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0 引言

　　繼電器是一種高精密的電子元器件，它廣泛應用于工業制造和國防科技。但由于生產工藝、材料等原因造成了其質量的不穩定性。因此，有必要對其進行測試，以決定其優劣。從測試精度來說，動作時間需要精確到ms或μs，觸點電阻精確到mΩ，此外，有些繼電器由多個線圈或觸點組組成，如JHX-3F系列繼電器。目前，常用的手工測試方法效率低、誤差大，且測試參數少，而對于高精密繼電器的測試只能依賴基于微機的測試系統。本文將討論基于JHX-3F系列繼電器的測試系統的軟硬件設計思路，并重點分析單插座對多規格繼電器的自動測試、動作時間μs級測試和小電壓或大電流型線圈的繼電器測試。

1 繼電器測試系統的構成

　　繼電器測試系統的構成如圖1。數據采集卡選擇基于PCI總線的AC6115。系統由PC和測試儀兩部分組成，它們之間通過AC6115傳遞A/D、D/A和I/O信號。系統軟件平臺為Windows XP/2000，軟件開發環境Delphi 6.0，數據庫SQL Server 2000。主要測試指標及精度要求：1）電壓精度<=0.01V;2）電流精度<=0.01A;3）動作時間精度<=1ms;4）觸點電阻精度<=1mΩ。

2 繼電器測試系統的硬件設計

　　2.1 JHX-3F小型直流電磁繼電器種類

　　JHX-3F包括A、B、C和D四個大類。線圈類型可以是電壓型或電流型或電壓電流混合型，其中A大類為單線圈16個品種;B大類為雙線圈240個品種;C大類為雙線圈182個品種;D大類為單線圈16個品種。共454個品種（其中又分電壓型166種，電流型72種，混合型216種）。繼電器初始觸點狀態分又為全閉（2D）、全開（2H）和半開半閉（1H1D）三種狀態。所以，JHX-3F系列繼電器總計1362個品種。

　　本文以兩類繼電器說明其工作原理。B類雙線圈單位置：該類繼電器有一個啟動線圈和一個保持線圈。啟動線圈施加激勵，繼電器狀態改變，接著給保持線圈施加激勵，撤除啟動線圈激勵，狀態保持，再撤除保持線圈的激勵，狀態釋放。C類雙線圈雙位置：該類繼電器有一個啟動線圈和一個復歸線圈。啟動線圈施加激勵，繼電器狀態改變，撤除激勵，此狀態保持，再給復歸線圈施加激勵，狀態復歸為初始態。

　　2.2單插座完成對多規格1362個品種繼電器自動測試的硬件實現

　　待測繼電器的特點：引腳1～4為繼電器線圈，引腳5～8為繼電器觸點。產品封裝符合雙列直插集成電路封裝特征。待測繼電器的這些特征為只用單插座完成對多規格1362個品種繼電器的自動測試提供了可能性。

　　自動測試的電路工作原理：若待測繼電器為單線圈時，輔助繼電器FZJD1的線圈上不施加激勵，受控源施加到插座1、4兩端。若待測繼電器為雙線圈時，分兩個階段工作，在系統測試啟動線圈階段時，FZJD1的線圈上不施加激勵，受控源施加到插座1、2兩端;在測試保持或復歸線圈階段時在FZJD1的線圈上施加激勵，受控源施加到插座3、4兩端。當被測繼電器線圈為電壓型時，輔助繼電器FZJD2的線圈上不施加激勵，受控電壓源工作并施加到電路中，為電流型時，在FZJD2的線圈上施加激勵，受控電流源工作并施加到電路中;觸點狀態的測試只要將被測觸點送到兩個I/O即可。觸點電阻測試采用四端法消除接觸電阻的影響，分別用三檔激勵源進行測試。

　　2.3 大電流或小電壓型繼電器測試的硬件實現

　　測試用的電壓源和電流源均受數據采集卡上DAC輸出的控制，電壓源輸出電壓和電流源輸出電流與控制電壓均呈線性關系。系統自動根據被測繼電器型號選擇不同輸出范圍的受控電壓源進行測試，一種是從0～24VDC輸出，另一種是從0～110VDC輸出。可以測試從1.5VDC～100VDC額定吸合電壓的被測繼電器。受控電流源輸出范圍從0～2ADC，可以測試從0.003ADC～2.0ADC額定吸合電流的被測繼電器。電路中利用輔助繼電器實現自動構建電路的目的。

3 繼電器測試系統的軟件設計

　　3.1 多種軟件定時器的應用

　　Timer控件基于Windows系統定時，它可以在要求不高的地方使用，定時分辨率為55ms[1]，精度只有5～8ms，系統中應用它進行線圈參數、吸合值和釋放值的測試。精確定時它無法勝任。多媒體定時器來自于Windows API。它可工作在較高優先級的線程中，它的定時事件被定義為回調過程，只要在該過程中添加消息處理代碼即可完成定時響應[2]。Delphi把它封裝到了mmsystem.pas中供軟定時使用。本系統應用它對故障繼電器進行檢測，如觸點始終未動作。

　　動作時間測試有2種方法。1）使用AC6115上的硬件定時器，AC6115提供了一個16位的微秒脈沖計數器，計數范圍是1～216微秒[3]，因此，可通過脈沖計數完成動作時間測試，但此方法會加大硬件電路設計的復雜性;2）采用軟件定時器。例如Z_Timer。它可以ActiveX控件的形式加載到Delphi控件面板上。它的定時分辨率是0.1ms，定時精度是0.015ms，在有效定時事件中它能獨占系統所有資源，如消息響應和線程時間片。故使用Z_Timer是基于Windows環境下高精度軟定時的好方法。

　　本系統應用Z_Timer短時間內獨占系統資源而中斷其它線程、消息的運行，從而快速準確地測試出動作時間。首先設定其獨占系統資源時間為秒級別，因為動作時間精度<=1ms，所以該段時間內繼電器必然動作;在這段獨占時間內，Z_Timer采集動作前后的觸點組電壓值并裝入數組;最后，分析該數組中數值的變化就可以計算出動作時間。使用這種方法，簡化了硬件電路的設計，且測試效果良好。

　　3.2 繼電器單項測試的軟件實現

　　3.2.1線圈基本參數測試的軟件實現

　　Timer啟動后，對線圈（包括啟動線圈、保持線圈和復歸線圈）進行測試。調用AC6115提供的DLL（動態鏈接庫）中的AC_6115_DA函數線性控制輸出在線圈上的電壓。電壓上升（下降）梯度10v/5s。在線圈觸點吸合處、額定電壓處和觸點釋放處先使用Sleep函數短暫延時，待繼電器狀態穩定后，再調用DLL中的AC_6115_AD函數記錄吸合值或額定值或釋放值，并存入公用數據模塊Datamodule中。

　　3.2.2 動作時間測試的軟件實現

　　動作時間是衡量繼電器質量的關鍵指標，其精度要求高。圖3-1是一觸點初始狀態為2H的繼電器動作時間測試的“理想圖”，實際的測試結果如圖3-2所示出現了“回跳時間”，它是測試過程中必須考慮的。本系統采用短時間獨占系統資源的Z_Timer完成動作時間測試，其吸合時間測試的定時響應代碼如下：

　　Procedure TMainForm.Draw_Time_Test（）;//“吸合時間”測試

　　Begin

　　if（Call_DLL（）<31）;//調用AC6115動態鏈接庫

　　Showmessage（‘DLL裝載失敗!’）;

　　Else

　　Begin

　　AC_6115_AD（Datamodule.Driverio, Datamodule.IDofcard[1], 80,3,4,0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, Datamodule.Draw_Time_Data,2048）;//采集觸點動作前后的所有數據

　　DA_To_Value（0）;//電壓歸0，準備釋放時間測試

　　Sleep（100）;//平緩處理

　　IO_Out（1,0,0）;//設置I/O信號，準備“釋放時間”測試

　　Sleep（2000）;//為其釋放資源準備時間，此后，系統將“緩沖”到正常狀態

　　End;End;

圖3-1 理想動作時間測試 

圖3-2 實際動作時間測試

　　代碼中數據采集函數采集3、4通道，每通道采集2048/2=1024點。通道轉換時間80＊0.25=20μs，故同一通道相鄰兩點之間的時間間隔為20＊2=40μs，所以每組觸點有效監測的電壓時間為1024＊40=40960μs，動作時間的測試精度為40μs。

　　“回跳時間”計算：每組觸點采樣1024個點，從第1024個點開始逐一向前查詢當前點和當前點之前一點的采樣電壓值，如果發現兩者之差絕對值為5，且第1次出現，立刻記錄當前點位置T1。同時開始累加“回跳時間”計數器，如此反復，直到最后1次出現此類情況，記錄此時位置T2，所以T1就是動作時間點，而T1-T2則是“回跳時間”。

　　3.2.3 觸點電阻測試的軟件實現

　　觸點初始狀態為2D的繼電器，直接采樣相關通道電壓進行計算即可;觸點初始狀態為2H的繼電器，首先，線圈外加電壓跳變至額定值，待其觸點吸合穩定后，采用類似2D測試方法測試;1H1D繼電器，首先采用類似測試2D的方法測試1D觸點組，然后用類似測試2H的方法測試1H觸點組。

　　3.3組合多項測試項的自動測試的軟件實現

　　組合多項測試項的自動測試的主要軟件流程如圖4所示。

圖4 系統自動測試軟件實現流程圖

　　自動測試將完成線圈參數、動作時間和觸點電阻的全部測試。“基本參數設置”包括設置繼電器類型、線圈類型、各測試項測試次數和觸點組初始狀態。為了提高測試數據的準確性，自動測試設計為重復多次執行，最后求取多次測試數據的平均值，如線圈參數、動作時間和觸點電阻分別測試M、N、K次（M、N、K均大于等于0），實際次數多少由測試人員根據現場情況決定。每次測試的結果全部暫存于Datamodule中，在Datamodule中建立了3個鏈表，分別用來存放每次測試的線圈參數、動作時間參數和觸點電阻參數。鏈表的每1個結點分別代表某測試項的1次測試數據。

4 結束語

　　現場測試中，系統運行良好，人機界面友好，能完成對所有1362種繼電器的測試，并提供完整的測試數據的報表，測試精度令人滿意，其中電壓測試精度由<=0.01v提高到了<=0.001v，吸合時間測試精度則由<=1ms提高到了0.04ms。

　　本文作者創新點：（1）硬件設計。采用單插座對4大類1362種繼電器進行測試;通過自動控制受控電源完成了對電流、電壓或混合型繼電器參數的測試。（2）軟件設計。提出了以Z_Timer為主、硬件電路為輔的方法來測試動作時間，大大簡化了硬件電路的設計;自動測試中還可組合測試項進行多次重復測試求取平均值，從而提高了測試數據的準確性。