楊夢(mèng)琳

（成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)，四川 成都 610225）

繼電器延遲時(shí)間測(cè)量電路的研究與設(shè)計(jì)

楊夢(mèng)琳

（成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)，四川 成都 610225）

由于繼電器觸點(diǎn)開關(guān)“吸合”“釋放”時(shí)要產(chǎn)生延時(shí)參數(shù)。此延時(shí)給自動(dòng)控制帶來麻煩。本文論述了繼電器觸點(diǎn)“開”“關(guān)”延遲理論。設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單可靠的延時(shí)測(cè)試電路。用此電路對(duì)市場(chǎng)上兩種繼電器抽檢測(cè)試結(jié)果，均符合繼電器技術(shù)條件要求。論文從理論上計(jì)算了它的延遲時(shí)間，并與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。本電路可應(yīng)用于對(duì)繼電器有延時(shí)要求的設(shè)計(jì)師和工廠檢驗(yàn)人員制作檢測(cè)裝置或設(shè)備使用。

存儲(chǔ)磁能；“開”“關(guān)”延時(shí)；簡(jiǎn)單可靠；線性元件；校正位置；數(shù)字化測(cè)量

繼電器觸點(diǎn)開關(guān)，廣泛應(yīng)用于各類網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制中，但由于它的“開”“關(guān)”功能有延遲缺點(diǎn)，對(duì)于自動(dòng)控制中的“指令”連接會(huì)造成誤判。本文設(shè)計(jì)的電路專為測(cè)量繼電器“開”“關(guān)”延遲時(shí)間。這樣在自動(dòng)控制設(shè)計(jì)時(shí)，將它的延遲時(shí)間給予扣除，就可使自動(dòng)控制系統(tǒng)的“指令”順利連接網(wǎng)絡(luò)。

1 繼電器觸點(diǎn)開關(guān)產(chǎn)生延時(shí)理論

繼電器工作電路如圖1(a)所示，由于它的線圈是儲(chǔ)存磁能元件[1]，當(dāng)K接通時(shí)，線圈產(chǎn)生自感電勢(shì)使IL逐漸增加至I′L（觸點(diǎn)開關(guān)K′吸合時(shí)的線圈電流值）時(shí)，K′才吸合。此時(shí)，t′是K′延時(shí)吸合時(shí)間，如圖1(b)所示。反之，當(dāng)K斷開時(shí)，線圈又產(chǎn)生自感電勢(shì)使 IL逐漸下降至 I″L時(shí)，K′才釋放。 這時(shí)，t″是K′延遲釋放時(shí)間，如圖 1(c)所示[2]。

2 測(cè)量延時(shí)電路的設(shè)計(jì)

為測(cè)量方便，將被測(cè)繼電器線圈供電開關(guān)“K”設(shè)計(jì)為自動(dòng)開關(guān)“K自動(dòng)”，用產(chǎn)生方波的多諧振蕩器的G2輸出拖動(dòng)“J1”完成K自動(dòng)

圖1 繼電器觸點(diǎn)開關(guān)產(chǎn)生延時(shí)原理Fig.1 Principle generate delay relay contact switch

[3]，如圖2所示，K自動(dòng)與E2構(gòu)成方波源給被測(cè)繼電器線圈供電，方波前沿測(cè)吸合延遲時(shí)間，后沿測(cè)延遲釋放時(shí)間，K自動(dòng)開關(guān)切換頻率約為85次/分。為提高測(cè)量精度，測(cè)量電路采用線性元件組成。圖中R5、R6為測(cè)量被測(cè)繼電器“J2”觸點(diǎn)開關(guān)“K3”吸合延時(shí)取樣元件。 R7、R8、D4、D5為測(cè)量“J2”觸點(diǎn)開關(guān)“K3”釋放延時(shí)取樣元件。D3為隔斷“J2”線圈釋放時(shí)自感電流從R8、R7支路放電影響延遲參數(shù)值的測(cè)量。電路中的K1、K2為單刀雙連開關(guān)。用示波器接入K2動(dòng)片端R9進(jìn)行測(cè)量。此電路的多謝振蕩器也可用555時(shí)基集成電路輸出方波[4]用三極管拖動(dòng)“J1”完成 K自動(dòng)功能。

圖2 繼電器開關(guān)延遲測(cè)試電路Fig.2 Relay switching delay test circuit

圖2中，K1、K2置于“合”時(shí)，是測(cè)量繼電器觸點(diǎn)開關(guān)吸合時(shí)間，當(dāng)K自動(dòng)于“合”瞬間，VA給被測(cè)繼電器線圈供電同時(shí)，經(jīng)R6輸出高電位VR6（t1），此后繼電器線圈通電產(chǎn)生自感電流 IL，使 K3延時(shí)閉合，R6上立即降至零電位 VR6=0（t2）。 示波器上讀出（t2– t1=t合）t合為 K3延遲吸合時(shí)間。 反之，在 K1、K2置于“放”時(shí)，是測(cè)量繼電器觸點(diǎn)開關(guān)釋放時(shí)間，當(dāng)K自動(dòng)由“合”至打開時(shí)，VA=0 瞬間，VR8由高電位降至零電位（t′1），繼電器線圈產(chǎn)生自感電流IL，使K3延遲打開，VR6立即上升至高電位（t′2）。 示波器上讀出（t′2-t′1=t放）t放為 K3延遲打開時(shí)間。 上述工作過程中，由 K自動(dòng)（VA）、IL、t1（t2）、t′1（t′2）的時(shí)域關(guān)系，得到t合的t放和波形如圖3所示，從示波器屏上時(shí)標(biāo)直接讀出和值。（示波器X軸微調(diào)“校準(zhǔn)”旋鈕順時(shí)針旋到底）

圖3 繼電器觸點(diǎn)吸合釋放波形圖Fig.3 Relay contacts pull-release waveform

3 電路實(shí)驗(yàn)

按圖2電路對(duì)抽查2種繼電器“常開”觸點(diǎn)開關(guān)延時(shí)值的測(cè)量如下：

1 )繼電器手冊(cè)上2種繼電器技術(shù)指標(biāo)

2 )用示波器測(cè)試結(jié)果

JRC–7M型繼電器測(cè)試記錄（電源E2=16 V)

圖4 觸點(diǎn)開關(guān)吸合、釋放波形及延遲時(shí)間Fig.4 Contact switch pull,release waveform and delay time

測(cè)試結(jié)果：“吸合”“釋放” 波形均符合圖 3t合、t放設(shè)計(jì)波形要求;“吸合”“釋放”時(shí)間均符合繼電器技術(shù)條件要求

結(jié)論：合格

JZX–10M型繼電器測(cè)試記錄（電源E2=27 V）

圖5 觸點(diǎn)開關(guān)吸合、釋放波形及延遲時(shí)間Fig.5 Contact switch pull,release waveform and delay time

測(cè)試結(jié)果：“吸合”“釋放” 波形均符合圖3 t合、t放設(shè)計(jì)波形要求;“吸合”“釋放”時(shí)間均符合繼電器技術(shù)條件要求。

結(jié)論：合格

實(shí)驗(yàn)儀器：HY1711雙路電源、CALTE—10M示波器、500HA型三用表、VICTOR6243電感測(cè)試儀

3）從理論上講，將圖3中的t合和t放作為門控信號(hào)，去控制時(shí)標(biāo)信號(hào)源可實(shí)現(xiàn)更精確的數(shù)字化測(cè)量。如圖6所示。

圖6 數(shù)字化測(cè)量Fig.6 Digital measurement

4 對(duì)測(cè)試分析

根據(jù)吸合電流和釋放電流計(jì)算t合和t放值，與測(cè)試的t合和t放值進(jìn)行比較分析；

1）對(duì)圖2中的K3延時(shí)吸合時(shí)間計(jì)算

圖2中，當(dāng)K自動(dòng)閉合時(shí)，繼電器線圈產(chǎn)生自感電流IL(t)，使K3延時(shí)閉合，繼電器線圈的IL—t變化關(guān)系如圖1(b)所示，其IL的表達(dá)式為：

對(duì)繼電器JCR—7M而言

對(duì)上式兩邊取自然對(duì)數(shù)

2）對(duì)圖2中的K3延遲釋放時(shí)間計(jì)算

圖2中，當(dāng)K自動(dòng)斷開時(shí)，繼電器線圈產(chǎn)生自感電流Li（t），此自感電流使 K3延遲釋放，如圖 1(c)所示，i放（t）表達(dá)式如下：

式中，I0為線圈工作時(shí)的穩(wěn)定電流，即i（∞）值

對(duì)繼電器JCR—7M而言

上式兩邊取自然對(duì)數(shù)

3）對(duì)t放和t合測(cè)試與計(jì)算比較、分析如表1。

表1 吸合、釋放時(shí)間的測(cè)試與計(jì)算結(jié)果Tab.1 pull,release time of the test and calculation results

分析：測(cè)試值t合明顯比計(jì)算值t合大，這說明開關(guān)彈簧片有彈力存在。由于實(shí)驗(yàn)繼電器的開關(guān)平時(shí)處于“常開”狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)在吸合過程中，F(xiàn)磁力要克服阻力F彈力才能閉合，所以延長(zhǎng)了吸合時(shí)間，即t合計(jì)算﹤t合測(cè)試。而在釋放過程中，只要F磁力﹤F彈力時(shí)，開關(guān)就能釋放，所以縮短了釋放時(shí)間，即 t放計(jì)算﹥t放測(cè)試。

5 結(jié)論

1）可行性：從圖4～圖5看出，實(shí)驗(yàn)測(cè)出的開關(guān)吸合和釋放波形與設(shè)計(jì)推理產(chǎn)生的波形圖3一致，以及測(cè)試的吸合延遲時(shí)間與釋放延遲時(shí)間均符合繼電器技術(shù)條件要求。為此，本設(shè)計(jì)電路是可行的。

2）可靠性：從圖2看出，將左邊多諧電路與右邊測(cè)試電路隔斷，使多諧電路對(duì)被測(cè)繼電器電路完全無影響。重要的是延時(shí)測(cè)試電路全部采用線性元件，從而避免了非線性因素對(duì)測(cè)量參數(shù)的影響，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。更重要的是測(cè)試電路元件少，從電路產(chǎn)生故障的概率而言，電路元件越少，它工作的可靠度越高。

3）重復(fù)性：本電路對(duì)繼電器短時(shí)間內(nèi)可重復(fù)測(cè)量。重復(fù)性對(duì)高端產(chǎn)品極為重要，例如衛(wèi)星上天，控制器在工作多次中有一次不動(dòng)作或接觸不良時(shí)，可想而知對(duì)整個(gè)事件就會(huì)失敗，本測(cè)量電路在一分鐘內(nèi)可重復(fù)測(cè)量85次，若有一次不動(dòng)作或接觸不良時(shí)，示波器上都可以發(fā)現(xiàn)。

4）數(shù)字化；對(duì)t合、t放要求更精確測(cè)量時(shí)，可采用本論文中“數(shù)字化測(cè)量”方案。

[1]南京無線電工業(yè)學(xué)校編.電工學(xué)上[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版，1959.

[2]李瀚蓀電路分析基礎(chǔ)中[M].2版.北京：高等教育出版社.

[3]清華大學(xué)、電子系、自動(dòng)化系.晶體管脈沖數(shù)字電路[M].北京：科學(xué)出版社，1971.

[4]楊志忠、章忠全.集成電路及元器件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2010.

[5]陜西群力無線電器材廠.SJ1755-81.繼電器產(chǎn)品手冊(cè)[S].陜西，2004.

[6]中國(guó)振華集團(tuán)群英無線電器材廠.SJ1755-81.群英繼電器產(chǎn)品手冊(cè)[S].貴州，2002.

Research and design of relay time delay measuring circuit

YANG Meng-lin
（Electronic Information，Science and Technology，Electronic Engineering， Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225，Chian）

Since the relay contacts switch ＂pull＂＂release＂to generate delay parameters.This delay to the automatic control of trouble.This article discusses the relay contacts ＂on＂and ＂off＂delay theory.Designed a simple and reliable test circuit delay.With this circuit on the market,two kinds of relay sampling test results are in line with the relay technical conditions.Paper from its theoretically calculated delay time and the test results are analyzed.This circuit can be applied to the relay with delay requirements of designers and factory inspectors making detection devices or equipment to use.

stored magnetic energy;＂on＂and ＂off＂delay;simple and reliable;linear element;corrected position;digital measurement

TN7

A

1674-6236（2014）13-0120-03

2013-08-24 稿件編號(hào)：201308160

楊夢(mèng)琳（1993—），女，重慶人。研究方向：自動(dòng)控制。