军用电磁继电器通用技术要求分析

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550000)

1 引言

电磁继电器是一种利用线圈(输入)内通电流在电磁铁铁芯与衔铁之间产生吸力从而带动触点(输出)动作的电子控制元器件，具有在电路中进行信号传递、执行控制、自动调节、转换电路等功能，广泛应用于航天、航空、运载火箭等领域。复杂的工作环境，要求电磁继电器必须具有比普通产品更高的技术指标及环境适应性，纵观国内军用电磁继电器的研制生产情况，我国通过借鉴国外先进技术标准，积累研制生产经验，先后颁布实施了GJB 65B-1999《有可靠性指标的电磁继电器总规范》、GJB 1042A-2002 《电磁继电器通用规范》、GJB 1461A-2017《大功率电磁继电器通用规范》、GJB 2888A-2011《有失效率等级的功率型电磁继电器通用规范》、GJB 7401-2011《有失效率等级的射频电磁继电器通用规范》等五项电磁继电器的国家军用标准。我公司较多采用GJB 65B-1999及GJB 2888A-2011来指导军用电磁继电器的研制生产，接触器则采用GJB 1461A-2017。上述通用规范所采用的试验方法均为GJB 360，电磁继电器的工作温度为-65℃～+125℃。

2 适用范围

GJB 65B-1999适用于触点负载从低电平到额定值5A的交流或直流负载的气密式密封电磁继电器；GJB 1042A-2002适用于触点额定电流为10A的继电器；GJB 1461A-2017适用于触点额定值不小于10A的继电器，其辅助触点额定值可以小于10A，可直接用于飞机、导弹、宇宙飞船、舰艇及其他运载工具或地面支持设备；GJB 2888A-2011适用于触点额定值(以下均称阻性负载)从低电平到25A的交流或直流负载的继电器，其他额定负载(电动机、感性、灯)小于25A；GJB 7401-2011适用于触点额定值为直流1A、输出特性阻抗为50Ω的气密封射频电磁继电器。

军用电磁继电器的生产应拥有一套独立、完整的控制体系，以保证按通用规范提交的电磁继电器为合格产品，包括按GJB 546规定建立并保持质量保证大纲，按GJB 3014规定建立并保持统计过程控制体系(SPC)，按GJB 1649规定建立并保持静电放电ESD控制大纲计划等要求。

3 通用技术要求

3.1 材料、镀覆要求

总规范规定了电磁继电器的选材及表面处理要求，如所选用的材料应能提供最长的储存寿命，应能防霉、自熄，不应助燃，不应散发有毒有害气体；内部使用的材料不应散发出使密封外壳爆炸的气体，不得污染触点和其他零件以及对继电器寿命和可靠性产生有害影响；除外部垫圈外，禁止使用硅酮或硅酮化合物；除触点外，禁止使用镁或镁合金；金属零件要求耐腐蚀，禁止使用汞或汞化合物；镀层禁止采用纯锌、纯镉、纯锡镀层(可以采用锡铅合金，但铅的含量不应小于3%)。不同金属之间互相直接接触使用时，应具有防止电解腐蚀的措施。所使用的非金属零件(如塑料、陶瓷、电磁线等)应符合相关标准的规定。简而概之，材料应尽可能使用可循环利用、回收或环保优质材料，禁止使用对环境有害的材料，通用规范中列出了17种对环境有害的材料，规定只有在其他材料不能满足性能要求时方可使用。

3.2 结构设计要求

结构设计时，继电器的接口、尺寸及重量应符合规定，包括外壳、触点、线圈、电路图、安装方式、引出端等设计，应能保证继电器在任何安装位置均能正常工作。如外壳的设计应配有接地装置；触点的设计应能在规定的各种环境条件下连续承受最大额定电流，并在规定的电流下闭合和断开；线圈的设计应能保证在最大额定电压和最高温度下连续工作，与线圈架、触点及任何接地部分之间应具有足够的电气绝缘。针对某些特殊继电器的设计还应符合相关标准的规定，如气密封继电器应经过干燥、排气、再充入保护气体，并按规定进行熔焊密封，继电器罩壳封焊到底座以后，不允许为符合要求而拆罩的返工；双线圈自保持继电器应设计成当同时激励两个线圈时，其触点不应处于中位状态(动合触点和动断触点均不闭合)，同时要求进行中位筛选。引出端形式依据GJB/Z 52-1994规定，主要有七种型式，分别是：1-焊针式、2-插针式、3-焊线式、4-焊钩式、5-焊孔式、6-焊钉式、7-其他型式，GJB 1461A-2017还规定了螺栓引出端。

3.3 触点额定值

触点额定值根据确定继电器转换额定负载能力的负载寿命试验而定，定义如下：

1)低电平：10μA，50mV到10mA，6V(GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011为10mV～50mV下10μA～50μA)；

2)中等电流：10mA，6V到100mA，28V；

3)高电平：100mA，28V以上。

3.4 降额使用

恰当的降额使用可以提高继电器的使用寿命和可靠性，但降额是有一定限度，通常元器件都有一个最佳的降额范围，超过最佳范围的降额，元器件的可靠性改善会降低，甚至无法达到规定的使用要求。在进行继电器的降额设计时，主要考虑连续触点电流、线圈工作电压、线圈吸合/释放电压、振动和温度等参数影响，GJB/Z 35-1993《元器件降额准则》中推荐了三个降额等级，分别是I级降额、Ⅱ级降额、Ⅲ级降额，继电器降额准则见GJB/Z 35-1993中表2的要求。我公司的电磁继电器通常在触点负载电流的50%至70%之间选取，推荐按70%降额使用。

3.5 技术参数

3.5.1 电性能

电性能是电磁继电器的固有性能参数，包括线圈参数和触点参数。线圈参数包括线圈电压、线圈电阻及动作、保持及释放电压等；触点参数包括触点组数及各种负载(阻性、感性、电动机、灯、低电平、中等电流等或混合负载及相应的寿命次数)。电性能参数见表1，通用规范中要求这些参数必须100%进行检验。说明如下：

1)静态接触电阻的测试点为所有常闭触点组之间；线圈以额定电压激励下所有常开触点组之间。测试负载按如下规定：

①GJB 65B-1999、GJB 1042A-2002、GJB 7401-2011：最大6V，最大10mA阻性；高电平寿命、中等电流试验后：应与寿命及中等电流试验的电压和电流相同，或按最大直流28V，最大100mA。

②GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011：≤额定电压，100mA。低电平按低电平电压额定值，最大10 mA。寿命后：与寿命中的最大额定电压和电流相同，或按最大直流28V，最大100mA。

2)对多组触点的继电器，每次测量动作、释放时间时，从最快动作的动触点初始闭合至最慢动作的动触点最后闭合之间的时间差不超过1ms(GJB 1461A-2017规定为不超过2ms)。

3)触点回跳的判定：当出现任何≥开路电压的90%，且脉冲宽度≥10μs的现象时，即认为是触点回跳。

4)触点稳定时间：GJB 65B-1999规定触点回跳适用于L失效率等级，触点稳定时间适用于M、P、R失效率等级，但GJB 2888A-2011未规定。

5)对射频电磁继电器，还应规定相应的射频特性要求，如分布电容、插入损耗、电压驻波比、隔离度、射频功率传输能力等，相关性能指标可参见GJB 7401-2011。

表1 电性能参数

3.5.2 绝缘电阻

绝缘电阻是在外加直流电压下，由于绝缘不完善产生漏电流而形成的电阻，受温度、湿度、氧化等因素的影响。要求初始值不小于10 000 MΩ(GJB 1461A-2017规定不小于100 MΩ，未规定寿命后)；高电平寿命后，不小于1 000 MΩ(GJB 2888A-2011规定不小于100 MΩ)。试验在激励和去激励(自保持/复归)状态下进行。测试电压一般选择试验条件B(500±10%VDC)，当继电器线圈和触点额定值都低于60V时，可选择试验条件A(100±10% VDC)。测量点如下：

1)外壳、底座或外壳整体与处于激励和去激励状态下的所有触点之间；

2)外壳、底座与线圈之间；

3)所有触点与线圈之间；

4)处于激励和去激励状态下的各断开触点之间；

5)处于激励和去激励状态下的各触点组之间；

6)自保持继电器的各线圈之间。

注意：GJB 1461A-2017的绝缘电阻测试有相对湿度要求，即30%～50%。

3.5.3 介质耐电压

继电器经受温度、湿度、气压或浪涌、瞬时过电压等因素影响时，可能会发生击穿或飞弧现象，介质耐电压考核的是继电器在规定的时间内耐受规定电压而不发生击穿的能力。总规范要求漏电流不超过100μA(GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011规定不超过1mA)，高电平寿命试验后，正常大气压或低气压下介质耐电压值至少为初始值的75%。试验电压正常大气压下为1000×(1±5%)V+两倍额定电压，或规定值×(1±5%)V；低气压(4.4kPa)下350V。

3.5.4 寿命

寿命所带负载类型有阻性负载、感性负载、灯负载、电动机负载、低电平负载、混合负载等，中等电流不被看做是高电平或低电平触点负载额定值。寿命参数1×105次(环境温度：最低125℃)。说明如下：

1)中等电流、寿命试验在环境温度最低为125℃的条件下进行，试验过程中至少40%的闭合时间内监测接触电阻，至少40%的断开时间内监测开路电压，且应满足：

①中等电流：闭合触点间的接触电阻不大于3Ω，断开触点间的电压降不小于所加负载电压的95%(GJB 1461A-2017与GJB 2888A-2011为90%)。循环后，室温下测量静态接触电阻不超过极限值。

②寿命试验要求低电平试验接触电阻不大于100Ω；高电平试验断开触点间的电压降不小于95%(GJB 2888A-2011为90%)。循环后，静态接触电阻不大于初始接触电阻的2倍。每只样品的所有触点转换相同的负载。GJB 1461A-2017、GJB 2888A-2011要求在试验过程中监测引出端的温升不超过75℃(仅鉴定检验做)。

2)机械寿命在室温条件下进行，试验后要求测量绝缘电阻、介质耐电压不超过极限值，动作和释放时间不超过极限值的120%(GJB 1461A-2017未规定测试项目)。

3.5.5 其他特性要求

电磁继电器应具备某些特定条件下的可靠使用能力，如过负载、极限通断、连续通断等：

1)过负载、极限通断、限时电流继电特性要求在直流28V、交流115V(400Hz)、交流三相115V/200V(400Hz)的系统电压下进行测试，负载条件均为阻性。

2)过负载试验过程中要求监测触点间的电压降，闭合触点间的电压降不大于所加负载电压的5%(GJB 2888A-2011为10%)，断开触点间的电压降不小于95%(GJB 2888A-2011为90%)。

3)GJB 1461A-2017规定过负载、极限通断、限时电流继电特性、连续通电试验过程要求监测引出端温升不超过75℃(仅鉴定检验)，试验后检查外壳与地之间熔断器的电气连续性。

3.5.6 密封性

总规范规定电磁继电器的密封泄漏率不大于1×10-3Pa.cm3/s。GJB 1042A-2002中规定干簧继电器应无泄漏现象；GJB 1461A-2017中规定环境密封的继电器，其泄漏率由详细规范规定。

密封性的检测包含细检漏和粗检漏两个方面。通用规范中规定了两种常用的检测方法，一种是针对封入示踪气体的继电器，一种是针对未封入示踪气体的继电器。无论是哪种状态的继电器，均可按GJB 548B-2005方法1014.2试验条件B进行，不要求粗检漏。也可采用如下试验方法进行：

1)封入示踪气体的继电器：按GJB 360B-2009方法112，试验条件C，程序Ⅳ，继电器充入一种氦示踪气体(90%～97%的干燥空气，3%～10%的氦气)。试验后检测：不适用。

2)未封入示踪气体的继电器：按GJB 548B-2005方法1014.2，试验条件A1或A2，试验后测量按GJB 360B-2009方法112试验条件A、B或D进行粗检漏，也可按GJB 548B-2005方法1014.2试验条件C进行粗检漏。

3)密封性的检测也可按GJB 2888A-2011要求选择放射性同位素干式粗检。

注意：粗检漏不允许使用硅油。我公司产品采用的是酒精。

3.5.7 环境适应性

通用规范给出了电磁继电器环境适应性的基本考核项目及最低技术指标，包括温度冲击、冲击、正弦振动、随机振动、稳态加速度、盐雾、可焊性、耐焊接热、引出端强度等，GJB 1461A-2017中还增加了低温工作、耐湿、砂尘、臭氧、爆炸性大气等试验项目。

1)温度冲击：要求每个极限温度下在箱内测量绝缘电阻、动作、保持、释放电压，动作、释放时间应符合规定。试验后测介质耐电压。

2)冲击、正弦振动、随机振动、稳定加速度等试验过程要求监测瞬断，闭合触点的断开时间不超过10μs，断开触点的闭合或桥接时间不超过1μs。试验后检查继电器结构损坏现象，不允许机械或电气损坏。其中，振动试验后要求线圈加整个温度范围内的最大动作电压，检查触点是否转换。

4 筛选检查与检验

4.1 洁净处理和微粒检查

该项目仅在GJB 65B-1999中规定，在继电器底座和罩壳封焊之前，应采用鉴定机构批准的方法对继电器进行洁净处理和微粒污染物的检查，检查项目包括动触点组件、簧片、动静触点、线圈、衔铁、底座等检查点，并给出接收拒收的判据。

4.2 微粒碰撞噪声检测(PIND)

微粒碰撞噪声检测(PIND)的目的是检测继电器内部是否存在自由活动的微粒污染物，该项目仅在GJB 65B-1999、GJB 2888A-2011、GJB 7401-2011中进行了规定，均采用GJB 65B-1999中附录B的检测方法，是一种借助微粒与外壳腔体碰撞激励传感器来鉴别出相应数量微粒的非破坏性的试验方法。试验采用振动与冲击叠加，两种试验条件见表2。

表2 微粒碰撞噪声检测(PIND)试验条件

注意：若无其他规定，应采用试验条件A，当规定采用试验条件B时，应规定最佳振动轴线方向。

4.3 筛选

4.3.1 二极管的筛选

内部装有二极管的继电器不认为是静电放电敏感元件，但当二极管不作为线圈电路的一部分或不内接到线圈时，则二极管可能对静电放电敏感。此时，应按GJB 1649规定的防静电要求进行处理。也可按GJB 548B-2005中方法3015规定，将电压提高至16 000V对内部使用的二极管进行试验，则可免除防静电放电控制大纲的要求。除通过特军级质量认证或按特军级筛选过的二极管不要求在线筛选外，其余均应按要求进行筛选，其免除需经鉴定机构批准。

在运行筛选前应进行二极管的在线筛选，筛选工序至少应包括不低于125℃下不少于24h的老炼试验，可以GJB 128A-1997作为指导。

4.3.2 运行筛选

运行筛选包含高温运行和低温运行两个阶段，温度分别按+125℃和-65℃进行控制，循环次数为2500次。不同的是，GJB 1042A-2002的筛选是在室温25℃下循环5000次。循环过程中，线圈加额定电压激励，触点加低电平负载(10μA～50μA,10mV～50mV(直流最大值或交流峰值))。在每次“闭合”和“断开”期间，至少有40%的时间用来监测每一对触点间的接触电阻和开路电压，且符合：循环试验过程中，接触电阻不大于100Ω；断开触点间的电压不小于所加负载电压的90%；最终绝缘电阻应不小于正常条件下的初始值。

4.4 检验过程

4.4.1 鉴定检验

除GJB 65B-1999规定所有样品需进行0组检验(洁净处理与微粒检查)外，其他通用规范要求所有样品必须进行1组检验，即“内部目检和机械检查、筛选(运行筛选、内部潮湿)、可焊性、介质耐电压、绝缘电阻、电性能、外部目检和机械检查、密封”等项目，不允许失效。其中，1只未封罩的样品仅经受内部检查；3只样品单独进行可焊性试验(这3只样品需经受筛选检验，但不经受介质耐电压、绝缘电阻、电性能及密封检查)；2只样品进行外部目检中尺寸检查。然后将样品分为几组，分别进行规定的条件试验。各分组试验后均要求进行介质耐电压、绝缘电阻、电性能及密封性测试。

注意：上述给出的GJB 1461A-2017的鉴定检验适用于额定负载电流小于25A但不小于10A的继电器，对于额定负载电流不小于25A的继电器，鉴定检验与之不同，分组检验见GJB 1461A-2017中表7要求。

4.4.2 逐批检验

A组检验为逐批检验，即产品交货检验，分为A1、A2、A3、A4分组，各分组检验项目为：

1) A1分组：正弦振动、随机振动、PIND检测、内部潮湿、运行筛选。GJB 2888A-2011、GJB 7401-2011不做随机振动、内部潮湿，GJB 1461A-2017不做PIND、内部潮湿。

2) A2分组：介质耐电压、绝缘电阻、电性能。

3) A3分组：可焊性。GJB 7401-2011增加射频特性检验。

4) A4分组：外部目检、密封。

其中，A1、A2及A4分组应100%检验，剔除所有不合格品。A3分组抽取2只样品进行；A4分组每批抽取2只进行尺寸、重量及玻璃绝缘子检查。

4.4.3 周期检验

周期检验包括C组检验和D组检验(GJB 65B-1999与GJB 1042A-2002规定为B组和C组检验)。经受C、D组检验的产品不得按合同交货，样品从经受A组检验并合格的检验批中抽取。

1) C组检验检验项目：寿命、介质耐电压、绝缘电阻、电性能、外部目检。不同的是GJB 1042A-2002的检验项目是正弦振动、混合负载、介质耐电压、绝缘电阻、电性能、外部目检。

2)D组检验项目(GJB 1042A-2002按鉴定检验表进行)。各分组完成规定的条件试验后按要求进行介质耐电压、绝缘电阻、电性能、外部目检及密封性检查。除D1分组要求3只样品外， 其余均为2只，不允许失效，但GJB 1461A-2017各分组的样品数按1只。

3)D组检验周期说明如下：

① GJB 65B-1999分组为D1～D6分组，D1分组为每个月，D5为每12个月，D6为每36个月；

② GJB 1461A-2017分组为D1～D9分组，除D1分组为每个月外， 其余为每24个月；

③ GJB 2888A-2011分组为D1～D8分组，D1分组为每个月，D2～D4分组每6个月；D5为每个12月，D6～D8分组每个24月；

④ GJB 7401-2011分组为D1～D5分组，D1分组为每个月，D2～D3分组每6个月，D4为每12个月，D5为每24个月。

5 结束语

本文从目前电磁继电器应用较广的几项国家军用标准入手，分析对比了各标准间的差异，归纳总结了电磁继电器的关键技术指标，最终形成各标准的对比分析表(见附录A)，旨在帮助新进技术员更快更好地理解通用规范的技术要求，为今后编制纵向、新品以及高等级(如宇航产品)产品的单篇详细规范提供方便快捷的审查依据。