Relais sind konzeptionell sehr einfache Geräte. Erregt ein Relais und zwei Metallstücke kommen zusammen, um eine Schaltung zu vervollständigen. Wenn die beiden Metallteile jedoch zusammenkommen, ist die Umgebung alles andere als einfach. Ob das Relais bestimmungsgemäß funktioniert, hängt von den Angaben der Metall-Metall-Schnittstelle und dem Lastpegel ab. Es ist intuitiv, dass höhere Schaltströme Relaiskontakte beschädigen. Es ist nicht so offensichtlich, dass das Schalten von sehr kleinem Strom sich nachteilig auswirken kann. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen von Low-Current-Schaltvorgängen auf die Relaisleistung besprochen.
Laststrom und Spannung sind wichtige Parameter bei der Überlegung, welches Relais in einer bestimmten Anwendung verwendet werden soll. Die meisten Relaishersteller veröffentlichen minimale Strom- und Spannungspegel, die für eine optimale Schaltleistung erforderlich sind. Dies ist jedoch noch keine Erfolgsgarantie. Das Schalten sehr niedriger Ströme und Spannungen kann mit der Zeit immer noch zu einem erhöhten Kontaktwiderstand führen. Dies kann zu einem großen Problem für ein Testsystem werden, das auf Relais angewiesen ist, um ihre normalerweise niedrigen Widerstandswerte zu halten.
Innerhalb von abgedichteten Relaisgehäusen befinden sich Gase, die aus Kunststoffen, Klebstoffen usw. austreten, die in die Herstellung des Relais eingehen. Dieses Material ist organisch und wird an die Kontakte adsorbiert, wo es dann unter diesen Niederspannungs- und Stromschaltbedingungen polymerisieren kann. Niedrige Kontaktlasten liefern nicht genügend Energie, um einen Lichtbogen zu bilden, der zum Reinigen der Kontakte ausreicht. Stattdessen erfolgt eine Polymerisation, die eine pulverförmige Substanz auf den Kontakten hinterlässt, wodurch der Widerstand ansteigt. Zur Schwere dieses Problems trägt auch das Schalten von Spannung/Strom und Kontaktmaterial bei. Höhere Spannungen und Ströme sorgen dafür, dass Schaltlichtbögen genügend Energie haben, um Ablagerungen von den Kontaktflächen zu reinigen. Auch einige Kontaktmaterialien hemmen die Bildung organischer Ablagerungen und einige Materialien fördern sie.
Es ist nicht immer ersichtlich, wenn Mindestspannungs- oder -stromspezifikationen verletzt werden. Dies ist bei 2-Draht-Widerstandsmessungen der Fall. Verschiedene DMMs verwenden unterschiedliche Stromquellenwerte für diese Messung. Höhere Widerstände sind weniger problematisch, auch wenn der Messstrom geringer sein wird. Denn der erhöhte Übergangswiderstand ist prozentual zum zu messenden Widerstand noch viel geringer.
1. Wählen Sie das richtige Relais oder Modul
Die beste Möglichkeit, hochohmige Kontakte zu vermeiden, besteht darin, die Spezifikationen des Relaismoduls sorgfältig zu lesen. Die meisten Relais (alle Ankerrelais) sollten Mindestspannungs- und -stromspezifikationen haben. Stellen Sie sicher, dass Ihre Anwendung über diesen Werten liegt.
Verwenden Sie Reedrelais nach Möglichkeit für kleine Strom- und Spannungsanwendungen. Aufgrund der inerten Atmosphäre, die die Kontakte umgibt, weisen sie in der Regel kein solches erhöhtes Kontaktwiderstandsverhalten auf.
2. Verwenden eines anderen Messgerätetyps
Um den Strom bei 2-Draht-Widerstandsmessungen zu erhöhen, kann ein Präzisionsnetzteil wie das PXI-4110 verwendet werden. Es ist möglich, einen höheren Strom (z. B. 10 mA) zu erzeugen und dann die Ausgangsspannung der Stromversorgung zu lesen. Die Kombination dieser beiden Werte ergibt den Widerstand. Diese Methode hilft sicherzustellen, dass die Mindestspannung oder der Mindeststrom erreicht oder überschritten wird. Bei hohem Kontaktwiderstand kann der Strom erhöht werden, bis die Relaiskontakte wieder sauber sind. Dieser Strom sollte 100mA nicht überschreiten.
3. 4-Draht-Widerstandsmessung verwenden
Durch 4-Draht-Widerstandsmessungen werden die Auswirkungen des Kontaktwiderstands eliminiert. Dies ist die bevorzugte Methode für Messungen mit geringem Widerstand.
Wenn das Schalten sehr niedriger Ströme mit Ankerrelais unvermeidlich ist, gibt es immer noch Möglichkeiten.
1. Schaltstrom erhöhen
Wie oben erwähnt, kann durch Erhöhen des Schaltstroms das adsorbierte/polymerisierte Material von den Kontakten gereinigt werden. Die Stromstärke hängt von der Relaisgröße ab. Bei kleinen Signalrelais können dies bis zu 10 mA sein. Für diesen Wert gibt es keine richtige Antwort. Es sollte der niedrigste Wert zur Reinigung der Kontakte verwendet werden. Ein zu hoher Strom kann andere Probleme verursachen, die ebenfalls den Kontaktwiderstand beeinträchtigen.
2. Relais "brummen"
Eine andere Technik zum Reinigen von Kontakten ist das „Brummen“. Diese Methode aktiviert das Problemrelais so schnell wie möglich für etwa eine Sekunde. Das schnelle Wechseln des Relais klopft Ablagerungen von den Relaiskontakten. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass keine Vorrichtungen oder andere Messgeräte benötigt werden.
Keine der beiden Methoden ist eine dauerhafte Lösung und muss möglicherweise regelmäßig durchgeführt werden. Jede Anwendung ist anders und es kann nicht im Voraus gesagt werden, wie viele Schaltzyklen durchgeführt werden können, bevor eine Wartung erforderlich ist. Wenn dies festgestellt wird, kann die Zählerfunktion für Relaisoperationen in den meisten Schaltmodulen von National Instruments verwendet werden, um zukünftige Reinigungszyklen vorherzusagen.
Ein erhöhter Kontaktwiderstand von Ankerrelais ist ein bekanntes Phänomen. Durch Auswahl des richtigen Relais für die Anwendung können diese Effekte eliminiert und minimiert werden. Auch wenn sich das Problem nicht vollständig vermeiden lässt, gibt es Möglichkeiten, das Problem zu umgehen.