基于四线制的继电器盒检测设备应急研制

刘少波

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241007）

本文源于继电器盒检测设备在一周内完成了应急研制，并经过内外场几百件继电器盒的检测结果验证的成功案例。

继电器盒主要由继电器等组成，一般还含有少量的电阻、电容、二极管等电子元器件，相关电路涉及电源、液压、环境、照明、起飞着陆等诸多电气控制系统。因部分继电器质量尚存在使用寿命长、使用过程中失效概率较高、失效后导致的质量安全风险较大等问题，以继电器为主体的继电器盒类产品的日常测试、维修已经普及。继电器盒现行测试方法中，人工检测方法效率低、时间长、强度大且易出错；内场自动检测设备检测项目暂缺少继电器接触电阻等深度检测要求，且柜式结构不便于搬运，因此接到几种继电器盒的外场应急普查要求后，急需研制一台继电器盒检测设备，实现对多型继电器盒在机上原位逻辑功能和性能指标的检测，其中，为满足继电器触点的接触电阻、内部线路通断电阻等性能测量要求，需要研究四线制电阻测量方法的应用，实现导通电阻等性能指标的精确测量。

1 需求和资源分析

继电器盒外场检测设备针对几种继电器盒机上原位（同时适用于离位）、大批量测试的应急需求，涵盖继电器盒内的继电器、接触器、电阻、二极管、电容、线路导通等功能和性能测试。

要求检测设备做到“五够”：（1）检测数据够精确。所有继电器的触点电阻等阻值指标，合格值不大于300mΩ（含各继电器连接至产品插头处的线路和接触耦电阻）；（2）检测电缆够长。为满足继电器盒在原位测试要求，减少产品大批量拆装工作量，检测电缆长度不小于4.5m；（3）检测时间够短。单件产品检测和记录数据的平均时间不超过10min，尽量控制等待停放时间；（4）故障定位够准。故障能实时定位到继电器盒内元器件的详细部位，便于外场排故后的针对性快速复查；（5）检测设备够轻。检测设备要求便携、使用方便。

综合检测设备研制周期极短、外场要求检测可靠性高等因素，决定研制一套继电器盒手动检测设备。通过测试需求分析，四线制电阻测量方法能解决电阻测试精度高的要求，且测试阻值不受电缆长度干扰；继电器触点接触电阻通过两种四线制测量模式实现，一种是直接测量的基本模式，一种是切换波段开关测量的快检模式，两者测试效果完全相同，但后者将大大缩小检测时间；测试面板对继电器盒内部的被测元器件全部进行可视化布局设计，测试结果所见即所得。因此，测试资源需求主要有数字多用表、直流电压源及相关辅助设备。

2 四线制测量电阻原理

四线制测量电阻连接方式如图1所示。电流源线（Source Hi-Ho）向被测电阻输入测试电流，回采信号线（Sense Hi-Ho）测量被测电阻两端的电压，电流、电压两回路相互独立。图1中的四线法测电阻使用一组电流源线接恒流源I，另一组回采信号线使用电压表Vm测量被测电阻R两端电压VR。因为电压表的内阻非常大，与被测电阻存在数量级的差别，使得流过信号线的电流I1极小，近似为零，因此，电压表输入压降Vm无限接近被测电阻的压降VR，所以，四线法测得的电阻值非常接近真实值。另外，采用四线制测量电阻时可排除导线电阻和探针以及测试点之间的接触电阻Rs，使测量结果更加准确。

图1 四线制测量电阻原理图

3 测试系统设计与实现

3.1 四线制测量电阻方法的实现原理

当前，涉及继电器盒接触电阻精确测试的应用案例很少，少量文献介绍了四线制测量电阻的原理，以及少量在其他产品上的应用案例。

为实现对几种继电器盒内各继电器接触电阻、线路导通电阻等的精确和快速检测，测试系统采用了双余度四线制电阻测量方法。以继电器盒内最多的继电器为例，首先，手工直连测量模式，将继电器的被测触点用四根线连接到数字万用表的四线制电阻测量端子，继电器线圈的正负端子连接到直流电压表，测完一组数据切换一次四线制连接导线。其次，切换波段开关测量模式，将被测继电器的触点端子、数字万用表的测试端子，按四线制接入切换波段开关，辅助按压继电器线圈的供电切换按钮，通过切换波段开关实现电阻的快速测量。这样，针对不同的被测对象，根据测试项目和电缆连接关系，设计不同的接口定义表，固化系统测试对信号切换开关的转换要求。

3.2 系统硬件设计及实现

（1）总体设计。本项目检测设备采用便携式机箱设计，机箱上盖设计为测试面板，机箱箱体设计为数字万用表、直流电压源及测试线缆的收纳空间。总体结构和切换波段开关测试架构框图如图2、图3所示。

图2 总体结构示意图

图3 切换波段开关测试架构框图

（2）硬件设计。本项目的硬件设计主要包括数字万用表和直流电压源的选型、面板设计、结构设计及测试电缆设计等，主要有：

①数字万用表选型。选用是德科技的34461A 6 ½位，Truevolt 数字万用表，同时满足继电器盒四线电阻、二线电压和电容等相关指标的测量要求。

②直流电压源选型。选用固纬的PFR-100L无风扇多量程直流电源，满足额定输出电压（0～50）V可调、体积小等要求。

③面板设计和实现。面板设计是设备实现最重要的环节之一，主要包括可视化布局设计、双余度快检设计。

可视化布局设计。测试面板对继电器盒内部的被测元器件全部进行了可视化布局设计，这样面板图既是一副继电器盒的电气原理图和线路连接图，又是产品测试的量线表，测试结果能实时对应到继电器盒内元器件的详细部位。如图4所示，继电器盒内部被测元器件的测试点以及线路标识设计在面板上方，主要通过四线制连接方式，与面板左下方的产品测试插座直接连接。

双余度快检设计。如图4所示，在面板下方纵向对称轴左侧，电阻检测端子V+、V-、I+、I-按四线制用导线接至切换波段开关的公共端，波段开关的另一端通过四线制连接方式，接至面板左下方的产品测试插座；电源输入正、负端子，用导线接至继电器线圈的供电切换按钮（位于面板右侧中下部），这6根测试导线按图3一次性连接至数字万用表、直流电压源后，只需通过切换选择开关，即可完成所有继电器触点接触电阻的快速测量。

图4 面板设计图

④箱体选型和结构设计。本项目的箱体选用的是鼎阳的D6125便携式拉杆箱，相应的结构设计主要涉及箱体内衬的设计，根据箱体的三维模型以及数字万用表、直流电源以及测试电缆的尺寸情况，合理地进行内衬挖槽和器材分布，具体内衬设计图5所示。

图5 内衬设计图

⑤连接器选型和测试电缆设计。检测设备连接器的需求主要是设备端与产品端，其中产品端根据产品插座型号选择配对的插头。设备端连接器选择VPC公司的i1系列连接器，该系列连接器具有插拔方便、可靠、组合多样等优点，其外形如图6所示。

图6 i1连接器

测试电缆为两套电缆，分别用于几种继电器盒的检测。根据连接器的选型进行连线表的设计，根据继电器盒机上原位测试的需求确认测试电缆的长度为5m。

4 试验测试

经过外场几百件继电器盒的检测结果验证，本检测设备体积小、重量轻，方便外场携带；电阻测量方式为四线制，相对二线制的测试精度高；操作采用了旋钮式转换开关，不需要反复切换硬件转接端子，测试效率高；操作界面直观明了，可实时判定产品内部的不合格器件，测试效果达成预期目标。继电器盒部分测试项目及结果见表1。但设备也暴露出一点不足，即在沿途颠簸、空运上下货撞击等影响下，现场测试过程中发生过几次故障，如直流电源设备内部电路板固定螺钉和输出接线端子松脱、部分固定接触电阻测试孔的紧固背帽松动等，造成了测试进程的临时中断，但故障排查相对自动检测设备就方便快捷得多。研制外场检测类设备需要吸取教训，增加紧固螺钉、背帽涂胶安装等减震防松措施。

表1 继电器盒部分测试项目及结果

5 结语

通过对继电器盒外场检测设备的电阻测量任务分析，提出了一种基于四线制电阻测量方法，制定了利用数字多用表、直流电压源的可视化快检测试方案，在一周内完成了设备应急研制。测试验证结果表明，双余度四线制电阻测量方法不仅能满足产品的测试要求，同时实现了对电阻快速准确的测量，通过更换转接电缆及测试项目表，可实现对不同继电器盒的测试，为同类检测设备的研制提供了借鉴。