基于四線制的繼電器盒檢測設備應急研制

劉少波

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

本文源于繼電器盒檢測設備在一周內完成了應急研制，并經過內外場幾百件繼電器盒的檢測結果驗證的成功案例。

繼電器盒主要由繼電器等組成，一般還含有少量的電阻、電容、二極管等電子元器件，相關電路涉及電源、液壓、環境、照明、起飛著陸等諸多電氣控制系統。因部分繼電器質量尚存在使用壽命長、使用過程中失效概率較高、失效后導致的質量安全風險較大等問題，以繼電器為主體的繼電器盒類產品的日常測試、維修已經普及。繼電器盒現行測試方法中，人工檢測方法效率低、時間長、強度大且易出錯；內場自動檢測設備檢測項目暫缺少繼電器接觸電阻等深度檢測要求，且柜式結構不便于搬運，因此接到幾種繼電器盒的外場應急普查要求后，急需研制一臺繼電器盒檢測設備，實現對多型繼電器盒在機上原位邏輯功能和性能指標的檢測，其中，為滿足繼電器觸點的接觸電阻、內部線路通斷電阻等性能測量要求，需要研究四線制電阻測量方法的應用，實現導通電阻等性能指標的精確測量。

1 需求和資源分析

繼電器盒外場檢測設備針對幾種繼電器盒機上原位（同時適用于離位）、大批量測試的應急需求，涵蓋繼電器盒內的繼電器、接觸器、電阻、二極管、電容、線路導通等功能和性能測試。

要求檢測設備做到“五夠”：（1）檢測數據夠精確。所有繼電器的觸點電阻等阻值指標，合格值不大于300mΩ（含各繼電器連接至產品插頭處的線路和接觸耦電阻）；（2）檢測電纜夠長。為滿足繼電器盒在原位測試要求，減少產品大批量拆裝工作量，檢測電纜長度不小于4.5m；（3）檢測時間夠短。單件產品檢測和記錄數據的平均時間不超過10min，盡量控制等待停放時間；（4）故障定位夠準。故障能實時定位到繼電器盒內元器件的詳細部位，便于外場排故后的針對性快速復查；（5）檢測設備夠輕。檢測設備要求便攜、使用方便。

綜合檢測設備研制周期極短、外場要求檢測可靠性高等因素，決定研制一套繼電器盒手動檢測設備。通過測試需求分析，四線制電阻測量方法能解決電阻測試精度高的要求，且測試阻值不受電纜長度干擾；繼電器觸點接觸電阻通過兩種四線制測量模式實現，一種是直接測量的基本模式，一種是切換波段開關測量的快檢模式，兩者測試效果完全相同，但后者將大大縮小檢測時間；測試面板對繼電器盒內部的被測元器件全部進行可視化布局設計，測試結果所見即所得。因此，測試資源需求主要有數字多用表、直流電壓源及相關輔助設備。

2 四線制測量電阻原理

四線制測量電阻連接方式如圖1所示。電流源線（Source Hi-Ho）向被測電阻輸入測試電流，回采信號線（Sense Hi-Ho）測量被測電阻兩端的電壓，電流、電壓兩回路相互獨立。圖1中的四線法測電阻使用一組電流源線接恒流源I，另一組回采信號線使用電壓表Vm測量被測電阻R兩端電壓VR。因為電壓表的內阻非常大，與被測電阻存在數量級的差別，使得流過信號線的電流I1極小，近似為零，因此，電壓表輸入壓降Vm無限接近被測電阻的壓降VR，所以，四線法測得的電阻值非常接近真實值。另外，采用四線制測量電阻時可排除導線電阻和探針以及測試點之間的接觸電阻Rs，使測量結果更加準確。

圖1 四線制測量電阻原理圖

3 測試系統設計與實現

3.1 四線制測量電阻方法的實現原理

當前，涉及繼電器盒接觸電阻精確測試的應用案例很少，少量文獻介紹了四線制測量電阻的原理，以及少量在其他產品上的應用案例。

為實現對幾種繼電器盒內各繼電器接觸電阻、線路導通電阻等的精確和快速檢測，測試系統采用了雙余度四線制電阻測量方法。以繼電器盒內最多的繼電器為例，首先，手工直連測量模式，將繼電器的被測觸點用四根線連接到數字萬用表的四線制電阻測量端子，繼電器線圈的正負端子連接到直流電壓表，測完一組數據切換一次四線制連接導線。其次，切換波段開關測量模式，將被測繼電器的觸點端子、數字萬用表的測試端子，按四線制接入切換波段開關，輔助按壓繼電器線圈的供電切換按鈕，通過切換波段開關實現電阻的快速測量。這樣，針對不同的被測對象，根據測試項目和電纜連接關系，設計不同的接口定義表，固化系統測試對信號切換開關的轉換要求。

3.2 系統硬件設計及實現

（1）總體設計。本項目檢測設備采用便攜式機箱設計，機箱上蓋設計為測試面板，機箱箱體設計為數字萬用表、直流電壓源及測試線纜的收納空間。總體結構和切換波段開關測試架構框圖如圖2、圖3所示。

圖2 總體結構示意圖

圖3 切換波段開關測試架構框圖

（2）硬件設計。本項目的硬件設計主要包括數字萬用表和直流電壓源的選型、面板設計、結構設計及測試電纜設計等，主要有：

①數字萬用表選型。選用是德科技的34461A 6 ?位，Truevolt 數字萬用表，同時滿足繼電器盒四線電阻、二線電壓和電容等相關指標的測量要求。

②直流電壓源選型。選用固緯的PFR-100L無風扇多量程直流電源，滿足額定輸出電壓（0～50）V可調、體積小等要求。

③面板設計和實現。面板設計是設備實現最重要的環節之一，主要包括可視化布局設計、雙余度快檢設計。

可視化布局設計。測試面板對繼電器盒內部的被測元器件全部進行了可視化布局設計，這樣面板圖既是一副繼電器盒的電氣原理圖和線路連接圖，又是產品測試的量線表，測試結果能實時對應到繼電器盒內元器件的詳細部位。如圖4所示，繼電器盒內部被測元器件的測試點以及線路標識設計在面板上方，主要通過四線制連接方式，與面板左下方的產品測試插座直接連接。

雙余度快檢設計。如圖4所示，在面板下方縱向對稱軸左側，電阻檢測端子V+、V-、I+、I-按四線制用導線接至切換波段開關的公共端，波段開關的另一端通過四線制連接方式，接至面板左下方的產品測試插座；電源輸入正、負端子，用導線接至繼電器線圈的供電切換按鈕（位于面板右側中下部），這6根測試導線按圖3一次性連接至數字萬用表、直流電壓源后，只需通過切換選擇開關，即可完成所有繼電器觸點接觸電阻的快速測量。

圖4 面板設計圖

④箱體選型和結構設計。本項目的箱體選用的是鼎陽的D6125便攜式拉桿箱，相應的結構設計主要涉及箱體內襯的設計，根據箱體的三維模型以及數字萬用表、直流電源以及測試電纜的尺寸情況，合理地進行內襯挖槽和器材分布，具體內襯設計圖5所示。

圖5 內襯設計圖

⑤連接器選型和測試電纜設計。檢測設備連接器的需求主要是設備端與產品端，其中產品端根據產品插座型號選擇配對的插頭。設備端連接器選擇VPC公司的i1系列連接器，該系列連接器具有插拔方便、可靠、組合多樣等優點，其外形如圖6所示。

圖6 i1連接器

測試電纜為兩套電纜，分別用于幾種繼電器盒的檢測。根據連接器的選型進行連線表的設計，根據繼電器盒機上原位測試的需求確認測試電纜的長度為5m。

4 試驗測試

經過外場幾百件繼電器盒的檢測結果驗證，本檢測設備體積小、重量輕，方便外場攜帶；電阻測量方式為四線制，相對二線制的測試精度高；操作采用了旋鈕式轉換開關，不需要反復切換硬件轉接端子，測試效率高；操作界面直觀明了，可實時判定產品內部的不合格器件，測試效果達成預期目標。繼電器盒部分測試項目及結果見表1。但設備也暴露出一點不足，即在沿途顛簸、空運上下貨撞擊等影響下，現場測試過程中發生過幾次故障，如直流電源設備內部電路板固定螺釘和輸出接線端子松脫、部分固定接觸電阻測試孔的緊固背帽松動等，造成了測試進程的臨時中斷，但故障排查相對自動檢測設備就方便快捷得多。研制外場檢測類設備需要吸取教訓，增加緊固螺釘、背帽涂膠安裝等減震防松措施。

表1 繼電器盒部分測試項目及結果

5 結語

通過對繼電器盒外場檢測設備的電阻測量任務分析，提出了一種基于四線制電阻測量方法，制定了利用數字多用表、直流電壓源的可視化快檢測試方案，在一周內完成了設備應急研制。測試驗證結果表明，雙余度四線制電阻測量方法不僅能滿足產品的測試要求，同時實現了對電阻快速準確的測量，通過更換轉接電纜及測試項目表，可實現對不同繼電器盒的測試，為同類檢測設備的研制提供了借鑒。