中心議題：
- 繼電器加速壽命試驗(yàn)分析
- 電磁繼電器的硬件設(shè)計(jì)
- 電磁繼電器的應(yīng)用軟件模塊設(shè)計(jì)
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(guó)防軍事、空間技術(shù)及日常生活等領(lǐng)域，是遠(yuǎn)控、遠(yuǎn)測(cè)、通訊、檢測(cè)、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(duì)繼電器的性能、壽命、可靠性等方面的要求越來(lái)越高。
在整個(gè)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(gè)任務(wù)階段對(duì)應(yīng)不同的環(huán)境剖面與時(shí)間，要求產(chǎn)品在任何工作階段均能完成規(guī)定的功能。對(duì)長(zhǎng)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(shí)間。對(duì)一次性使用的產(chǎn)品，由于貯存時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用時(shí)間，其工作可靠度與貯存時(shí)間有關(guān)。因此，如何使用更科學(xué)的技術(shù)手段，對(duì)產(chǎn)品的工作可靠性和貯存可靠性進(jìn)行較客觀的猜測(cè)與評(píng)估，是產(chǎn)品應(yīng)用與發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
國(guó)內(nèi)部分生產(chǎn)單位開(kāi)始用微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電磁繼電器的壽命及其他參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，但它是在正常工作條件下，采用一般壽命試驗(yàn)方法估計(jì)產(chǎn)品的各種可靠性特征。對(duì)壽命特別長(zhǎng)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這種方法并分歧適。由于它需要花費(fèi)很長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間，甚至來(lái)不及作完壽命試驗(yàn)，新的產(chǎn)品又設(shè)計(jì)出來(lái)，老產(chǎn)品就要被淘汰。針對(duì)以上間題，經(jīng)過(guò)不斷研究，在壽命試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文提出了加大應(yīng)力、縮短時(shí)間的加速壽命試驗(yàn)方法。
二、加速壽命試驗(yàn)分析
加速壽命試驗(yàn)就是用人工方法加大試驗(yàn)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(yàn)時(shí)間，以便在較短的時(shí)間內(nèi)猜測(cè)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(yàn)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(yàn)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(yàn)時(shí)間。
加速壽命試驗(yàn)通常分以下3種：
(一)恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)
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(gè)試驗(yàn)中保持不變，為了達(dá)到加速失效縮短試驗(yàn)時(shí)間的目的，要求各組壽命試驗(yàn)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(shí)際的環(huán)境因素，適當(dāng)進(jìn)步應(yīng)力等級(jí)，在短期內(nèi)得出與現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期貯存試驗(yàn)相似的結(jié)果。
(二)步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)
這是一種隨時(shí)間、分階段逐步在受試樣品上增加應(yīng)力，直到樣品開(kāi)始出現(xiàn)大量失效為止的試驗(yàn)方法。
(三)序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)
這是一種隨時(shí)間等速增加應(yīng)力到受試產(chǎn)品樣品上，直到樣品開(kāi)始出現(xiàn)大量失效為止的試驗(yàn)方案。采用該方案時(shí)，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(shí)間等速上升，因此這種試驗(yàn)需要有專門的設(shè)備。
在上述3種加速壽命試驗(yàn)中，恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)更為成熟，數(shù)據(jù)易處理，外推精度高。盡管這種試驗(yàn)所需時(shí)間不是最短，但與一般的壽命試驗(yàn)相比還是縮短了不少時(shí)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(guò)程中，產(chǎn)品的各項(xiàng)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(shí)間越長(zhǎng)，老化越嚴(yán)重，甚至失效報(bào)廢，其中溫度對(duì)電磁繼電器壽命的影響尤為明顯，因而本試驗(yàn)裝置采用溫度為恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)的加速應(yīng)力，即將測(cè)試樣品放進(jìn)一定溫度，丈量在此環(huán)境下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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三、硬件設(shè)計(jì)
電磁繼電器壽命加速試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)控制柜、負(fù)載、自動(dòng)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(dòng)電路組成，是設(shè)計(jì)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(guò)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(duì)應(yīng)的芯片，以便對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操縱。數(shù)據(jù)采集電路的工作原理是測(cè)試樣品觸頭電壓與比較電壓，通過(guò)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(cè)數(shù)據(jù)的操縱時(shí)，寄存器中的數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖器傳到數(shù)據(jù)總線上;同時(shí)用數(shù)據(jù)采集卡采集觸頭上實(shí)際電壓值，送至工控機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)顯示。比較電壓給定電路的工作原理是通過(guò)譯碼電路選定鎖存器，進(jìn)行“寫(xiě)”操縱，并將其輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)光電耦合器送給D/A轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生試驗(yàn)所需的比較電壓。
線圈驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制工控機(jī)的輸出來(lái)控制電磁繼電器線圈的通斷電操縱，使其能閉合或斷開(kāi)，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(hào)，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(cè)試樣品失效后，需要立即停止對(duì)該測(cè)試樣品的操縱，這時(shí)只要不給固態(tài)繼電器控制信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)。假如在以后的試驗(yàn)過(guò)程中一直不給固態(tài)繼電器電信號(hào)，那么該試驗(yàn)樣品將不會(huì)再動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)失效試驗(yàn)樣品的屏蔽。
四、應(yīng)用軟件模塊設(shè)計(jì)
隨著計(jì)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(lái)越多的計(jì)算機(jī)專業(yè)職員和非專業(yè)職員都開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(tái)應(yīng)用程序(Applica-tion)、服務(wù)(Service)、控件(Control)的開(kāi)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(kāi)發(fā)，能夠直接嵌套匯編語(yǔ)言控制硬件，并能方便地對(duì)地質(zhì)及端口進(jìn)行操縱，且執(zhí)行速度快。本試驗(yàn)系統(tǒng)利用Visual C++6.0中的MFC類庫(kù)對(duì)用戶界面進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
本系統(tǒng)應(yīng)用軟件由6個(gè)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(yàn)開(kāi)始前，記錄試驗(yàn)樣品的型號(hào)等參數(shù)及測(cè)試職員信息、測(cè)試時(shí)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(duì)線圈、觸頭進(jìn)行對(duì)號(hào)，判定是否有測(cè)試樣品，由此確定是否驅(qū)動(dòng)該路線圈;對(duì)號(hào)碼進(jìn)行記錄，以便正確判定測(cè)試樣品是否失效，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;同時(shí)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(yàn)相關(guān)的信息顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，它包括觸點(diǎn)狀態(tài)顯示、失效狀態(tài)顯示、測(cè)試樣品信息顯示、測(cè)試人信息及測(cè)試日期顯示。
線圈通斷電控制模塊有兩個(gè)功能：一是根據(jù)系統(tǒng)初始化時(shí)得到的測(cè)試樣品安裝情況實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)試樣品線圈通斷電的控制，即給有測(cè)試樣品的回路通電，沒(méi)有測(cè)試樣品的不通電，即完玉成部測(cè)試樣品線圈的通斷電操縱控制;二是控制單個(gè)測(cè)試樣品線圈的通斷電操縱，主要對(duì)失效次數(shù)已達(dá)到規(guī)定的測(cè)試樣品進(jìn)行屏蔽。
數(shù)據(jù)采集模塊是系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)功能，即在試驗(yàn)過(guò)程中，采集觸頭的接觸壓降、觸頭斷開(kāi)電壓、觸頭閉合時(shí)間、觸頭斷開(kāi)時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)。失效判定及處理模塊的功能是檢測(cè)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(cè)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(hào)電壓比較后的輸出電平的高低，判定本次試驗(yàn)操縱是否正常;同時(shí)對(duì)發(fā)生的失效作出類型判定，記錄失效的類型、失效時(shí)的時(shí)間(也可是電磁繼電器動(dòng)作的次數(shù))、發(fā)生失效的測(cè)試樣品編號(hào)、觸頭編號(hào)、該測(cè)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(duì)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(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)、打印測(cè)試樣品參數(shù)、試驗(yàn)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(yǔ)
本文根據(jù)加速壽命試驗(yàn)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(yàn)的加速應(yīng)力，采用恒定應(yīng)力加速試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了電磁繼電器加速壽命試驗(yàn)系統(tǒng)硬件電路，并用VC++ 6.0開(kāi)發(fā)出了相關(guān)的應(yīng)用軟件，從而為正確猜測(cè)電磁繼電器壽命提供了快速、有效的試驗(yàn)系統(tǒng)。
