繼電器在概念上是相當簡單的裝置。為繼電器供電,並將兩片金屬合併以完成電路。不過,當兩個金屬組合在一起時,環境就遠不夠簡單。此金屬對金屬介面的細節與負載準位可決定繼電器是否能正常運作。直覺而言,切換高於額定電流會損壞繼電器接觸點。切換極低電流可能會造成不良影響,這一點並不明顯。此篇技術文件探討低電流切換的影響,以及其如何影響繼電器效能。
在考慮在特定應用中使用的繼電器時,負載電流與電壓是很重要的參數。 大多數繼電器製造商會公布最佳切換效能所需的最低電流與電壓準位。 不過,這仍無法保證成功。切換極低的電流與電壓,會隨著時間的推移而增加接觸電阻。 如果測試系統必須仰賴繼電器才能保持通常低的電阻值,就會出現這樣的問題。
密封式繼電器機殼內部存在氣體,這些氣體是由製造繼電器的塑膠、黏貼等物質排放出來。此材料為有機材料,並且會吸收到接觸點,接著在低電壓與電流切換條件下進行聚合化。 低準位接觸負載無法提供足夠的能量,以形成足夠的迴圈來清除接觸點。 反之,會發生聚合化,進而在接觸點上留下粉狀物質,進而導致電阻升高。 切換電壓/電流與接觸材料,也會加深此問題的嚴重程度。 提高的電壓與電流能確保切換弧的能量足以清除接觸表面的沉積物。 此外，某些接觸材料會抑制有機沉積物的形成，而某些材料則會促進其形成。
未必會發現是否違反最低電壓或電流規格。 這是雙線式電阻量測的例子。不同的 DMM 會使用不同的電流來源值執行此量測。即使量測電流較低,電阻較高也不成問題。原因在於,接觸電阻的增加,仍會根據待量測電阻的百分比,大幅降低。
1.選擇合適的繼電器或模組
避免產生高電阻接觸的最佳方式,是仔細閱讀繼電器模組規格。 大多數繼電器 (所有彈簧繼電器) 應具備最低電壓與電流規格。 請確認您的應用值是否高於這些值。
若能因應低電流與電壓的應用,請使用簧片繼電器。 由於接觸點周圍有惰性氣體,因此,接觸點通常不會產生這種增加的接觸電阻行為。
2.使用不同類型的量測裝置
若要提高進行雙線式電阻量測時所使用的電流,可以使用 PXI-4110 等精確電源供應器。 您可以供應較高的電流 (例如 10mA),接著讀取電源供應器輸出電壓。 結合這兩個值會產生電阻。 此方法有助於確保符合或超出最低電壓或電流。 如果接觸電阻較高,則可提高電流,直到繼電器接觸點再次乾淨為止。 此電流不可超過 100mA。
3. 使用 4 線式電阻量測
執行 4 線式電阻量測可避免接觸電阻造成的影響。 這是進行低電阻量測的首選方式。
若不可避免使用彈簧繼電器切換極低電流,仍有其用途。
1. 提高切換電流
如上所述,增加切換電流可以清除接觸點的吸附/聚合材料。 電流總量會因繼電器大小而有所不同。 針對小型訊號繼電器,此值最小可達 10mA。 這個值沒有一個正確的答案。 請使用能清潔接觸點的最低數值。 電流過高可能會造成其他問題,這些問題也會降低接觸電阻。
2. 「Buzz」繼電器
另一個清潔聯絡人的技巧,就是「抖動」。 此方法會讓問題繼電器盡快致動約 1 秒。 快速循環繼電器會造成繼電器接觸點的沉積。 此方法的優點是不需要任何設備或其他量測裝置。
上述兩種方法皆非永久解決方案,且可能需要定期執行。 每種應用各不相同,因此無法預先決定需要維護前可執行的切換器週期數。 決定到此時,大多數 NI 切換器產品的繼電器作業計數器函式可用來預測未來的清潔週期。
指令元件繼電器的接觸電阻較高,是一種已知的現象。 根據用途選擇正確的繼電器,可避免或盡可能降低這些影響。 即使無法完全避免這個問題,也有一些方法可以解決這個問題。