專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于測(cè)試熔斷器電流沖擊能力和熔斷特性，具體為一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置以及方法。
背景技術(shù)：
在感性和容性的電路中，電路在開(kāi)機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的浪涌大電流，熔斷器的熔絲受到浪涌沖擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮的機(jī)械沖擊效應(yīng)，極端情況下，連續(xù)的多次浪涌沖擊會(huì)使熔絲截面產(chǎn)生裂縫，甚至直接沖斷熔絲，使熔斷器失效。本發(fā)明提供一種浪涌脈沖發(fā)生裝置，模擬熔斷器使用時(shí)可能受到的浪涌電流沖擊，測(cè)試熔斷器的熔斷可靠性，量化熔斷器熔斷特性參數(shù)，使熔斷器使用者對(duì)熔斷器特性進(jìn)一步掌握。為掌握宇航用高可靠熔斷器存在的潛在質(zhì)量與可靠性問(wèn)題，根據(jù)ECCC GenericSpecification N0.4008和MIL_PRF_23419G以及GJB5850等相關(guān)測(cè)試方法，對(duì)熔斷器性能進(jìn)行極限評(píng)估，采用常規(guī)加嚴(yán)試驗(yàn)條件或施加步進(jìn)式應(yīng)力的試驗(yàn)方法，考察高可靠熔斷器的熱應(yīng)力、電應(yīng)力等極限情況，摸底其極限能力。為在宇航嚴(yán)酷的應(yīng)用環(huán)境下，提供參考依據(jù)。在極限評(píng)估試驗(yàn)中，抗浪涌電流沖擊是必不可少的考察對(duì)象，因?yàn)樵谌蹟嗥鞯膽?yīng)用電路中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生短暫的浪涌電流，由于輸入濾波電容迅速充電，所以該浪涌電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)輸入電流，從而使熔絲產(chǎn)生機(jī)械疲勞，降低熔斷絲壽命，甚至在有些情況下，它能夠沖斷熔斷絲。浪涌電流往往是多個(gè)的、連續(xù)的脈沖，會(huì)使熔絲產(chǎn)生熱量，改變其熔絲阻值，因此對(duì)于宇航應(yīng)用時(shí)，衡量熔斷器是否能承受一定量的電流沖擊是相當(dāng)重要的。在極限評(píng)估試驗(yàn)中，熔斷器安秒特性(熔斷器的動(dòng)作是靠熔體的熔斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電流較大時(shí)，熔體熔斷所需的時(shí)間就較短。而電流較小時(shí)，熔體熔斷所需用的時(shí)間就較長(zhǎng)，甚至不會(huì)熔斷。因此對(duì)熔體來(lái)說(shuō)，其動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間特性即熔斷器的安秒特性，為反時(shí)限特性)也是需特別關(guān)注的特性。因?yàn)槿蹟嗥鞯娜蹟嗵匦灾饕紤]保護(hù)功能，希望其在電路出現(xiàn)故障過(guò)流時(shí)能夠及時(shí)可靠切斷電流。這就要求熔斷器的熔斷速度快一些；而熔化熱能值主要考慮承載功能，希望熔斷器在電路開(kāi)關(guān)瞬間出現(xiàn)非故障脈沖電流時(shí)能夠承受，這就要求熔斷器的反應(yīng)速度適當(dāng)慢一些；因此需對(duì)熔斷器的熔斷時(shí)間進(jìn)行極限考核，從而對(duì)在不同電流條件下，熔斷時(shí)間有所掌握，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師選用。因此，針對(duì)宇航用熔斷器開(kāi)展抗浪涌電流極限能力的測(cè)試，使用浪涌脈沖電流對(duì)熔斷器進(jìn)行電沖擊。通過(guò)測(cè)量熔斷器阻值變化率、電壓降等參數(shù)，評(píng)估熔斷器的抗浪涌電流能力。還需要針對(duì)宇航用熔斷器開(kāi)展不同電流條件下熔斷器熔斷時(shí)間的測(cè)試，從而得出安秒曲線。熔斷器按照常規(guī)要求，不必進(jìn)行脈沖電流性能測(cè)試。但對(duì)于航天用熔斷器，由于高可靠性的要求，其抗浪涌電流沖擊能力測(cè)試是很有必要的。因?yàn)樵诟行院腿菪缘碾娐分?，電路在開(kāi)機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的浪涌大電流，熔斷器的熔絲受到浪涌沖擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮的機(jī)械沖擊效應(yīng)，極端情況下，連續(xù)的多次浪涌沖擊會(huì)使熔絲截面產(chǎn)生裂縫，甚至直接沖斷熔絲，使熔斷器失效。
電路的浪涌電流波形是多樣的，有可能是正弦波、三角波、鋸齒波…，其能量是可以等效計(jì)算。常用的試驗(yàn)電路，可以采用‘555’等電路搭建脈沖發(fā)生電路，圖2所示，因?yàn)槭苤朴陔娫?，其脈沖電流值不會(huì)太高，太高的話，易產(chǎn)生過(guò)沖。同時(shí)脈沖調(diào)制電路的脈沖占空比設(shè)置不能輕易改變。目前普遍使用熔斷器熔斷特性測(cè)試儀有2種。一種是用恒流源搭建的測(cè)試臺(tái)，圖3所示，這種測(cè)試電路中的直流電源是市售的恒流電源，輸出過(guò)載電流，在通過(guò)計(jì)時(shí)器(通常采用頻率計(jì))來(lái)同步記錄熔斷器的熔斷時(shí)間。這種測(cè)試裝置實(shí)際使用有很受大的限制。主要缺點(diǎn)有:(1)輸出中存在開(kāi)關(guān)脈沖電流，電源使用的恒流電源是把市電通過(guò)整流、濾波、穩(wěn)流來(lái)得到恒定的直流電流，其中必定存在著峰值電流相當(dāng)大的開(kāi)關(guān)脈沖電流，這種開(kāi)關(guān)電流可以達(dá)到正常輸出電流的好幾倍，雖然時(shí)間只有幾十或幾百微秒，但足夠可以對(duì)熔斷器產(chǎn)生額外的沖擊，甚至?xí)苯記_斷熔芯。航天用熔斷器屬于超快速反應(yīng)的熔斷器，其在600%熔斷時(shí)的熔斷時(shí)間只有幾百微秒，所以用這種測(cè)試裝置無(wú)法真實(shí)測(cè)量熔斷器的熔斷時(shí)間；(2)輸出功率小，航天器用熔斷器的測(cè)試條件與民用熔斷器的測(cè)試條件有所差異。航天器用熔斷器的熔斷時(shí)間測(cè)試需要測(cè)試電路的開(kāi)路電壓大于等于熔斷器的額定電壓，一般要大于等于125vdc。同時(shí)熔斷器的最大規(guī)格可達(dá)有15A，如果要進(jìn)行61.(宇航極限考察要求)的熔斷時(shí)間測(cè)試，測(cè)試電流要達(dá)到90A，這種大功率電源直流輸出質(zhì)量差，不能滿足測(cè)試要求。所以通常這類(lèi)測(cè)試裝置只能適合對(duì)開(kāi)路電壓沒(méi)要求、且測(cè)試熔斷點(diǎn)低的測(cè)試，如250%的低過(guò)載的測(cè)試。另一類(lèi)測(cè)試儀使用了微處理器來(lái)避免加載過(guò)載的過(guò)沖，但這種加載的過(guò)載電流的建立時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。從圖5中看出過(guò)載電流的建立時(shí)間到達(dá)了 2ms，顯然不適合600%熔斷時(shí)間只為幾百毫秒的測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明 的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供了一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，包括被測(cè)熔斷器、監(jiān)控部分、限流電阻、電子負(fù)載、電源，其特征在于:監(jiān)控部分包括監(jiān)控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測(cè)熔斷器、限流電阻、電子負(fù)載、電源依次串聯(lián)構(gòu)成閉環(huán)，所述監(jiān)控示波器并聯(lián)在取樣電阻兩端，所述電源為并聯(lián)的蓄電池組，所述電子負(fù)載用來(lái)產(chǎn)生周期性的浪涌脈沖，在所述取樣電阻處產(chǎn)生相應(yīng)的電流脈沖時(shí)，通過(guò)所述監(jiān)控示波器監(jiān)控所述被測(cè)熔斷器電阻變化和熔斷時(shí)間。一種使用上述裝置測(cè)量抗浪涌電流沖擊能力的方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:用四線法測(cè)量被測(cè)熔斷器內(nèi)阻；
步驟2:被測(cè)熔斷器上施加周期性的浪涌脈沖，浪涌脈沖的電流脈沖峰值在被測(cè)熔斷器的額定電流的2-6倍；
步驟3:對(duì)被測(cè)熔斷器施加一定次數(shù)的浪涌脈沖，通過(guò)監(jiān)控示波器監(jiān)視被測(cè)熔斷器的狀態(tài)，如果被測(cè)熔斷器未失效，使用四線法測(cè)量被測(cè)熔斷器內(nèi)阻的變化，并與試驗(yàn)前內(nèi)阻值進(jìn)行比較，計(jì)算得出熔斷器阻值變化率；
步驟4:在未失效的被測(cè)熔斷器上分別施加2.1,2.5和6倍于被測(cè)熔斷器的額定電流的恒定電流，記錄熔斷時(shí)間；
步驟5:根據(jù)熔斷器阻值變化率以及熔斷時(shí)間判斷其抗浪涌電流沖擊的能力，為熔斷器的選用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果如下:
(1)產(chǎn)品測(cè)試電流加載無(wú)過(guò)沖，工作穩(wěn)定可靠，電源使用蓄電池組，輸出直流純正且電流無(wú)過(guò)沖，特別適合航天用熔斷器的熔斷測(cè)試；
(2)測(cè)試電流可任意設(shè)置，輸出電流大，電路中的電流大小使用電子負(fù)載來(lái)調(diào)節(jié)，精度高，且輸出電流可高達(dá)100A，滿足了測(cè)試電流范圍的要求；
(3)電路開(kāi)路電壓可輕易設(shè)置，因?yàn)槭请姵亟M供電，所以只需增加電池組的組數(shù)就可達(dá)到所需的測(cè)試電壓，如要125Vdc的測(cè)試電壓，串聯(lián)11節(jié)12V的電池組即可；
(4)時(shí)間測(cè)量精確，對(duì)于毫秒和微秒級(jí)的熔斷時(shí)間，最有效的測(cè)量手段是采用示波器來(lái)記錄。示波器不但反應(yīng)快、計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，而且能反應(yīng)熔斷器熔斷時(shí)的全過(guò)程，特別是能反應(yīng)出熔斷器熔斷時(shí)可能產(chǎn)生的拉弧現(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明的電路原理 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中555電路搭建脈沖發(fā)生電路原理 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中橫流源搭建的測(cè)試臺(tái)電路原理 圖4為本發(fā)明示波器監(jiān)控到的試驗(yàn)輸出波形 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中微處理器來(lái)避免加載過(guò)載的過(guò)沖波形 圖6為本發(fā)明示波器記錄到的熔斷時(shí)間波形。其中，在圖1-3中，1:監(jiān)視示波器；2:取樣電阻；3:電路保護(hù)熔斷器；4:電池組；5:電子開(kāi)關(guān)；6:電子負(fù)載；7:限流電阻；8:被測(cè)熔斷器；9:恒流電源；10:555振蕩器；11:計(jì)時(shí)器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施例參考圖1、4、6所示。圖1所示，一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，包括被測(cè)熔斷器、監(jiān)控部分、限流電阻、電子負(fù)載、電源，其特征在于:監(jiān)控部分包括監(jiān)控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測(cè)熔斷器、限流電阻、電子負(fù)載、電源依次串聯(lián)構(gòu)成閉環(huán)，所述監(jiān)控示波器并聯(lián)在取樣電阻兩端，所述電源為并聯(lián)的蓄電池組，所述電子負(fù)載用來(lái)產(chǎn)生周期性的浪涌脈沖，在所述取樣電阻處產(chǎn)生相應(yīng)的電流脈沖時(shí)，通過(guò)所述監(jiān)控示波器監(jiān)控所述被測(cè)熔斷器電阻變化和熔斷時(shí)間。進(jìn)一步的說(shuō)，還包括電子開(kāi)關(guān)和電路保護(hù)熔斷器，所述電子開(kāi)關(guān)處于電源與電子負(fù)載之間，所述電路保護(hù)熔斷器處于電源與取樣電阻之間。進(jìn)一步的說(shuō)，所述限流電阻為調(diào)節(jié)阻值范圍為0 1Ω的滑線變阻器，用來(lái)調(diào)整電路中的脈沖電流值；
所述取樣電阻的阻值為0.1 Ω ； 所述電子負(fù)載為任意波形發(fā)生器，輸出周期變化的方波脈沖模擬浪涌脈沖，脈沖峰值電流為被測(cè)熔斷器的額定電流的2-6倍，脈沖持續(xù)時(shí)間為10ms，周期為10s，或者輸出周期變化的正弦波脈沖，脈沖峰值電流為額定電流的2-6倍，周期為10s。使用此裝置進(jìn)行抗浪涌電流沖擊試驗(yàn)時(shí)，按照輸出的脈沖電流大小，選擇電池組的電壓值及滑線變阻器的電阻器，確保能輸出需要的脈沖電流值。按照具體的試驗(yàn)要求設(shè)置電子負(fù)載參數(shù)，包括脈沖峰值電流，脈沖寬度，周期，脈沖次數(shù)。圖4為示波器監(jiān)控到的脈沖峰值10A、脈寬200ms、周期10s、上升下降速率為IA/us的試驗(yàn)輸出波形。使用浪涌脈沖電流對(duì)熔斷器進(jìn)行電沖擊。通過(guò)測(cè)量熔斷器阻值變化率、熔斷時(shí)間等參數(shù)，評(píng)估熔斷器的抗浪涌電流能力。無(wú)論是交流還是直流電路使用的熔斷器，都用加載直流過(guò)載電流，使得熔斷器熔芯受熱熔斷的方式來(lái)測(cè)試熔斷器的熔斷時(shí)間，所以熔斷器的直流是否純凈關(guān)系到熔斷時(shí)間的正確性。且大電流過(guò)載時(shí)，熔斷時(shí)間有可能只有幾百微秒，如果直流中交流成份過(guò)多，其影響會(huì)十分嚴(yán)重。對(duì)此，本發(fā)明提供了一種使用上述裝置測(cè)量抗浪涌電流沖擊能力的方法，其特征在于包括如下步驟:
步驟1:用四線法測(cè)量被測(cè)熔斷器內(nèi)阻；
步驟2:被測(cè)熔斷器上施加周期性的浪涌脈沖，浪涌脈沖的電流脈沖峰值在被測(cè)熔斷器的額定電流的2-6倍；
進(jìn)一步的說(shuō)，所述電流脈沖峰值具體為被測(cè)熔斷器的額定電流的3倍；
步驟3:對(duì)被測(cè)熔斷器施加一定次數(shù)的浪涌脈沖，通過(guò)監(jiān)控示波器監(jiān)視被測(cè)熔斷器的狀態(tài)，如果被測(cè)熔斷器未失效，使用四線法測(cè)量被測(cè)熔斷器內(nèi)阻的變化，并與試驗(yàn)前內(nèi)阻值進(jìn)行比較，計(jì)算得出熔斷器阻值變化率；
進(jìn)一步的說(shuō)，所述浪涌脈沖的施加次數(shù)為I萬(wàn)次或者2萬(wàn)次，累計(jì)測(cè)試周期為100000秒或者200000秒，累計(jì)脈沖持續(xù)時(shí)間100000毫秒或200000毫秒；
步驟4:在未失效的被測(cè)熔斷器上分別施加2.1,2.5和6倍于被測(cè)熔斷器的額定電流的恒定電流，記錄熔斷時(shí)間；
步驟5:根據(jù)熔斷器阻值變化率以及熔斷時(shí)間判斷其抗浪涌電流沖擊的能力，為熔斷器的選用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。圖6所示是示波器記錄到的熔斷時(shí)間波形。具體試驗(yàn)條件和結(jié)果如下:
1.抗浪涌能力試驗(yàn)
采用此裝置對(duì)國(guó)產(chǎn)某熔斷器抗浪涌電流能力進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)情況如下:
選取6只兩種規(guī)格熔斷器進(jìn)行試驗(yàn)， a使用正弦波脈沖電流對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行沖擊。b采用的試驗(yàn)脈沖參數(shù)如下:
脈沖波形:方波
脈沖峰值電流:3倍額定電流 脈沖持續(xù)時(shí)間:10ms周期:10s
測(cè)試結(jié)果如表I所示:
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，包括被測(cè)熔斷器、監(jiān)控部分、限流電阻、電子負(fù)載、電源，其特征在于:監(jiān)控部分包括監(jiān)控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測(cè)熔斷器、限流電阻、電子負(fù)載、電源依次串聯(lián)構(gòu)成閉環(huán)，所述監(jiān)控示波器并聯(lián)在取樣電阻兩端，所述電源為并聯(lián)的蓄電池組，所述電子負(fù)載用來(lái)產(chǎn)生周期性的浪涌脈沖，在所述取樣電阻處產(chǎn)生相應(yīng)的電流脈沖時(shí)，通過(guò)所述監(jiān)控示波器監(jiān)控所述被測(cè)熔斷器電阻變化和熔斷時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，其特征在于:還包括電子開(kāi)關(guān)和電路保護(hù)熔斷器，所述電子開(kāi)關(guān)處于電源與電子負(fù)載之間，所述電路保護(hù)熔斷器處于電源與取樣電阻之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，其特征在于:所述限流電阻為調(diào)節(jié)阻值范圍為0 1 Ω的滑線變阻器，用來(lái)調(diào)整電路中的脈沖電流值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，其特征在于:所述取樣電阻的阻值為0.1Ω。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，其特征在于:所述電子負(fù)載為任意波形發(fā)生器，輸出周期變化的方波脈沖模擬浪涌脈沖，脈沖峰值電流為被測(cè)熔斷器的額定電流的2-6倍，脈沖持續(xù)時(shí)間為10ms，周期為10s，或者輸出周期變化的正弦波脈沖，脈沖峰值電流為額定電流的2-6倍，周期為10s。
6.一種使用如權(quán)利要求1-5所述的裝置測(cè)量抗浪涌電流沖擊能力的方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:用四線法測(cè)量被測(cè)熔斷器內(nèi)阻； 步驟2:被測(cè)熔斷器上施加周期性的浪涌脈沖，浪涌脈沖的電流脈沖峰值在被測(cè)熔斷器的額定電流的2-6倍； 步驟3:對(duì)被測(cè)熔斷器施加一定次數(shù)的浪涌脈沖，通過(guò)監(jiān)控示波器監(jiān)視被測(cè)熔斷器的狀態(tài)，如果被測(cè)熔斷器未失效，使用四線法測(cè)量被測(cè)熔斷器內(nèi)阻的變化，并與試驗(yàn)前內(nèi)阻值進(jìn)行比較，計(jì)算得出熔斷器阻值變化率； 步驟4:在未失效的被測(cè)熔斷器上分別施加2.1,2.5和6倍于被測(cè)熔斷器的額定電流的恒定電流，記錄熔斷時(shí)間； 步驟5:根據(jù)熔斷器阻值變化率以及熔斷時(shí)間判斷其抗浪涌電流沖擊的能力，為熔斷器的選用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量抗浪涌電流沖擊能力的方法，其特征在于:步驟2中的所述電流脈沖峰值具體為被測(cè)熔斷器的額定電流的3倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量抗浪涌電流沖擊能力的方法，其特征在于:步驟3中的浪涌脈沖的施加次數(shù)為I萬(wàn)次或者2萬(wàn)次，累計(jì)測(cè)試周期為100000秒或者200000秒，累計(jì)脈沖持續(xù)時(shí)間100000毫秒或200000毫秒。
全文摘要
本發(fā)明用于測(cè)試熔斷器電流沖擊能力和熔斷特性，具體為一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置以及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種測(cè)試熔斷器抗浪涌電流沖擊能力的裝置，包括被測(cè)熔斷器、監(jiān)控部分、限流電阻、電子負(fù)載、電源，其特征在于監(jiān)控部分包括監(jiān)控示波器和取樣電阻，所述取樣電阻與被測(cè)熔斷器、限流電阻、電子負(fù)載、電源依次串聯(lián)構(gòu)成閉環(huán)，所述監(jiān)控示波器并聯(lián)在取樣電阻兩端，所述電源為并聯(lián)的蓄電池組，所述電子負(fù)載用來(lái)產(chǎn)生周期性的浪涌脈沖，在所述取樣電阻處產(chǎn)生相應(yīng)的電流脈沖時(shí)，通過(guò)所述監(jiān)控示波器監(jiān)控所述被測(cè)熔斷器電阻變化和熔斷時(shí)間。
文檔編號(hào)G01R31/07GK103163421SQ20131006592
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者蘇妤, 張洪偉, 張磊, 于慶奎, 肖波, 張瑩, 李強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)空間技術(shù)研究院