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密封继电器“七专”技术条件和国军标GJB1042A-2002差异

2020-07-01

机电元件 2020年3期
关键词:触点继电器密封

(陕西群力电工有限责任公司, 陕西宝鸡, 721300)

1 概述

上世纪八十年代中期,由全国第六次电子元器件高可靠工作会议审定,原国防科学技术工业委员批准发布了QJ8406《军用电子元器件“七专”技术条件》,其中军用密封电磁继电器是QJ840617《密封电磁继电器“七专”技术条件》,1985年6月27日公布、1985年9月1日实施。随后八十年代末期,在原国防科学技术工业委员会领导下,由国营第七九二厂负责成立了国家军用标准项目起草工作组,制定了GJB1042-1990《电磁继电器总规范》(等同采用美军标MIL-R-5757G[1982],该标准的现行有新版本为GJB1042A-2002《电磁继电器通用规范》(等同采用美军标MIL-R-5757H[1996]。该标准是我国军用密封电磁继电器国家军用标准体系中重要的一项,标准适用于触点负载从低电平至额定值为10A(直流或交流)气密式密封直流电磁继电器。

2 “七专”技术条件与GJB1042A-2002差异

QJ840617《密封电磁继电器“七专”技术条件》是在“7905”技术协议基础上结合贯彻实施的经验并参考国内外有关标准制定,它的主要技术要求采用的是当时第四机械工业部部颁标准SJ891-1974《电磁继电器总技术条件》,试验方法采用SJ287-1974《电磁继电器试验方法》,同时增加相关继电器的可靠性方面的性能要求。下面以QJ840617技术条件为主线分析对比。

2.1 总则

2.1.1 目前国内各军用继电器生产单位除了生产早已列入《“七专”电子元器件目录》的产品外,其它生产的符合QJ840617技术条件的产品,全是按照用户方提出的要求,其中还包括所谓的“七专”加严产品。而GJB1042A标准适用于触点负载从低电平至额定值10A(交流或直流)的气密式密封电磁继电器。后者明确规定了继电器是气密式密封和触点负载范围。

2.1.2 “七专”产品必须严格按QJ8406《军用高可靠“七专”电子元器件可靠性工作管理办法》进行管理。而GJB1042A标准虽然没有规定失效率等级考核要求,但继电器的寿命试验明确规定必须在额定值负载条件下且在125℃下循环105 次,试验样品数量至少为4只,失效数为0。

2.1.3 按QJ840617技术条件提供的产品其外壳和包装单应有“七专”标志“(G)”。而GJB1042A标准规定的军用零件号为字母“J”、详细规范号、给定的序号组成,即J1042/10-005。

2.1.4 如果用户对“七专”产品还有特殊要求,可在补充技术协议或订货合同中注明。而GJB1042A标准在执行过程中,这一方面与QJ840617技术条件是相同的,即技术协议或订货合同是最上层文件。

2.2 筛选

成品出厂前必须进行100%的筛选并剔除早期失效产品见表1。GJB1042A标准中规定的筛选,只包含“内部潮湿和运行”,且在鉴定检验的第1组和质量一致性检验的A1组中进行试验,GJB1042A标准中质量一致性检验的A组检验(逐批检验即为产品交货检验)中“A1组”和“A4组”检验项目和要求(100%检验并剔除所有不合格品)与表1基本相同,“A1组”检验项目为振动(正弦)→振动(随机)→筛选(内部潮湿)→筛选(运行),“A4组”检验项目为“外部目检和机械检查→密封”,GJB1042A规定振动(正弦和随机)均为闭合触点的断开不超过10sμ和断开触点闭合或桥接不超过1sμ,而QJ840617技术条件规定为闭合触点的断开和断开触点闭合不超过10sμ。但是GJB1042A规定的“运行”试验为常温下进行,而表1中规定的“运行”为高、低温下进行,这一点比GJB1042A严格。

表1 筛选

2.3 技术要求和试验方法

2.3.1 单个产品

继电器的外形尺寸、结构形式、环境条件及全部电参数均应符合现行产品技术标准和和供需双方的技术协议要求。而GJB1042A标准中规定设计和结构(接口、尺寸和重量等)应符合产品详细规范,环境条件应符合通用规范,电气参数应符合通用规范或产品详细规范。

2.3 外表质量

2.3.1 继电器外壳不得有明显的压伤或划伤。标志清晰牢固。标志包含产品型号、生产厂标、产品编号、线路图及“七专”标记“G”等。其中微型继电器可省略处理,但必须有年度批号和内包装盒应附产品电气参数的测量记录。而GJB1042A 标准中规定的产品应采用能保证质量一致性的方法进行加工,内外部的所有零件应无碎裂、错位、锋利的棱边、毛刺及影响寿命、使用性和外观的缺陷。GJB1042A 规定的加工质量更全面和严格,标志内容更多、更详细。

2.3.2 玻璃绝缘子的外表面允许少量的不规则气泡、皱纹或缺陷,引出端强度试验后允许有少量的从引出端周围散发的裂纹,但裂纹的长度不允许超过玻璃绝缘子外、内半径差的一半。也不允许玻璃绝缘子外圆周上有散发性;裂纹。玻璃绝缘子应保证继电器电气性能和密封性要求。引出端不允许有锈斑和裂纹。而GJB1042A标准中规定玻璃绝缘子可以有轻微的缺陷,如气泡、掉片和裂纹。

2.3.3 扫频振动筛选

2.3.3.1 要求

继电器在扫频振动过程中,所有闭合触点的断开或断开触点的闭合的抖动时间不得超过10μs。试验后,不允许有结构松动或机械损坏,吸合电压或电流不得大于产品标准规定的正常值,释放电压或电流不得小于产品标准规定的正常值。而GJB1042A标准中规定继电器在扫频振动过程中,若无其他规定,闭合触点的断开不得超过10μs,断开触点的闭合或桥接不得超过1μs,也不允许有机械或电气损坏现象。试验后,在继电器移出试验夹具之前,在不触动继电器的情况下,线圈加整个温度范围内的最大动作电压值,然后检查继电器触点是否转换。切除线圈电压,然后再检查继电器触点是否转换。GJB1042A规定振动试验过程中对触点的监测水平比QJ840617技术条件严格,监测项目增加了触点的桥接(即触点的三连通),试验后的检查详细。

2.3.3.2 方法

a)振动试验的加速度值和频率范围按产品标准规定;

b)试验方法:继电器在其最容易引起故障的方向(如触点运动方向或衔铁运动的方向)经受2次振动循环。第一次循环由线圈加额度电压激励,从低频到高频向上扫频5min,再从高频到低频向下扫频5min组成。第二次由线圈去激励,从低频到高频向上扫频5min,再从高频到低频向下扫频5min组成;

c)振动过程中的测量:监测所有触点的抖动时间是否超过规定值;

d)试验后的测量和检查:测量吸合和释放电压(或电流)。检查继电器的结构松动和机械损坏情况。而GJB1042A标准中规定继电器在A组检验中,若无其他规定,在10Hz~3000Hz的整个频率范围内只要求进行1次扫频循环。继电器应在其触点运动方向上经受振动试验。

从两种扫频振动筛选试验方法中可以看出,QJ840617技术条件的扫频振动程序和次数及时间比GJB1042A的合理和严格(这是目前航天、航空等使用单位仍然认同QJ840617技术条件的一个重要原因),但GJB1042A规定的出现任一只继电器失效的加严程序比QJ840617技术条件严格,同时还规定了自保持继电器的试验方法及试验后继电器需要加电检查工作状态和结构检查等。

2.3.4 内部潮湿

2.3.4.1 要求

测量继电器的所有触点引出端与罩壳间的最小绝缘电阻不得低于其常温额定值(产品标准规定)。而GJB1042A标准中规定任何继电器的最小绝缘电阻测量值不应小于10000MΩ。GJB1042A规定的最小绝缘电阻值比QJ840617技术条件严格。

2.3.4.2 方法

继电器线圈去激励,在15℃~25℃温度下至少保持1h,测量所有触点引出端与罩壳间的绝缘电阻。然后继电器线圈加140%的额定电压激励2.5 min,在此期间,测量所有触点引出端与罩壳间的绝缘电阻,至少每30s测量1次。剔除其最小绝缘电阻低于常温额定值的产品。而GJB1042A标准中规定继电器(线圈去激励),在15℃~25℃下至少保持30min,只测量和观察所有触点引出端与外壳间的绝缘电阻。继电器线圈加140%的额定电压激励2.5min。在此期间,只检查所有触点引出端与外壳间的绝缘电阻,至少应30s测量1次。

从方法的要求上看,基本一样,只是保温的时间不同,这主要是GJB1042A标准适用于触点负载从低电平至额定值10A,而这些继电器的体积和重量都不大,保持30min可以达到温度平衡。

2.3.5 运行

2.3.5.1 高温运行要求

动作过程中,触点间的接触压降不得大于0.5V。吸合电压(或电流)不得大于产品标准中规定的最大值。

2.3.5.2 高温运行方法

继电器线圈加额定电压(或电流)激励,在正极限温度下保持1h,测量吸合电压(或电流)。然后在此温度下,触点加阻性负载为闭合电流10mA、开路负载电压为其额定值,动作速率为1~5次/秒,继电器动作3000次,监测水平为0.5V,监测时间不得小于每一触点实际“闭合”或“断开”时间中的50%。

2.3.5.3 低温运行要求

动作过程中,触点间的接触压降不得大于0.5V。吸合电压(或电流)不得大于产品标准中规定的最大值。

2.3.5.4 低温运行方法

高温运行试验后,继电器线圈去激励,在负极限温度下保持1h,测量释放电压(或电流)。然后在此温度下,触点加阻性负载为闭合电流10mA、开路负载电压为其额定值,动作速率为1~5次/秒,继电器动作3000次,监测水平为0.5V,监测时间不得小于每一触点实际“闭合”或“断开”时间中的50%。

2.3.5.5 GJB1042A规定的“运行”

标准中规定继电器在常温下,以线圈额定电压激励循环运行5000次。非自保持继电器的最大循环速率为0.1与产品标准规定的继电器最大动作时间(秒)和产品标准规定的继电器最大释放时间(秒)之和的比值(次/秒),自保持继电器的最大循环速率为0.1与2倍产品标准规定的继电器最大自保持动作或复归时间(秒)的比值(次/秒)。继电器触点所加负载为开路电压10mV~50 mV(直流或交流峰值),负载电流为10μA~50μA 。在每次“接通”和“关断”期内至少有40%的时间监测每一对触点间的接触点阻或接触压降(按适用的)及开路电压。

2.3.5.6 分析

从方法和程序来分析,GJB1042A标准规定运行是在常温下进行5000次,而QJ840617技术条件规定的运行是在高温和低温下各进行3000次,总的次数为6000次,比GJB1042A标准多1000次;GJB1042A标准规定明确的监测水平,即在循环过程中触点失效检测仪监测水平为接触电阻应不大于100Ω,断开触点间的电压应不小于开路电压的95%,而QJ840617技术条件只规定动作过程中,触点间的接触压降不得大于0.5V,没有明确规定断开触点监测水平,在实际的执行过程中断开触点监测水平按照额定电压执行;另外对于触点所加负载两个标准的要求差距较大,QJ840617技术条件规定为中等电流的范围,而GJB1042A标准规定为低电平范围,又由于失效监测水平的不同,所以运行的结果存在一定差距。

2.3.7 密封

2.3.7.1 要求:鉴于目前继电器制造工艺所限,产品主要采用锡焊密封,其泄漏率很难达到不大于10-8atm﹒cm3/s(10-3Pa﹒cm3/s),暂允许为泄漏率不大于1×10-5atm﹒cm3/s(100Pa﹒cm3/s)。而GJB1042A标准规定的继电器均采用熔焊密封,继电器按4.6.6进行试验时,空气漏率不得超过1×10-3Pa﹒cm3/s(不是测量漏率R1)。从漏率的数值上来看GJB1042A标准比QJ840617技术条件要求的高很多。

2.3.7.2 方法(关于密封继电器粗检漏方法)

2.3.7.2.1 试验方法制订的原则

由于目前密封继电器封口或封边处,均采用酒精溶解的松香为焊剂,因此在封口或封边时,经常会留下充满松香的漏孔,而且在封焊时(锡焊密封),由于松香的酒精溶剂能够涂覆到引出端与绝缘子的烧结处,因此也能将绝缘子上的漏孔堵塞。为使上述被堵塞的漏孔打开,要求采用热酒精浸泡的方法。密封继电器不适用于采用氟油为试验液体。

2.3.7.2.2 密封继电器粗检漏方法——加压充氮抽低气压法试验步骤

a.将继电器放入60℃~70℃的无水乙醇中浸泡30min以上。

b.取出继电器在自然干燥1h后,放在80℃烘干箱中烘干1h。

c.将继电器从烘箱中取出,自然(或加速)冷却,存放2h。

d.加压充氮,其充压压强(按压力表指示计算)与时间见表2(或按表中公式自行计算时间),视产品体积大小而定。

e.将加压充氮的继电器,放到无水乙醇中,将产生气泡的继电器剔除(这里没有“假漏”的问题)。观察时间不下于1min。

f.将不冒泡的继电器,进行抽低气压法检漏,试验液体仍为无水乙醇,抽到真空表指示为300mmHg时,等待1min。在此前凡是产生连续气泡者剔除。

表2 体积、压力、时间表

g.观察方法,试验液体要淹过继电器3cm以上,便于观察到连续有规则的气泡串(有时产生间歇的气泡串)。

h.每批充氮的继电器要求在2h内检完,时间越短越好。加压充氮后可以先把继电器在无水乙醇中全部检完,再做抽低气压检漏,也可以一部分先在无水乙醇中检完,不拿出无水乙醇试验液体,接着做抽低气压法,这样分批做完。

首先由于继电器密封工艺不同,所以GJB1042A标准规定的密封性指标比QJ840617技术条件高很多,其次这两个标准中给出的“继电器有效容积”和“内腔体积”都是指继电器成品中,去除固体的继电器机构和其它固体部分,而剩余的空腔体积,每一种类型的继电器的剩余的空腔体积是不同的,并且应通过测量或计算获得,因此来确定采用表3中的“加压压强PE”和“加压时间t1”。

2.3.8 寿命

2.3.8.1 要求

寿命试验时的环境温度、动作次数、寿命试验后测量的参数项目均按现行产品标准的规定,其中寿命试验后测量项目为动作电压或电流、释放电压或电流、触点接触电阻或电压降、线圈电阻等,且继电器外壳对地的保险丝仍能保持电的连接。而GJB1042A标准明确规定继电器的寿命试验应在额定值负载条件下且在125℃下循环105次,触点失效监测仪的监测水平,对于低电平试验不应大于100Ω,对于高电平试验不应大于所加负载电压的5%,断开触点间的电压不应小于所加负载电压的95%,如无其他规定,寿命试验后的静态接触电阻不得大于规定的初始值两倍。不得有机械或电气失效,触点熔接,接通、承载或断开负载失效或连接外壳与负载系统接地端或中线的熔断器失效均构成一次失效,二极管的失效应构成失效。

2.3.8.2 方法

继电器线圈加额定电压或电流激励,继电器触点加额度开路电压,100mA(中等电流)或额定闭合电流(阻性)。动作速率为1~5次/秒。在每次动作过程中,监测时间不得少于每一触点实际“闭合”或“断开”时间中的50%的时间。触点监测水平为0.5V。当发生失效时,监测设备应能自动停机,显示故障的性质并进行记录,试验的环境温度可以是常温、极限高温、常温低气压或极限高温低气压等。而GJB1042A标准寿命试验规定被试继电器的线圈所接电源应与负载电源相隔离,被试继电器的负载应分别与每个静触点相连接,负载电源的极性可以任意,被试继电器的动触点可以与负载电源的正极或负极相连接,除介质耐电压外,凡触点加负载并进行循环的所有试验,都应在每只继电器的外壳与电源的接地端或中线之间连接一通用熔断器的条件下进行。熔断器的额定值最大为触点负载的5%,但不得小于100mA。

阻性负载的循环速率为20±2次/分,接通和关断时间大致相等,应采用合适的无感电阻器,电流应是规定的额定阻性电流。

感性负载的循环速率为10±2次/分,接通和关断时间大致相等,电流应是额度电流,应采用合适的感性负载元件(见GJB1042A标准的4.6.19.2.1和4.6.19.2.2条的规定,不详细叙述)。为了得到额度稳定电流,电路中可以接入一合适的电阻器,应按SJ20454推荐的和鉴定机构认可的方法进行试验。

灯负载(若无其他规定)应采用28Vd.c.电源电压进行灯负载试验,可按如下要求采用灯或模拟负载作为继电器负载:

a.模拟负载应使继电器能闭合12倍额定灯负载电流,断开额定的灯负载电流,12倍浪涌电流的持续时间为0.015~0.02s,总的接通时间为5±0.05s, 总的关断时间也为5±0.05s。

b.灯应经过筛选,以使最小的初始冷态浪涌电流达到12倍的额定灯负载,只有符合这一要求的灯才能用作继电器负载,总的接通时间为2±0.05s, 总的关断时间也为7±2s。

2.3.8.3 故障与失效

2.3.8.3.1 故障的定义

继电器在寿命试验过程中,闭合的触点接触电压降大于0.5V或开路触点间的电压低于额度工作电压的80%者,均称为故障。而GJB1042A标准中没有“故障”的定义,只有“失效”的明确规定,即继电器在寿命试验过程中,对触点监测时,对于低电平试验大于100Ω(如无其他规定),对于高电平试验大于所加负载电压的5%,断开触点间的电压小于所加负载电压的95%,如无其他规定,寿命试验后的静态接触电阻大于规定的初始值两倍。

2.3.8.3.2 故障分类

a.瞬时故障是继电器在寿命试验过程中出现的,但在该动作的“闭合”或“断开”中能自动消失的故障,即不能“保持”的故障。而GJB1042A标准中没有瞬时故障的定义。

b.偶然性死故障是继电器在寿命试验过程中出现的,又在停机检查能“保持”。但重新开机动作后,可自动消失的故障。而GJB1042A标准中也没有偶然性死故障的定义。

c.死故障是继电器在寿命试验过程中出现的故障,且停机检查能保持,重新开机后不能消失或经过相当的动作次数后才能消除的故障。而GJB1042A标准中死故障的定义即是失效且不包括经过相当的动作次数后才能消除的故障。

2.3.8.4 失效

若在寿命试验过程中,任一只继电器的各类故障次数超过规定的允许次数。则判定该继电器失效。而GJB1042A标准规定只要出现任何一次失效,则继电器失效,且不能通过鉴定检验。实际有些“七专”产品的标准是规定了瞬时故障的次数,但是次数都很少的。

2.4 例行试验

2.4.1 每提交批进行一次例行试验,原则上规定一次不合格不再进行加倍考核。但分析原因,确定其失效是偶然因素造成并能通过筛选排除的情况下,可在进行针对性筛选后重新提交试验。若试验再不合格则该批产品被判不合格。而GJB1042A标准中没有例行试验,只要产品通过了规定的鉴定检验和A组检验,后续合格资格的保持,只进行周期检验,周期检验由B组检验和C组检验组成,B组检验的周期为3个月, C组检验的周期为24个月。

3 总结

通过QJ840617技术条件与GJB1042A标准详细分析和对比,我们认为QJ840617技术条件是根据当时国内技术水平,制订的一项比较全面的密封继电器技术条件,该技术条件已使用了近三十多年。目前。国内各军用密封继电器研制和生产企业及用户方仍在使用该技术条件,其中根据继电器的应用的场合不同,增加了GJB65B和GJB2888A及GJB4027A标准中的相关项目,另外,在GJB/Z299C-2008《电子设备可靠性预计手册》中规定符合QJ840617《密封电磁继电器“七专”技术条件》的产品质量等级为A2,质量系数лQ为0.30,可以用该系数对电子设备的系统进行可靠性预测,所以QJ840617《密封电磁继电器“七专”技术条件》应该是具有中国特色和完全自主知识产权的技术标准。

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