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在電子元器件中,繼電器一般被認為是一種zui不可靠的電子元件,在整機可靠性設計中,把繼電器、電位器、可調電感器及可變電容器列為建議不用或少用的元件。 高低溫濕熱快速溫變試驗箱
但是,由于繼電器在控制電路中有*的電氣、物理特性,其斷態(tài)的高絕緣電阻和通態(tài)的低導通電阻,使得其它任何電子元器件無法與其相比,加上繼電器標準化程度高、通用性好、可簡化電路等優(yōu)點,所以繼電器廣泛應用在航天、航空、軍用電子裝備、信息產業(yè)及國民經(jīng)濟的各種電子設備中。隨著科技的飛速發(fā)展,繼電器在程控通信設備中的使用量還在進一步增加,所以,如何保證繼電器的可靠性,滿足整機系統(tǒng)的可靠性,成為人們關洋的焦點。
電子元器件的可靠性應由兩部分組成,一是元器件的固有可靠性;二是元器件的使用可靠性。固有可靠性是元器件可靠性的基礎,主要靠元器件制造商從設計、制造等方面進行有效的控制,以保證制造出來的元器件達到要求的可靠性等級。使用可靠性則是從使用入手,如何保證和提高元器件的可靠性,使其能滿足整機系統(tǒng)的可靠性要求。沒有高可靠質量等級的元器件,不可能制造出高可靠的電子設備,所以元器件的固有可靠性是整機可靠性的基礎。但是,有了高可靠質量等級的元器件也并不一定能制造出高可靠的整機,這里面就有一個使用可靠性的問題。所謂使用可靠性,就是根據(jù)各種元器件的特點利用可靠性設計技術,即元器件的合理選用、降額設計、容差與漂移設計、抗振設計,熱設計、三防設計、抗幅射設計、電磁兼容設計、人機工程設計及維修設計等,zui大限度的發(fā)揮元器件固有可靠性的作用,以達到整機系統(tǒng)的可靠性要求。高低溫濕熱快速溫變試驗箱
根據(jù)有關部門對整機失效原因的分析統(tǒng)計,其中有百分之四十以上的故障是由于元器件選用不合理造成的。隨著元器件制造技術的不斷提高,在元器件的固有可靠性已經(jīng)有了較大提高的情況下,使用可靠性就顯得特別重要,而且,隨著整機系統(tǒng)功能愈來愈全,所用元器件愈來愈多,對可靠性要求也愈來愈高,所以使用可靠性也愈來愈受到科技界的重視,并且發(fā)展成一門新的學科——人為工程。
由于繼電器是一種機電一體化的元件,是由電磁及機械傳動部份組成的,與其它電子元件相比,要復雜得多,加之在制造過程中有些裝配調整是手工操作,所以產品的一致性和可靠性要差一些。但是,如果在使用中采取一些防范措施,仍能達到較滿意的效果。在對失效繼電器進行失效分析中發(fā)現(xiàn),由于使用原因造成的失效約占百分之三十以上。由以上分析可知,繼電器可靠性不高,除自身質量原因外,使用不當也是一個主要原因。現(xiàn)在,我們重點研究如何在使用中提高繼電器可靠性的措施。繼電器的種類較多,這里重點研究目前使用較多的電磁繼電器的使用可靠性。
2合理選擇繼電器
在整機的可靠性設計中,要求合理選用元器件。元器件的選擇和控制是需要多學科知識才能完成的一項任務,一般應由元器件工程師、可靠性設計師、總體及電路設計師、失效分析人員共同完成。首先要根據(jù)整機系統(tǒng)的重要程度、可靠性要求、所使用的環(huán)境條件及成本等項要求綜合考慮和選擇。選擇時必須重視以下幾個方面的要求。
2?1對使用環(huán)境條件的選擇
環(huán)境條件主要指溫度、濕度、低氣壓、振動、沖擊等。環(huán)境條件的好壞對繼電器可靠性的影響極大。
2?1?1溫度對繼電器的影響
繼電器是怕熱元件,在美軍標MIL—HDBK—217《電子設備可靠性預計手冊》中的14種主要電子元器件的失效數(shù)據(jù)中,有8種元器件的失效率取決于環(huán)境溫度,其中就包括繼電器。高溫可加速繼電器內部塑料及絕緣材料的老化、觸點氧化腐蝕、熄弧困難、電參數(shù)變壞,使可靠性降低,所以,要求設計時使繼電器不要靠近發(fā)熱元件,并有良好的通風散熱條件。 高低溫濕熱快速溫變試驗箱
繼電器雖然是怕熱元件,但對過低溫度(如軍用航空條件-55℃)也不能忽視,低溫可使觸點冷粘作用加劇,觸點表面起露,銜鐵表面產生冰膜,使觸點不能正常轉換,尤其是小功率繼電器更為嚴重。試驗證明,對于有些按部標生產的國產小功率繼電器,雖然使用條件規(guī)定低溫為-55℃,但實際上在此條件下繼電器根本無法進行正常轉換,建議在選擇時要留有充分的余量,對于重要的軍用電子整機,建議選用國軍標產品。
2?1?2低氣壓對繼電器的影響
在低氣壓條件下,繼電器散熱條件變壞,線圈溫度升高,使繼電器給定的吸合、釋放參數(shù)發(fā)生變化,影響繼電器的正常工作;低氣壓還可使繼電器絕緣電阻降低、觸點熄弧困難,容易使觸點燒熔,影響繼電器的可靠性。對于使用環(huán)境較惡劣的條件,建議采用整機密封的辦法。
2?1?3機械應力對繼電器的影響
電磁繼電器的簧片均為懸梁結構,固有頻率低,振動和沖擊可引起諧振,導致繼電器觸點壓力下降,容易產生瞬間斷開或觸點出現(xiàn)抖動,嚴重時可造成結構損壞,可動的銜鐵部分可產生誤動作,影響繼電器的可靠性。建議設計師盡量采取防振措施以防產生諧振。
根據(jù)上述環(huán)境條件對繼電器的影響,在選擇繼電器時,首先要使繼電器滿足整機規(guī)定的各項環(huán)境條件的要求。但是,有些設計師由于不能全面考慮各項環(huán)境條件,使研制出來的整機達不到合同規(guī)定的要求。如在軍用機載電子設備上選用JRC—5M小型電磁繼電器,設計師只重視環(huán)境溫度可滿足整機要求而忽視振動、擊沖條件(軍用機載條件為196M/S2、20g、10Hz~2000Hz,而JRC-5M為49M/S2、5g、10Hz~500Hz)。如果有些條不能滿足,設計師要采取防范措施,否則可靠性得不到保證。
2?2合理選用繼電器質量等級 高低溫濕熱快速溫變試驗箱
所謂“質量等級”,是指元器件在裝機之前,按產品執(zhí)行的標準或供需雙方的技術協(xié)議,在制造、檢驗及篩選過程中的質量控制等級。其質量系數(shù)πQ是指不同質量等級對元器件工作失效率λP影響的調整系數(shù)。元器件的失效率可用下式表示:
λP=λb(πE·πQ·K)
式中:λP表示工作失效率;
λb表示基本失效率;
πE表示環(huán)境系數(shù);