用數(shù)據(jù)采集卡采集觸頭上實際電壓值，送至工控機(jī)進(jìn)行存儲顯示。比較電壓給定電路的工作原理是通過譯碼電路選定鎖存器，進(jìn)行“寫”操縱，并將其輸出的數(shù)字信號經(jīng)光電耦合器送給D/A轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生試驗所需的比較電壓。

線圈驅(qū)動電路通過控制工控機(jī)的輸出來控制電磁繼電器線圈的通斷電操縱，使其能閉合或斷開，以模擬正常的工作狀態(tài)。該部分電路由直流電源、固態(tài)繼電器及電磁繼電器線圈組成，其中直流電源提供加在線圈上的電信號，固態(tài)繼電器控制加在電磁繼電器線圈上的直流電源的通斷。當(dāng)某一測試樣品失效后，需要立即停止對該測試樣品的操縱，這時只要不給固態(tài)繼電器控制信號即可實現(xiàn)。假如在以后的試驗過程中一直不給固態(tài)繼電器電信號，那么該試驗樣品將不會再動作，從而實現(xiàn)了對失效試驗樣品的屏蔽。

四、應(yīng)用軟件模塊設(shè)計

隨著計算機(jī)多媒體技術(shù)及圖形、圖像技術(shù)的蓬勃發(fā)展，可視化編程得到了廣泛的重視，越來越多的計算機(jī)專業(yè)職員和非專業(yè)職員都開始研究并應(yīng)用可視化技術(shù)。要支持可視化編程，通常需要相應(yīng)的可視化開發(fā)環(huán)境，Visual C++就是Mi-crosoft公司推出的支持可視化編程的集成開發(fā)環(huán)境。它是在多年使用、精益求精的基礎(chǔ)上推出的用于支持Win 95以上平臺應(yīng)用程序(Applica-tion)、服務(wù)(Service)、控件(Control)的開發(fā)環(huán)境，能夠提供功能強(qiáng)大的向?qū)Чぞ?MFC App Wi-zard、Class Wizard)，支持多線程應(yīng)用程序開發(fā)，能夠直接嵌套匯編語言控制硬件，并能方便地對地質(zhì)及端口進(jìn)行操縱，且執(zhí)行速度快。本試驗系統(tǒng)利用Visual C++6.0中的MFC類庫對用戶界面進(jìn)行開發(fā)。
本系統(tǒng)應(yīng)用軟件由6個功能模塊組成：參數(shù)設(shè)置及初始化模塊、信息顯示模塊、線圈通斷電控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、失效判定及處理模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

參數(shù)設(shè)置是在試驗開始前，記錄試驗樣品的型號等參數(shù)及測試職員信息、測試時間，為顯示失效狀況及打印相關(guān)內(nèi)容做的預(yù)備。系統(tǒng)初始化主要是對線圈、觸頭進(jìn)行對號，判定是否有測試樣品，由此確定是否驅(qū)動該路線圈;對號碼進(jìn)行記錄，以便正確判定測試樣品是否失效，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;同時根據(jù)參數(shù)設(shè)置模塊中提供的數(shù)據(jù)確定比較電壓的數(shù)值。

信息顯示模塊將與試驗相關(guān)的信息顯示出來，實現(xiàn)實時檢測，它包括觸點(diǎn)狀態(tài)顯示、失效狀態(tài)顯示、測試樣品信息顯示、測試人信息及測試日期顯示。

線圈通斷電控制模塊有兩個功能：一是根據(jù)系統(tǒng)初始化時得到的測試樣品安裝情況實現(xiàn)對側(cè)試樣品線圈通斷電的控制，即給有測試樣品的回路通電，沒有測試樣品的不通電，即完玉成部測試樣品線圈的通斷電操縱控制;二是控制單個測試樣品線圈的通斷電操縱，主要對失效次數(shù)已達(dá)到規(guī)定的測試樣品進(jìn)行屏蔽。

數(shù)據(jù)采集模塊是系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)系統(tǒng)的試驗功能，即在試驗過程中，采集觸頭的接觸壓降、觸頭斷開電壓、觸頭閉合時間、觸頭斷開時間等參數(shù)，為信息顯示模塊、失效及處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊提供必要的試驗數(shù)據(jù)。失效判定及處理模塊的功能是檢測觸頭狀態(tài)寄存器中的觸頭信息，并判定是否為失效信息。即根據(jù)目前測試樣品線圈的通斷電狀態(tài)及數(shù)據(jù)線上觸頭間電壓與比較信號電壓比較后的輸出電平的高低，判定本次試驗操縱是否正常;同時對發(fā)生的失效作出類型判定，記錄失效的類型、失效時的時間(也可是電磁繼電器動作的次數(shù))、發(fā)生失效的測試樣品編號、觸頭編號、該測試樣品的失效次數(shù)。

數(shù)據(jù)處理模塊包括分析處理數(shù)據(jù)(采用一元線性回回分析、指數(shù)回回分析、加權(quán)指數(shù)回回分析、最小二乘法、灰色理論分析中的一種或幾種對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，推算出在正常應(yīng)力條件下電磁繼電器的壽命值)、存儲試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)、打印測試樣品參數(shù)、試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)、丈量職員信息和丈量日期等。

五、結(jié)束語

本文根據(jù)加速壽命試驗的原理及影響電磁繼電器壽命的環(huán)境因素，以溫度為加速試驗的加速應(yīng)力，采用恒定應(yīng)力加速試驗方法，設(shè)計了電磁繼電器加速壽命試驗系統(tǒng)硬件電路，并用VC++ 6.0開發(fā)出了相關(guān)的應(yīng)用軟件，從而為正確猜測電磁繼電器壽命提供了快速、有效的試驗系統(tǒng)。