鄭美榮

摘 要：介紹了在恒溫箱內(nèi)繼電器線圈溫升的試驗(yàn)過程和注意事項(xiàng)，并對繼電器線圈溫升試驗(yàn)的不確定度進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：繼電器；線圈溫升；不確定度；電阻法

中圖分類號：TM58 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.142

溫度試驗(yàn)是電氣安全測試中的一項(xiàng)基本試驗(yàn)，且溫升試驗(yàn)是應(yīng)用最廣、最容易出現(xiàn)測試誤差的試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中的測量方法及設(shè)備精度等都會(huì)對產(chǎn)品的合格性評定產(chǎn)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(fā)熱時(shí)的電阻值變化來計(jì)算，得到平均溫升。本文以JWJXC-H125/0.44型繼電器線圈溫升試驗(yàn)為例，介紹了采用電阻法測量繞組線圈溫升的試驗(yàn)過程、注意事項(xiàng)及從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面所產(chǎn)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(guī)定的測試條件下，線圈的穩(wěn)定溫度與環(huán)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(yàn)主要是根據(jù)GB/T 6902—2010《鐵路信號繼電器試驗(yàn)方法》進(jìn)行的，其計(jì)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(fā)熱情況下的溫度，℃；θ02為線圈熱態(tài)電阻時(shí)的環(huán)境溫度，℃；R2為溫度為θ2時(shí)被測線圈的電阻值，Ω；R1為溫度為θ01時(shí)被測線圈的電阻值，Ω；α為在0 ℃時(shí)被測線圈導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)（銅為0.004 1/℃）；θ01為被測線圈冷態(tài)電阻時(shí)的環(huán)境溫度，℃。

從以上可以看出，溫升的測試結(jié)果主要取決于線圈冷態(tài)電阻、熱態(tài)電阻、試驗(yàn)前后的環(huán)境溫度4個(gè)參數(shù)，在確定這4個(gè)參數(shù)的過程中，將涉及測量儀器的準(zhǔn)確度、測量方法、外接引線的影響、實(shí)際達(dá)到線圈溫度狀態(tài)的判定等方面的因素。

2 電阻法測量線圈溫升的試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

將繼電器放在測量室內(nèi)不少于8 h，在試驗(yàn)測量前1小時(shí)內(nèi)，室溫的變化不應(yīng)大于3 ℃。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

供電電源：變頻電源和穩(wěn)壓電源，電源的穩(wěn)定性越好，試驗(yàn)準(zhǔn)確性越高；

萬用表：監(jiān)測試驗(yàn)過程中電壓或電流的波動(dòng)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(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的環(huán)境溫度。

2.3 試驗(yàn)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(dǎo)線接好并放置在恒溫箱內(nèi)，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(jié)果的影響。

將JWJXC-H125/0.44型繼電器線圈的引出端用導(dǎo)線連接好并從恒溫箱內(nèi)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(shí)記錄下試驗(yàn)開始時(shí)的環(huán)境溫度。

將繼電器線圈的引出端導(dǎo)線連接到相應(yīng)的供電端，通以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電壓值或電流值，使繼電器處于吸起狀態(tài)，并在恒溫箱內(nèi)設(shè)置產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境溫度，注意整個(gè)試驗(yàn)期間監(jiān)視電壓值或電流值，確保其值不會(huì)發(fā)生大的變化。

保溫2 h后斷電，用測試?yán)鋺B(tài)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(dāng)每隔1 h溫度變化不超過1 ℃時(shí)，則認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定溫度。對于短時(shí)工作的線圈（0.44 Ω），在溫升試驗(yàn)測試熱態(tài)電阻時(shí)，將繼電器置于所要求的恒溫箱內(nèi)，保溫2 h后，在線圈上通以額定電流20 min時(shí)測量。整個(gè)溫升試驗(yàn)過程事實(shí)上有時(shí)長達(dá)5～6 h。

繼電器前圈電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果的不確定度評定

首先分析方差和傳播系數(shù)。在上述溫升的計(jì)算公式中，我們認(rèn)為R1，R2，θ01，θ02的測量是獨(dú)立不相關(guān)的，根據(jù)公式：

3.1 試驗(yàn)開始時(shí)線圈冷態(tài)電阻的測量不確定度分量

由于線圈電阻的測試在試驗(yàn)前后都是附加連接導(dǎo)線測量的，忽略因熱傳導(dǎo)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(jù)其使用說明書上給出的測量誤差為±0.2%讀數(shù)值±2個(gè)字，測量繼電器前圈電阻為124.16 Ω，e=±（0.2%×124.16+0.02），在區(qū)間內(nèi)可以認(rèn)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(shù)CR1=-R2（1/α+θ01）/R12=-2.65 ℃/Ω。

3.2 試驗(yàn)開始時(shí)線圈冷態(tài)溫度的不確定度分量

線圈實(shí)際冷態(tài)溫度是用冷態(tài)線圈所處的室溫來代表的，但由于實(shí)際室溫并不恰好等于線圈實(shí)際冷態(tài)溫度，室溫本身測量也存在較大誤差，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室溫濕度表的校準(zhǔn)證書，擴(kuò)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(huán)境溫度有誤差外，一般計(jì)算時(shí)假設(shè)線圈的初始溫度與環(huán)境溫度是相等的，但在實(shí)際情況下不能達(dá)到理想假設(shè)的情況，最大偏差估計(jì)為±0.3 ℃（經(jīng)驗(yàn)估計(jì)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(shù)Cθ01=R2/R1=1.24.

3.3 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)熱態(tài)線圈電阻的測量不確定度分量

根據(jù)低電阻測試儀使用說明書上給出的測量誤差為±0.2%讀數(shù)值±2個(gè)字，繼電器前圈熱態(tài)電阻為153.78 Ω，e=±（0.2%×153.786+0.02），在區(qū)間內(nèi)可以認(rèn)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(shù)CR2=（1/α+θ01）/R1=2.14 ℃/Ω。

3.4 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)環(huán)境溫度的測量不確定度分量

由于產(chǎn)品要求的試驗(yàn)環(huán)境溫度超過常溫，所以在恒溫箱內(nèi)進(jìn)行，這樣就要考慮恒溫箱所引起的誤差，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室恒溫箱的校準(zhǔn)證書，其擴(kuò)展不確定度為：U=0.1 ℃，K=2，得uθ02=0.1/2=0.05 K，靈敏系數(shù)Cθ02=-1.

3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC的估算

由于各個(gè)不確定度互相獨(dú)立，所以：

=0.366 K，

得uC=0.61 K。

3.6 擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U的評定

擴(kuò)展確定度U為合成標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)的不確定度進(jìn)行分析，得到其不確定度，當(dāng)試驗(yàn)數(shù)值在臨界值附近時(shí)應(yīng)考慮不確定度，再根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)規(guī)則判定，以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)對試驗(yàn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，包括試驗(yàn)環(huán)境、導(dǎo)線連接、儀器儀表的選擇等。另外，提高試驗(yàn)人員的熟練程度和認(rèn)真態(tài)度對降低不確定度也是有益的。

4 結(jié)束語

以上內(nèi)容是結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)所得，針對溫升測試的影響參數(shù)，從降低測量誤差、提高測量準(zhǔn)確度的角度，提出了測量中應(yīng)注意的事項(xiàng)。同時(shí)也對試驗(yàn)過程中的測量不確定度進(jìn)行了一定的分析。如有不當(dāng)之處，請批評指正，也希望同行繼續(xù)探討和交流。

參考文獻(xiàn)

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[3]江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，中國計(jì)量科學(xué)研究院，北京理工大學(xué)，等.JJF 1059.1—2012 測量不確定度評定與表示[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

〔編輯：劉曉芳〕