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、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)。
