继电器线圈温升试验浅析

郑美荣

摘 要：介绍了在恒温箱内继电器线圈温升的试验过程和注意事项，并对继电器线圈温升试验的不确定度进行了分析。

关键词：继电器；线圈温升；不确定度；电阻法

中图分类号：TM58 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.142

温度试验是电气安全测试中的一项基本试验，且温升试验是应用最广、最容易出现测试误差的试验，试验过程中的测量方法及设备精度等都会对产品的合格性评定产生决定性影响。目前来说，对继电器线圈温升的测试一般采用电阻法，通过测量绕组线圈发热时的电阻值变化来计算，得到平均温升。本文以JWJXC-H125/0.44型继电器线圈温升试验为例，介绍了采用电阻法测量绕组线圈温升的试验过程、注意事项及从人、机、料、法、环等方面所产生的不确定度的分析。

1电阻法测量线圈温升的原理

线圈温升是在规定的测试条件下，线圈的稳定温度与环境温度之差，一般用电阻法测量，得到的是平均温升。众所周知，铜、铝等金属，其电阻是随着温度的变化而变化的。本试验主要是根据GB/T 6902—2010《铁路信号继电器试验方法》进行的，其计算公式如下：

（1）

式（1）中：τpj为线圈的平均温升，K；θ2为线圈在发热情况下的温度，℃；θ02为线圈热态电阻时的环境温度，℃；R2为温度为θ2时被测线圈的电阻值，Ω；R1为温度为θ01时被测线圈的电阻值，Ω；α为在0 ℃时被测线圈导体材料的电阻温度系数（铜为0.004 1/℃）；θ01为被测线圈冷态电阻时的环境温度，℃。

从以上可以看出，温升的测试结果主要取决于线圈冷态电阻、热态电阻、试验前后的环境温度4个参数，在确定这4个参数的过程中，将涉及测量仪器的准确度、测量方法、外接引线的影响、实际达到线圈温度状态的判定等方面的因素。

2 电阻法测量线圈温升的试验过程

2.1 试验前准备

将继电器放在测量室内不少于8 h，在试验测量前1小时内，室温的变化不应大于3 ℃。

2.2 试验设备

供电电源：变频电源和稳压电源，电源的稳定性越好，试验准确性越高；

万用表：监测试验过程中电压或电流的波动情况；

低电阻测试仪：采用四端法测量，测量精度高；

恒温箱：用以实现试验的环境温度。

2.3 试验过程

的连接示意图的连接示意图

将JWJXC-H125/0.44型继电器线圈的引出端与连接导线接好并放置在恒温箱内，如图1所示，注意继电器与恒温箱壁要

保持一定的距离，以减少恒温箱壁的辐射热和温度的不均匀性对测试结果的影响。

将JWJXC-H125/0.44型继电器线圈的引出端用导线连接好并从恒温箱内引出，如图2所示，在箱外用低电阻测试仪测试该线圈阻值并同时记录下试验开始时的环境温度。

将继电器线圈的引出端导线连接到相应的供电端，通以产品标准规定的电压值或电流值，使继电器处于吸起状态，并在恒温箱内设置产品标准规定的环境温度，注意整个试验期间监视电压值或电流值，确保其值不会发生大的变化。

保温2 h后断电，用测试冷态电阻同样的方法测试保温2 h后的阻值并记录，以后每隔1 h测试一次，即当每隔1 h温度变化不超过1 ℃时，则认为已达到稳定温度。对于短时工作的线圈（0.44 Ω），在温升试验测试热态电阻时，将继电器置于所要求的恒温箱内，保温2 h后，在线圈上通以额定电流20 min时测量。整个温升试验过程事实上有时长达5～6 h。

继电器前圈电阻试验数据如表1所示。

3 试验结果的不确定度评定

首先分析方差和传播系数。在上述温升的计算公式中，我们认为R1，R2，θ01，θ02的测量是独立不相关的，根据公式：

3.1 试验开始时线圈冷态电阻的测量不确定度分量

由于线圈电阻的测试在试验前后都是附加连接导线测量的，忽略因热传导作用等对电阻的影响，只考虑由低电阻测试仪引入的测量误差，根据其使用说明书上给出的测量误差为±0.2%读数值±2个字，测量继电器前圈电阻为124.16 Ω，e=±（0.2%×124.16+0.02），在区间内可以认为服从均匀分布，包含因子k= ，则uR1=（0.2%×124.16+0.02）/ =0.155 K。灵敏系数CR1=-R2（1/α+θ01）/R12=-2.65 ℃/Ω。

3.2 试验开始时线圈冷态温度的不确定度分量

线圈实际冷态温度是用冷态线圈所处的室温来代表的，但由于实际室温并不恰好等于线圈实际冷态温度，室温本身测量也存在较大误差，依据实验室温湿度表的校准证书，扩展不确定度U=0.3 ℃，K=2，得u1=0.3/2=0.15 K。

除了继电器处于的室温环境温度有误差外，一般计算时假设线圈的初始温度与环境温度是相等的，但在实际情况下不能达到理想假设的情况，最大偏差估计为±0.3 ℃（经验估计值），接近正太分布，置信概率为99%，因此包含因子K=2.58，得u2=0.3/2.58=0.116 K，uθ01==0.090 K。

综合u1和u2，得灵敏系数Cθ01=R2/R1=1.24.

3.3 试验结束时热态线圈电阻的测量不确定度分量

根据低电阻测试仪使用说明书上给出的测量误差为±0.2%读数值±2个字，继电器前圈热态电阻为153.78 Ω，e=±（0.2%×153.786+0.02），在区间内可以认为服从均匀分布，包含因子k= ，则uR2=（0.2%×153.78+0.02）/ =0.189 K。灵敏系数CR2=（1/α+θ01）/R1=2.14 ℃/Ω。

3.4 试验结束时环境温度的测量不确定度分量

由于产品要求的试验环境温度超过常温，所以在恒温箱内进行，这样就要考虑恒温箱所引起的误差，依据实验室恒温箱的校准证书，其扩展不确定度为：U=0.1 ℃，K=2，得uθ02=0.1/2=0.05 K，灵敏系数Cθ02=-1.

3.5 合成标准不确定度uC的估算

由于各個不确定度互相独立，所以：

=0.366 K，

得uC=0.61 K。

3.6 扩展标准不确定度U的评定

扩展确定度U为合成标准不确定度uC与所选择的包含因子K之积，取K=2，置信概率95%，则U=2uC=1.22 K。

通过对JWJXC-H125/0.44型继电器前圈线圈电阻温升试验的不确定度进行分析，得到其不确定度，当试验数值在临界值附近时应考虑不确定度，再根据有关机构规则判定，以提高结果的准确性。同时对试验过程中各个环节进行监控，包括试验环境、导线连接、仪器仪表的选择等。另外，提高试验人员的熟练程度和认真态度对降低不确定度也是有益的。

4 结束语

以上内容是结合标准规定和实际工作经验所得，针对温升测试的影响参数，从降低测量误差、提高测量准确度的角度，提出了测量中应注意的事项。同时也对试验过程中的测量不确定度进行了一定的分析。如有不当之处，请批评指正，也希望同行继续探讨和交流。

参考文献

[1]西安全路通号器材研究所.GB/T 6902—2010 铁路信号继电器试验方法[S].北京：中国标准出版社，2010.

[2]沈阳铁路信号工厂，西安铁路信号工厂，西安全路通号器材研究所.GB/T7417—2010 铁路信号AX系列继电器[S].北京：中国标准出版社，2010.

[3]江苏省计量科学研究院，中国计量科学研究院，北京理工大学，等.JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示[S].北京：中国标准出版社，2012.

〔编辑：刘晓芳〕