繼電器線圈溫升試驗淺析

鄭美榮

摘 要：介紹了在恒溫箱內(nèi)繼電器線圈溫升的試驗過程和注意事項，并對繼電器線圈溫升試驗的不確定度進行了分析。

關(guān)鍵詞：繼電器；線圈溫升；不確定度；電阻法

中圖分類號：TM58 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.142

溫度試驗是電氣安全測試中的一項基本試驗，且溫升試驗是應(yīng)用最廣、最容易出現(xiàn)測試誤差的試驗，試驗過程中的測量方法及設(shè)備精度等都會對產(chǎn)品的合格性評定產(chǎn)生決定性影響。目前來說，對繼電器線圈溫升的測試一般采用電阻法，通過測量繞組線圈發(fā)熱時的電阻值變化來計算，得到平均溫升。本文以JWJXC-H125/0.44型繼電器線圈溫升試驗為例，介紹了采用電阻法測量繞組線圈溫升的試驗過程、注意事項及從人、機、料、法、環(huán)等方面所產(chǎn)生的不確定度的分析。

1電阻法測量線圈溫升的原理

線圈溫升是在規(guī)定的測試條件下，線圈的穩(wěn)定溫度與環(huán)境溫度之差，一般用電阻法測量，得到的是平均溫升。眾所周知，銅、鋁等金屬，其電阻是隨著溫度的變化而變化的。本試驗主要是根據(jù)GB/T 6902—2010《鐵路信號繼電器試驗方法》進行的，其計算公式如下：

（1）

式（1）中：τpj為線圈的平均溫升，K；θ2為線圈在發(fā)熱情況下的溫度，℃；θ02為線圈熱態(tài)電阻時的環(huán)境溫度，℃；R2為溫度為θ2時被測線圈的電阻值，Ω；R1為溫度為θ01時被測線圈的電阻值，Ω；α為在0 ℃時被測線圈導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)（銅為0.004 1/℃）；θ01為被測線圈冷態(tài)電阻時的環(huán)境溫度，℃。

從以上可以看出，溫升的測試結(jié)果主要取決于線圈冷態(tài)電阻、熱態(tài)電阻、試驗前后的環(huán)境溫度4個參數(shù)，在確定這4個參數(shù)的過程中，將涉及測量儀器的準確度、測量方法、外接引線的影響、實際達到線圈溫度狀態(tài)的判定等方面的因素。

2 電阻法測量線圈溫升的試驗過程

2.1 試驗前準備

將繼電器放在測量室內(nèi)不少于8 h，在試驗測量前1小時內(nèi)，室溫的變化不應(yīng)大于3 ℃。

2.2 試驗設(shè)備

供電電源：變頻電源和穩(wěn)壓電源，電源的穩(wěn)定性越好，試驗準確性越高；

萬用表：監(jiān)測試驗過程中電壓或電流的波動情況；

低電阻測試儀：采用四端法測量，測量精度高；

恒溫箱：用以實現(xiàn)試驗的環(huán)境溫度。

2.3 試驗過程

的連接示意圖的連接示意圖

將JWJXC-H125/0.44型繼電器線圈的引出端與連接導(dǎo)線接好并放置在恒溫箱內(nèi)，如圖1所示，注意繼電器與恒溫箱壁要

保持一定的距離，以減少恒溫箱壁的輻射熱和溫度的不均勻性對測試結(jié)果的影響。

將JWJXC-H125/0.44型繼電器線圈的引出端用導(dǎo)線連接好并從恒溫箱內(nèi)引出，如圖2所示，在箱外用低電阻測試儀測試該線圈阻值并同時記錄下試驗開始時的環(huán)境溫度。

將繼電器線圈的引出端導(dǎo)線連接到相應(yīng)的供電端，通以產(chǎn)品標準規(guī)定的電壓值或電流值，使繼電器處于吸起狀態(tài)，并在恒溫箱內(nèi)設(shè)置產(chǎn)品標準規(guī)定的環(huán)境溫度，注意整個試驗期間監(jiān)視電壓值或電流值，確保其值不會發(fā)生大的變化。

保溫2 h后斷電，用測試冷態(tài)電阻同樣的方法測試保溫2 h后的阻值并記錄，以后每隔1 h測試一次，即當(dāng)每隔1 h溫度變化不超過1 ℃時，則認為已達到穩(wěn)定溫度。對于短時工作的線圈（0.44 Ω），在溫升試驗測試熱態(tài)電阻時，將繼電器置于所要求的恒溫箱內(nèi)，保溫2 h后，在線圈上通以額定電流20 min時測量。整個溫升試驗過程事實上有時長達5～6 h。

繼電器前圈電阻試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

3 試驗結(jié)果的不確定度評定

首先分析方差和傳播系數(shù)。在上述溫升的計算公式中，我們認為R1，R2，θ01，θ02的測量是獨立不相關(guān)的，根據(jù)公式：

3.1 試驗開始時線圈冷態(tài)電阻的測量不確定度分量

由于線圈電阻的測試在試驗前后都是附加連接導(dǎo)線測量的，忽略因熱傳導(dǎo)作用等對電阻的影響，只考慮由低電阻測試儀引入的測量誤差，根據(jù)其使用說明書上給出的測量誤差為±0.2%讀數(shù)值±2個字，測量繼電器前圈電阻為124.16 Ω，e=±（0.2%×124.16+0.02），在區(qū)間內(nèi)可以認為服從均勻分布，包含因子k= ，則uR1=（0.2%×124.16+0.02）/ =0.155 K。靈敏系數(shù)CR1=-R2（1/α+θ01）/R12=-2.65 ℃/Ω。

3.2 試驗開始時線圈冷態(tài)溫度的不確定度分量

線圈實際冷態(tài)溫度是用冷態(tài)線圈所處的室溫來代表的，但由于實際室溫并不恰好等于線圈實際冷態(tài)溫度，室溫本身測量也存在較大誤差，依據(jù)實驗室溫濕度表的校準證書，擴展不確定度U=0.3 ℃，K=2，得u1=0.3/2=0.15 K。

除了繼電器處于的室溫環(huán)境溫度有誤差外，一般計算時假設(shè)線圈的初始溫度與環(huán)境溫度是相等的，但在實際情況下不能達到理想假設(shè)的情況，最大偏差估計為±0.3 ℃（經(jīng)驗估計值），接近正太分布，置信概率為99%，因此包含因子K=2.58，得u2=0.3/2.58=0.116 K，uθ01==0.090 K。

綜合u1和u2，得靈敏系數(shù)Cθ01=R2/R1=1.24.

3.3 試驗結(jié)束時熱態(tài)線圈電阻的測量不確定度分量

根據(jù)低電阻測試儀使用說明書上給出的測量誤差為±0.2%讀數(shù)值±2個字，繼電器前圈熱態(tài)電阻為153.78 Ω，e=±（0.2%×153.786+0.02），在區(qū)間內(nèi)可以認為服從均勻分布，包含因子k= ，則uR2=（0.2%×153.78+0.02）/ =0.189 K。靈敏系數(shù)CR2=（1/α+θ01）/R1=2.14 ℃/Ω。

3.4 試驗結(jié)束時環(huán)境溫度的測量不確定度分量

由于產(chǎn)品要求的試驗環(huán)境溫度超過常溫，所以在恒溫箱內(nèi)進行，這樣就要考慮恒溫箱所引起的誤差，依據(jù)實驗室恒溫箱的校準證書，其擴展不確定度為：U=0.1 ℃，K=2，得uθ02=0.1/2=0.05 K，靈敏系數(shù)Cθ02=-1.

3.5 合成標準不確定度uC的估算

由于各個不確定度互相獨立，所以：

=0.366 K，

得uC=0.61 K。

3.6 擴展標準不確定度U的評定

擴展確定度U為合成標準不確定度uC與所選擇的包含因子K之積，取K=2，置信概率95%，則U=2uC=1.22 K。

通過對JWJXC-H125/0.44型繼電器前圈線圈電阻溫升試驗的不確定度進行分析，得到其不確定度，當(dāng)試驗數(shù)值在臨界值附近時應(yīng)考慮不確定度，再根據(jù)有關(guān)機構(gòu)規(guī)則判定，以提高結(jié)果的準確性。同時對試驗過程中各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，包括試驗環(huán)境、導(dǎo)線連接、儀器儀表的選擇等。另外，提高試驗人員的熟練程度和認真態(tài)度對降低不確定度也是有益的。

4 結(jié)束語

以上內(nèi)容是結(jié)合標準規(guī)定和實際工作經(jīng)驗所得，針對溫升測試的影響參數(shù)，從降低測量誤差、提高測量準確度的角度，提出了測量中應(yīng)注意的事項。同時也對試驗過程中的測量不確定度進行了一定的分析。如有不當(dāng)之處，請批評指正，也希望同行繼續(xù)探討和交流。

參考文獻

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[3]江蘇省計量科學(xué)研究院，中國計量科學(xué)研究院，北京理工大學(xué)，等.JJF 1059.1—2012 測量不確定度評定與表示[S].北京：中國標準出版社，2012.

〔編輯：劉曉芳〕