高低電壓雙控測量法在某型電點火具絕緣電阻監(jiān)控中的應(yīng)用

劉 發(fā)，陳紅俊，邵逸群，呂 江，朱建國

（1.空軍駐西北地區(qū)軍事代表室，陜西 西安，710025；2.北方特種能源集團有限公司西安慶華公司，陜西 西安,710025；3.山西北方惠豐機電有限公司，山西 長治，046012）

某型導彈發(fā)動機用電點火具在生產(chǎn)過程中，先后多次進行絕緣電阻測量監(jiān)控，絕緣電阻均為數(shù)百兆歐，其指標要求為不小于數(shù)兆歐。電點火具出廠后，在發(fā)動機裝配過程中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多發(fā)電點火具的絕緣電阻小于十幾兆歐，個別電點火具絕緣電阻出現(xiàn)超差現(xiàn)象。在電火工品生產(chǎn)過程中，個別產(chǎn)品絕緣電阻小是常見現(xiàn)象，除通過提高設(shè)計裕度，即使用絕緣強度高的材料或提高其厚度外，還可采用工序絕緣電阻檢測的方法，剔除不合格產(chǎn)品。這種經(jīng)過多次檢測，絕緣電阻遠遠大于指標要求，而出廠后大幅度下降的現(xiàn)象非常少見，采用何種方法對絕緣電阻進行有效的監(jiān)控成為該電點火具生產(chǎn)必須解決的問題。

1 影響因素分析

電點火具出廠前后，在4個方面發(fā)生了變化：（1）測量環(huán)境條件發(fā)生了變化；（2）電點火具經(jīng)過長途運輸顛簸；（3）電點火具從出廠到總體裝配中發(fā)現(xiàn)絕緣電阻變小時，間隔為半年；（4）電點火具生產(chǎn)過程中絕緣電阻檢測采用的是H2683型絕緣電阻測試儀，測量電壓為 500V，而發(fā)動機使用裝配過程中絕緣電阻檢測采用的DH-1點火電路測試儀，測量電壓為9V[1]。

1.1 環(huán)境條件影響

絕緣電阻測量時，環(huán)境溫度和濕度對測量值有一定的影響[2]，在濕熱條件下，會造成局部短路。電點火具在發(fā)動機裝配過程中，絕緣電阻測量均在工房條件下，即溫度為 16～32℃、相對濕度不大于 60%的條件下測量的，與生產(chǎn)過程中絕緣電阻的測量環(huán)境條件無差異，故環(huán)境條件不是絕緣電阻變小的原因。

1.2 運輸顛簸影響

電點火具出廠后，經(jīng)過長途公路運輸顛簸，某電極插針與殼體之間的絕緣層若產(chǎn)生破裂，則電點火具的絕緣電阻也會降低。對電點火具結(jié)構(gòu)進行分析，認為橋路與殼體的絕緣材料有5種，分別是固化膠、玻璃層壓板、聚四氟乙烯、玻璃和陶瓷，最薄處也有0.55mm，即使破裂，此處空間充滿空氣，能承受 1 881V（3 420 V/mm×0.55mm=1 881V，空氣的耐壓強度為3 420V/mm，）的直流電壓[3]。發(fā)動機裝配電點火具過程中采用9V的低電壓DH-1點火電路測試儀，不可能擊穿空隙造成電阻變小。因此，運輸顛簸不是電點火具絕緣電阻變小的原因。

1.3 貯存影響

電點火具出廠至發(fā)動機使用裝配中絕緣電阻變小相隔半年時間，分析這一期間產(chǎn)品內(nèi)部是否會發(fā)生導致絕緣電阻降低的變化。大量試驗證明，固化膠、玻璃層壓板、聚四氟乙烯、玻璃、陶瓷與金屬殼體之間的相容性良好，電點火具為全密封產(chǎn)品，空氣中的水分對產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響。

1.4 測量方法影響

電點火具在生產(chǎn)過程中，采用500V直流電壓測試方法進行絕緣電阻監(jiān)控，總體單位在發(fā)動機裝配電點火具的過程中，采用9V直流電壓測試方法進行絕緣電阻監(jiān)控。GJB 5309.6 絕緣電阻測定中規(guī)定“一般情況下選用500V直流電壓，有特殊要求的產(chǎn)品，可選用其它測量電壓”。根據(jù)電介質(zhì)極化原理及以往絕緣電阻測量的經(jīng)驗，相對于500V直流電壓，9V直流電壓下測得的絕緣電阻值應(yīng)偏大。故障產(chǎn)品返廠后，同時采用H2683型絕緣電阻儀500V檔和DH-1點火電路測試儀（測量電壓為 9V）多次進行絕緣電阻測量，然而每次500V下測得的絕緣電阻均比9V下測得的絕緣電阻大得多。

2 解剖分析

2.1 電點火具電絕緣結(jié)構(gòu)

橋路與殼體間的絕緣材料有 5種，分別是固化膠、玻璃層壓板、聚四氟乙烯、玻璃和陶瓷，絕緣結(jié)構(gòu)見圖1。橋片與極針上端面采用儲能焊接，極針下端與導線錫焊；靜電泄放片用印刷線路板制成，基體材料為玻璃層壓板；固化膠涂在泄放片和殼體下端面。

圖1 絕緣結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of insulation structure

2.2 解剖分析結(jié)果

解剖后在放大鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)泄放片與殼體間有游離的焊錫渣，導線與插針焊錫時，焊錫渣濺到泄放片與殼體之間的縫隙里，因縫隙小，固化膠進不去，焊錫渣有可能處于自由狀態(tài)，見圖2。

圖2 游離的焊錫渣痕跡Fig.2 The trace of solder residue

3 機理分析

電點火具的絕緣電阻由陶瓷件上表面電阻R1、陶瓷件體積電阻R2、陶瓷件下表面電阻R3、玻璃體上表面電阻R4、玻璃體體積電阻R5、玻璃體下表面電阻R6、聚四氟乙烯片上表面電阻R7、聚四氟乙烯片體積電阻R8、聚四氟乙烯片下表面電阻R9、靜電泄放片上表面電阻R10、靜電泄放片體積電阻R11、靜電泄放片下表面電阻R12、固化膠體積電阻R13、固化膠表面電阻R14并聯(lián)構(gòu)成，見圖3，G為絕緣電阻測量儀。

圖3 電點火具絕緣電阻構(gòu)成圖Fig.3 The composition diagram of insulation resistance of electric ignitor

除了靜電泄放片上表面電阻R10和靜電泄放片下表面電阻R12在錫焊導線時會被焊劑和焊錫渣污染，其余R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R11、R13在生產(chǎn)過程中為穩(wěn)定值。錫焊導線后，如果絕緣電阻小于內(nèi)控值 200M?，可用棉簽蘸少量無水乙醇擦拭靜電泄放片下表面；如果還小于 200M?，則有可能靜電泄放片上表面也受到污染，因無法清擦，只能更換靜電泄放片，重新焊接導線，保證絕緣電阻滿足工藝要求。故障機理分析圖見圖4。

圖4 故障機理分析Fig.4 Diagram of fault mechanism analysis

靜電泄放片上表面如果存在一定數(shù)量游離的焊錫渣，且一定數(shù)量的焊錫渣游離到泄放金屬膜與殼體之間最狹窄的位置，那么絕緣電阻很可能變小，出現(xiàn)超差現(xiàn)象，見圖4（a）。如果絕緣電阻測量電壓較高，即施加在泄放金屬膜與殼體之間的電壓較高，處于其間的焊錫渣會感應(yīng)極化，在電場的作用下移向殼體或泄放金屬膜，相對于低測量電壓，絕緣電阻反而變大了，見圖4（b）。

4 高低電壓雙控測量法

由于高電壓絕緣電阻測量法不能識別游離焊錫渣造成的絕緣電阻變小的現(xiàn)象，加之總體單位采用低電壓絕緣電阻測量法進行發(fā)動機裝配過程監(jiān)控，所以，在電點火具生產(chǎn)過程中擬采用低電壓測量法對絕緣電阻進行監(jiān)控。采用低電壓測量法監(jiān)控后，在電點火具成品檢驗時發(fā)現(xiàn)，個別產(chǎn)品絕緣電阻為零（裝配工藝規(guī)定，成品檢驗采用500V直流電壓下測量絕緣電阻），解剖后發(fā)現(xiàn)，焊錫沿著插針，穿過靜電泄放片和聚四氟乙烯片，堆積在玻璃體下端面上，盡管沒有接觸殼體，但與殼體非常接近，這種情況低電壓測量法不能識別。鑒于以上故障現(xiàn)象和分析結(jié)果，在電點火具生產(chǎn)過程中，對絕緣電阻監(jiān)控采用高低壓雙控測量法，即電點火具錫焊導線后，先用低電壓測量法對電點火具絕緣電阻進行監(jiān)控，確保電點火具沒有因焊錫渣造成的絕緣電阻不合格現(xiàn)象，再用高電壓測量法，剔除焊錫堆積在玻璃體上表面的問題產(chǎn)品。采用高低壓雙控測量法進行絕緣電阻監(jiān)控，兩年多共生產(chǎn)電點火具5個批次，未發(fā)現(xiàn)絕緣電阻超差問題。

5 結(jié)語

涉及電火工品橋路的裝配，應(yīng)盡量采用無錫焊接，若只能采用錫焊方式進行裝配時，對產(chǎn)品上殘留的焊劑和焊錫應(yīng)清洗干凈，無法清洗干凈時，應(yīng)采用高低電壓雙控測量法進行絕緣電阻監(jiān)控。

[1]薛尚禮,方士鈞.低壓直流電器試驗基礎(chǔ)[M].北京:國防工業(yè)出版社,1983.

[2]日本電力學會編.絕緣試驗方法手冊[M].陳琴生,譯.北京:電力工業(yè)出版社,1981.

[3]陳志芳,黃偉.電工絕緣材料手冊[M].北京:水利電子出版社,1994.