繼電器線圈溫升試驗淺析

鄭美榮

摘 要：介紹了在恒溫箱內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，且溫升試驗是應用最廣、最容易出現測試誤差的試驗，試驗過程中的測量方法及設備精度等都會對產品的合格性評定產生決定性影響。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、環等方面所產生的不確定度的分析。

1電阻法測量線圈溫升的原理

線圈溫升是在規定的測試條件下，線圈的穩定溫度與環境溫度之差，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為線圈在發熱情況下的溫度，℃；θ02為線圈熱態電阻時的環境溫度，℃；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 ℃時被測線圈導體材料的電阻溫度系數（銅為0.004 1/℃）；θ01為被測線圈冷態電阻時的環境溫度，℃。

從以上可以看出，溫升的測試結果主要取決于線圈冷態電阻、熱態電阻、試驗前后的環境溫度4個參數，在確定這4個參數的過程中，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不少于8 h，在試驗測量前1小時內，室溫的變化不應大于3 ℃。

2.2 試驗設備

供電電源：變頻電源和穩壓電源，電源的穩定性越好，試驗準確性越高；

萬用表：監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：用以實現試驗的環境溫度。

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線接好并放置在恒溫箱內，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果的影響。

將JWJXC-H125/0.44型繼電器線圈的引出端用導線連接好并從恒溫箱內引出，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境溫度。

將繼電器線圈的引出端導線連接到相應的供電端，通以產品標準規定的電壓值或電流值，使繼電器處于吸起狀態，并在恒溫箱內設置產品標準規定的環境溫度，注意整個試驗期間監視電壓值或電流值，確保其值不會發生大的變化。

保溫2 h后斷電，用測試冷態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，即當每隔1 h溫度變化不超過1 ℃時，則認為已達到穩定溫度。對于短時工作的線圈（0.44 Ω），在溫升試驗測試熱態電阻時，將繼電器置于所要求的恒溫箱內，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據如表1所示。

3 試驗結果的不確定度評定

首先分析方差和傳播系數。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的，根據公式：

3.1 試驗開始時線圈冷態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線測量的，忽略因熱傳導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，根據其使用說明書上給出的測量誤差為±0.2%讀數值±2個字，測量繼電器前圈電阻為124.16 Ω，e=±（0.2%×124.16+0.02），在區間內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CR1=-R2（1/α+θ01）/R12=-2.65 ℃/Ω。

3.2 試驗開始時線圈冷態溫度的不確定度分量

線圈實際冷態溫度是用冷態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溫度，室溫本身測量也存在較大誤差，依據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境溫度有誤差外，一般計算時假設線圈的初始溫度與環境溫度是相等的，但在實際情況下不能達到理想假設的情況，最大偏差估計為±0.3 ℃（經驗估計值），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Cθ01=R2/R1=1.24.

3.3 試驗結束時熱態線圈電阻的測量不確定度分量

根據低電阻測試儀使用說明書上給出的測量誤差為±0.2%讀數值±2個字，繼電器前圈熱態電阻為153.78 Ω，e=±（0.2%×153.786+0.02），在區間內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CR2=（1/α+θ01）/R1=2.14 ℃/Ω。

3.4 試驗結束時環境溫度的測量不確定度分量

由于產品要求的試驗環境溫度超過常溫，所以在恒溫箱內進行，這樣就要考慮恒溫箱所引起的誤差，依據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，當試驗數值在臨界值附近時應考慮不確定度，再根據有關機構規則判定，以提高結果的準確性。同時對試驗過程中各個環節進行監控，包括試驗環境、導線連接、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度對降低不確定度也是有益的。

4 結束語

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

參考文獻

[1]西安全路通號器材研究所.GB/T 6902—2010 鐵路信號繼電器試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2]沈陽鐵路信號工廠，西安鐵路信號工廠，西安全路通號器材研究所.GB/T7417—2010 鐵路信號AX系列繼電器[S].北京：中國標準出版社，2010.

[3]江蘇省計量科學研究院，中國計量科學研究院，北京理工大學，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〕