軍用電磁繼電器通用技術(shù)要求分析

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550000)

1 引言

電磁繼電器是一種利用線圈(輸入)內(nèi)通電流在電磁鐵鐵芯與銜鐵之間產(chǎn)生吸力從而帶動觸點(輸出)動作的電子控制元器件，具有在電路中進行信號傳遞、執(zhí)行控制、自動調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換電路等功能，廣泛應(yīng)用于航天、航空、運載火箭等領(lǐng)域。復(fù)雜的工作環(huán)境，要求電磁繼電器必須具有比普通產(chǎn)品更高的技術(shù)指標及環(huán)境適應(yīng)性，縱觀國內(nèi)軍用電磁繼電器的研制生產(chǎn)情況，我國通過借鑒國外先進技術(shù)標準，積累研制生產(chǎn)經(jīng)驗，先后頒布實施了GJB 65B-1999《有可靠性指標的電磁繼電器總規(guī)范》、GJB 1042A-2002 《電磁繼電器通用規(guī)范》、GJB 1461A-2017《大功率電磁繼電器通用規(guī)范》、GJB 2888A-2011《有失效率等級的功率型電磁繼電器通用規(guī)范》、GJB 7401-2011《有失效率等級的射頻電磁繼電器通用規(guī)范》等五項電磁繼電器的國家軍用標準。我公司較多采用GJB 65B-1999及GJB 2888A-2011來指導(dǎo)軍用電磁繼電器的研制生產(chǎn)，接觸器則采用GJB 1461A-2017。上述通用規(guī)范所采用的試驗方法均為GJB 360，電磁繼電器的工作溫度為-65℃～+125℃。

2 適用范圍

GJB 65B-1999適用于觸點負載從低電平到額定值5A的交流或直流負載的氣密式密封電磁繼電器；GJB 1042A-2002適用于觸點額定電流為10A的繼電器；GJB 1461A-2017適用于觸點額定值不小于10A的繼電器，其輔助觸點額定值可以小于10A，可直接用于飛機、導(dǎo)彈、宇宙飛船、艦艇及其他運載工具或地面支持設(shè)備；GJB 2888A-2011適用于觸點額定值(以下均稱阻性負載)從低電平到25A的交流或直流負載的繼電器，其他額定負載(電動機、感性、燈)小于25A；GJB 7401-2011適用于觸點額定值為直流1A、輸出特性阻抗為50Ω的氣密封射頻電磁繼電器。

軍用電磁繼電器的生產(chǎn)應(yīng)擁有一套獨立、完整的控制體系，以保證按通用規(guī)范提交的電磁繼電器為合格產(chǎn)品，包括按GJB 546規(guī)定建立并保持質(zhì)量保證大綱，按GJB 3014規(guī)定建立并保持統(tǒng)計過程控制體系(SPC)，按GJB 1649規(guī)定建立并保持靜電放電ESD控制大綱計劃等要求。

3 通用技術(shù)要求

3.1 材料、鍍覆要求

總規(guī)范規(guī)定了電磁繼電器的選材及表面處理要求，如所選用的材料應(yīng)能提供最長的儲存壽命，應(yīng)能防霉、自熄，不應(yīng)助燃，不應(yīng)散發(fā)有毒有害氣體；內(nèi)部使用的材料不應(yīng)散發(fā)出使密封外殼爆炸的氣體，不得污染觸點和其他零件以及對繼電器壽命和可靠性產(chǎn)生有害影響；除外部墊圈外，禁止使用硅酮或硅酮化合物；除觸點外，禁止使用鎂或鎂合金；金屬零件要求耐腐蝕，禁止使用汞或汞化合物；鍍層禁止采用純鋅、純鎘、純錫鍍層(可以采用錫鉛合金，但鉛的含量不應(yīng)小于3%)。不同金屬之間互相直接接觸使用時，應(yīng)具有防止電解腐蝕的措施。所使用的非金屬零件(如塑料、陶瓷、電磁線等)應(yīng)符合相關(guān)標準的規(guī)定。簡而概之，材料應(yīng)盡可能使用可循環(huán)利用、回收或環(huán)保優(yōu)質(zhì)材料，禁止使用對環(huán)境有害的材料，通用規(guī)范中列出了17種對環(huán)境有害的材料，規(guī)定只有在其他材料不能滿足性能要求時方可使用。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

結(jié)構(gòu)設(shè)計時，繼電器的接口、尺寸及重量應(yīng)符合規(guī)定，包括外殼、觸點、線圈、電路圖、安裝方式、引出端等設(shè)計，應(yīng)能保證繼電器在任何安裝位置均能正常工作。如外殼的設(shè)計應(yīng)配有接地裝置；觸點的設(shè)計應(yīng)能在規(guī)定的各種環(huán)境條件下連續(xù)承受最大額定電流，并在規(guī)定的電流下閉合和斷開；線圈的設(shè)計應(yīng)能保證在最大額定電壓和最高溫度下連續(xù)工作，與線圈架、觸點及任何接地部分之間應(yīng)具有足夠的電氣絕緣。針對某些特殊繼電器的設(shè)計還應(yīng)符合相關(guān)標準的規(guī)定，如氣密封繼電器應(yīng)經(jīng)過干燥、排氣、再充入保護氣體，并按規(guī)定進行熔焊密封，繼電器罩殼封焊到底座以后，不允許為符合要求而拆罩的返工；雙線圈自保持繼電器應(yīng)設(shè)計成當同時激勵兩個線圈時，其觸點不應(yīng)處于中位狀態(tài)(動合觸點和動斷觸點均不閉合)，同時要求進行中位篩選。引出端形式依據(jù)GJB/Z 52-1994規(guī)定，主要有七種型式，分別是：1-焊針式、2-插針式、3-焊線式、4-焊鉤式、5-焊孔式、6-焊釘式、7-其他型式，GJB 1461A-2017還規(guī)定了螺栓引出端。

3.3 觸點額定值

觸點額定值根據(jù)確定繼電器轉(zhuǎn)換額定負載能力的負載壽命試驗而定，定義如下：

1)低電平：10μA，50mV到10mA，6V(GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011為10mV～50mV下10μA～50μA)；

2)中等電流：10mA，6V到100mA，28V；

3)高電平：100mA，28V以上。

3.4 降額使用

恰當?shù)慕殿~使用可以提高繼電器的使用壽命和可靠性，但降額是有一定限度，通常元器件都有一個最佳的降額范圍，超過最佳范圍的降額，元器件的可靠性改善會降低，甚至無法達到規(guī)定的使用要求。在進行繼電器的降額設(shè)計時，主要考慮連續(xù)觸點電流、線圈工作電壓、線圈吸合/釋放電壓、振動和溫度等參數(shù)影響，GJB/Z 35-1993《元器件降額準則》中推薦了三個降額等級，分別是I級降額、Ⅱ級降額、Ⅲ級降額，繼電器降額準則見GJB/Z 35-1993中表2的要求。我公司的電磁繼電器通常在觸點負載電流的50%至70%之間選取，推薦按70%降額使用。

3.5 技術(shù)參數(shù)

3.5.1 電性能

電性能是電磁繼電器的固有性能參數(shù)，包括線圈參數(shù)和觸點參數(shù)。線圈參數(shù)包括線圈電壓、線圈電阻及動作、保持及釋放電壓等；觸點參數(shù)包括觸點組數(shù)及各種負載(阻性、感性、電動機、燈、低電平、中等電流等或混合負載及相應(yīng)的壽命次數(shù))。電性能參數(shù)見表1，通用規(guī)范中要求這些參數(shù)必須100%進行檢驗。說明如下：

1)靜態(tài)接觸電阻的測試點為所有常閉觸點組之間；線圈以額定電壓激勵下所有常開觸點組之間。測試負載按如下規(guī)定：

①GJB 65B-1999、GJB 1042A-2002、GJB 7401-2011：最大6V，最大10mA阻性；高電平壽命、中等電流試驗后：應(yīng)與壽命及中等電流試驗的電壓和電流相同，或按最大直流28V，最大100mA。

②GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011：≤額定電壓，100mA。低電平按低電平電壓額定值，最大10 mA。壽命后：與壽命中的最大額定電壓和電流相同，或按最大直流28V，最大100mA。

2)對多組觸點的繼電器，每次測量動作、釋放時間時，從最快動作的動觸點初始閉合至最慢動作的動觸點最后閉合之間的時間差不超過1ms(GJB 1461A-2017規(guī)定為不超過2ms)。

3)觸點回跳的判定：當出現(xiàn)任何≥開路電壓的90%，且脈沖寬度≥10μs的現(xiàn)象時，即認為是觸點回跳。

4)觸點穩(wěn)定時間：GJB 65B-1999規(guī)定觸點回跳適用于L失效率等級，觸點穩(wěn)定時間適用于M、P、R失效率等級，但GJB 2888A-2011未規(guī)定。

5)對射頻電磁繼電器，還應(yīng)規(guī)定相應(yīng)的射頻特性要求，如分布電容、插入損耗、電壓駐波比、隔離度、射頻功率傳輸能力等，相關(guān)性能指標可參見GJB 7401-2011。

表1 電性能參數(shù)

3.5.2 絕緣電阻

絕緣電阻是在外加直流電壓下，由于絕緣不完善產(chǎn)生漏電流而形成的電阻，受溫度、濕度、氧化等因素的影響。要求初始值不小于10 000 MΩ(GJB 1461A-2017規(guī)定不小于100 MΩ，未規(guī)定壽命后)；高電平壽命后，不小于1 000 MΩ(GJB 2888A-2011規(guī)定不小于100 MΩ)。試驗在激勵和去激勵(自保持/復(fù)歸)狀態(tài)下進行。測試電壓一般選擇試驗條件B(500±10%VDC)，當繼電器線圈和觸點額定值都低于60V時，可選擇試驗條件A(100±10% VDC)。測量點如下：

1)外殼、底座或外殼整體與處于激勵和去激勵狀態(tài)下的所有觸點之間；

2)外殼、底座與線圈之間；

3)所有觸點與線圈之間；

4)處于激勵和去激勵狀態(tài)下的各斷開觸點之間；

5)處于激勵和去激勵狀態(tài)下的各觸點組之間；

6)自保持繼電器的各線圈之間。

注意：GJB 1461A-2017的絕緣電阻測試有相對濕度要求，即30%～50%。

3.5.3 介質(zhì)耐電壓

繼電器經(jīng)受溫度、濕度、氣壓或浪涌、瞬時過電壓等因素影響時，可能會發(fā)生擊穿或飛弧現(xiàn)象，介質(zhì)耐電壓考核的是繼電器在規(guī)定的時間內(nèi)耐受規(guī)定電壓而不發(fā)生擊穿的能力?？傄?guī)范要求漏電流不超過100μA(GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011規(guī)定不超過1mA)，高電平壽命試驗后，正常大氣壓或低氣壓下介質(zhì)耐電壓值至少為初始值的75%。試驗電壓正常大氣壓下為1000×(1±5%)V+兩倍額定電壓，或規(guī)定值×(1±5%)V；低氣壓(4.4kPa)下350V。

3.5.4 壽命

壽命所帶負載類型有阻性負載、感性負載、燈負載、電動機負載、低電平負載、混合負載等，中等電流不被看做是高電平或低電平觸點負載額定值。壽命參數(shù)1×105次(環(huán)境溫度：最低125℃)。說明如下：

1)中等電流、壽命試驗在環(huán)境溫度最低為125℃的條件下進行，試驗過程中至少40%的閉合時間內(nèi)監(jiān)測接觸電阻，至少40%的斷開時間內(nèi)監(jiān)測開路電壓，且應(yīng)滿足：

①中等電流：閉合觸點間的接觸電阻不大于3Ω，斷開觸點間的電壓降不小于所加負載電壓的95%(GJB 1461A-2017與GJB 2888A-2011為90%)。循環(huán)后，室溫下測量靜態(tài)接觸電阻不超過極限值。

②壽命試驗要求低電平試驗接觸電阻不大于100Ω；高電平試驗斷開觸點間的電壓降不小于95%(GJB 2888A-2011為90%)。循環(huán)后，靜態(tài)接觸電阻不大于初始接觸電阻的2倍。每只樣品的所有觸點轉(zhuǎn)換相同的負載。GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011要求在試驗過程中監(jiān)測引出端的溫升不超過75℃(僅鑒定檢驗做)。

2)機械壽命在室溫條件下進行，試驗后要求測量絕緣電阻、介質(zhì)耐電壓不超過極限值，動作和釋放時間不超過極限值的120%(GJB 1461A-2017未規(guī)定測試項目)。

3.5.5 其他特性要求

電磁繼電器應(yīng)具備某些特定條件下的可靠使用能力，如過負載、極限通斷、連續(xù)通斷等：

1)過負載、極限通斷、限時電流繼電特性要求在直流28V、交流115V(400Hz)、交流三相115V/200V(400Hz)的系統(tǒng)電壓下進行測試，負載條件均為阻性。

2)過負載試驗過程中要求監(jiān)測觸點間的電壓降，閉合觸點間的電壓降不大于所加負載電壓的5%(GJB 2888A-2011為10%)，斷開觸點間的電壓降不小于95%(GJB 2888A-2011為90%)。

3)GJB 1461A-2017規(guī)定過負載、極限通斷、限時電流繼電特性、連續(xù)通電試驗過程要求監(jiān)測引出端溫升不超過75℃(僅鑒定檢驗)，試驗后檢查外殼與地之間熔斷器的電氣連續(xù)性。

3.5.6 密封性

總規(guī)范規(guī)定電磁繼電器的密封泄漏率不大于1×10-3Pa.cm3/s。GJB 1042A-2002中規(guī)定干簧繼電器應(yīng)無泄漏現(xiàn)象；GJB 1461A-2017中規(guī)定環(huán)境密封的繼電器，其泄漏率由詳細規(guī)范規(guī)定。

密封性的檢測包含細檢漏和粗檢漏兩個方面。通用規(guī)范中規(guī)定了兩種常用的檢測方法，一種是針對封入示蹤氣體的繼電器，一種是針對未封入示蹤氣體的繼電器。無論是哪種狀態(tài)的繼電器，均可按GJB 548B-2005方法1014.2試驗條件B進行，不要求粗檢漏。也可采用如下試驗方法進行：

1)封入示蹤氣體的繼電器：按GJB 360B-2009方法112，試驗條件C，程序Ⅳ，繼電器充入一種氦示蹤氣體(90%～97%的干燥空氣，3%～10%的氦氣)。試驗后檢測：不適用。

2)未封入示蹤氣體的繼電器：按GJB 548B-2005方法1014.2，試驗條件A1或A2，試驗后測量按GJB 360B-2009方法112試驗條件A、B或D進行粗檢漏，也可按GJB 548B-2005方法1014.2試驗條件C進行粗檢漏。

3)密封性的檢測也可按GJB 2888A-2011要求選擇放射性同位素干式粗檢。

注意：粗檢漏不允許使用硅油。我公司產(chǎn)品采用的是酒精。

3.5.7 環(huán)境適應(yīng)性

通用規(guī)范給出了電磁繼電器環(huán)境適應(yīng)性的基本考核項目及最低技術(shù)指標，包括溫度沖擊、沖擊、正弦振動、隨機振動、穩(wěn)態(tài)加速度、鹽霧、可焊性、耐焊接熱、引出端強度等，GJB 1461A-2017中還增加了低溫工作、耐濕、砂塵、臭氧、爆炸性大氣等試驗項目。

1)溫度沖擊：要求每個極限溫度下在箱內(nèi)測量絕緣電阻、動作、保持、釋放電壓，動作、釋放時間應(yīng)符合規(guī)定。試驗后測介質(zhì)耐電壓。

2)沖擊、正弦振動、隨機振動、穩(wěn)定加速度等試驗過程要求監(jiān)測瞬斷，閉合觸點的斷開時間不超過10μs，斷開觸點的閉合或橋接時間不超過1μs。試驗后檢查繼電器結(jié)構(gòu)損壞現(xiàn)象，不允許機械或電氣損壞。其中，振動試驗后要求線圈加整個溫度范圍內(nèi)的最大動作電壓，檢查觸點是否轉(zhuǎn)換。

4 篩選檢查與檢驗

4.1 潔凈處理和微粒檢查

該項目僅在GJB 65B-1999中規(guī)定，在繼電器底座和罩殼封焊之前，應(yīng)采用鑒定機構(gòu)批準的方法對繼電器進行潔凈處理和微粒污染物的檢查，檢查項目包括動觸點組件、簧片、動靜觸點、線圈、銜鐵、底座等檢查點，并給出接收拒收的判據(jù)。

4.2 微粒碰撞噪聲檢測(PIND)

微粒碰撞噪聲檢測(PIND)的目的是檢測繼電器內(nèi)部是否存在自由活動的微粒污染物，該項目僅在GJB 65B-1999、GJB 2888A-2011、GJB 7401-2011中進行了規(guī)定，均采用GJB 65B-1999中附錄B的檢測方法，是一種借助微粒與外殼腔體碰撞激勵傳感器來鑒別出相應(yīng)數(shù)量微粒的非破壞性的試驗方法。試驗采用振動與沖擊疊加，兩種試驗條件見表2。

表2 微粒碰撞噪聲檢測(PIND)試驗條件

注意：若無其他規(guī)定，應(yīng)采用試驗條件A，當規(guī)定采用試驗條件B時，應(yīng)規(guī)定最佳振動軸線方向。

4.3 篩選

4.3.1 二極管的篩選

內(nèi)部裝有二極管的繼電器不認為是靜電放電敏感元件，但當二極管不作為線圈電路的一部分或不內(nèi)接到線圈時，則二極管可能對靜電放電敏感。此時，應(yīng)按GJB 1649規(guī)定的防靜電要求進行處理。也可按GJB 548B-2005中方法3015規(guī)定，將電壓提高至16 000V對內(nèi)部使用的二極管進行試驗，則可免除防靜電放電控制大綱的要求。除通過特軍級質(zhì)量認證或按特軍級篩選過的二極管不要求在線篩選外，其余均應(yīng)按要求進行篩選，其免除需經(jīng)鑒定機構(gòu)批準。

在運行篩選前應(yīng)進行二極管的在線篩選，篩選工序至少應(yīng)包括不低于125℃下不少于24h的老煉試驗，可以GJB 128A-1997作為指導(dǎo)。

4.3.2 運行篩選

運行篩選包含高溫運行和低溫運行兩個階段，溫度分別按+125℃和-65℃進行控制，循環(huán)次數(shù)為2500次。不同的是，GJB 1042A-2002的篩選是在室溫25℃下循環(huán)5000次。循環(huán)過程中，線圈加額定電壓激勵，觸點加低電平負載(10μA～50μA,10mV～50mV(直流最大值或交流峰值))。在每次“閉合”和“斷開”期間，至少有40%的時間用來監(jiān)測每一對觸點間的接觸電阻和開路電壓，且符合：循環(huán)試驗過程中，接觸電阻不大于100Ω；斷開觸點間的電壓不小于所加負載電壓的90%；最終絕緣電阻應(yīng)不小于正常條件下的初始值。

4.4 檢驗過程

4.4.1 鑒定檢驗

除GJB 65B-1999規(guī)定所有樣品需進行0組檢驗(潔凈處理與微粒檢查)外，其他通用規(guī)范要求所有樣品必須進行1組檢驗，即“內(nèi)部目檢和機械檢查、篩選(運行篩選、內(nèi)部潮濕)、可焊性、介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電性能、外部目檢和機械檢查、密封”等項目，不允許失效。其中，1只未封罩的樣品僅經(jīng)受內(nèi)部檢查；3只樣品單獨進行可焊性試驗(這3只樣品需經(jīng)受篩選檢驗，但不經(jīng)受介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電性能及密封檢查)；2只樣品進行外部目檢中尺寸檢查。然后將樣品分為幾組，分別進行規(guī)定的條件試驗。各分組試驗后均要求進行介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電性能及密封性測試。

注意：上述給出的GJB 1461A-2017的鑒定檢驗適用于額定負載電流小于25A但不小于10A的繼電器，對于額定負載電流不小于25A的繼電器，鑒定檢驗與之不同，分組檢驗見GJB 1461A-2017中表7要求。

4.4.2 逐批檢驗

A組檢驗為逐批檢驗，即產(chǎn)品交貨檢驗，分為A1、A2、A3、A4分組，各分組檢驗項目為：

1) A1分組：正弦振動、隨機振動、PIND檢測、內(nèi)部潮濕、運行篩選。GJB 2888A-2011、GJB 7401-2011不做隨機振動、內(nèi)部潮濕，GJB 1461A-2017不做PIND、內(nèi)部潮濕。

2) A2分組：介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電性能。

3) A3分組：可焊性。GJB 7401-2011增加射頻特性檢驗。

4) A4分組：外部目檢、密封。

其中，A1、A2及A4分組應(yīng)100%檢驗，剔除所有不合格品。A3分組抽取2只樣品進行；A4分組每批抽取2只進行尺寸、重量及玻璃絕緣子檢查。

4.4.3 周期檢驗

周期檢驗包括C組檢驗和D組檢驗(GJB 65B-1999與GJB 1042A-2002規(guī)定為B組和C組檢驗)。經(jīng)受C、D組檢驗的產(chǎn)品不得按合同交貨，樣品從經(jīng)受A組檢驗并合格的檢驗批中抽取。

1) C組檢驗檢驗項目：壽命、介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電性能、外部目檢。不同的是GJB 1042A-2002的檢驗項目是正弦振動、混合負載、介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電性能、外部目檢。

2)D組檢驗項目(GJB 1042A-2002按鑒定檢驗表進行)。各分組完成規(guī)定的條件試驗后按要求進行介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電性能、外部目檢及密封性檢查。除D1分組要求3只樣品外， 其余均為2只，不允許失效，但GJB 1461A-2017各分組的樣品數(shù)按1只。

3)D組檢驗周期說明如下：

① GJB 65B-1999分組為D1～D6分組，D1分組為每個月，D5為每12個月，D6為每36個月；

② GJB 1461A-2017分組為D1～D9分組，除D1分組為每個月外， 其余為每24個月；

③ GJB 2888A-2011分組為D1～D8分組，D1分組為每個月，D2～D4分組每6個月；D5為每個12月，D6～D8分組每個24月；

④ GJB 7401-2011分組為D1～D5分組，D1分組為每個月，D2～D3分組每6個月，D4為每12個月，D5為每24個月。

5 結(jié)束語

本文從目前電磁繼電器應(yīng)用較廣的幾項國家軍用標準入手，分析對比了各標準間的差異，歸納總結(jié)了電磁繼電器的關(guān)鍵技術(shù)指標，最終形成各標準的對比分析表(見附錄A)，旨在幫助新進技術(shù)員更快更好地理解通用規(guī)范的技術(shù)要求，為今后編制縱向、新品以及高等級(如宇航產(chǎn)品)產(chǎn)品的單篇詳細規(guī)范提供方便快捷的審查依據(jù)。