A relé élettartama

Minden NI kapcsolóegység specifikációja tartalmaz egy óvatos becslést a relé elektromechanikai alkatrészeinek várható élettartamára vonatkozóan. A relé élettartama a tönkremenetelig minimálisan kapcsolható ciklusok számát jelenti, egy ciklus pedig egy nyitásból és zárásból álló folyamat. A várható élettartamnak két része van: a mechanikai és az elektronikai élettartam.

Tipp: egyes kapcsolómodulok képesek számon tartani a relék elhasználódását.

Mechanikai élettartam

A mechanikus relék érintkezői elhasználódnak, aminek következtében megnő az átmeneti ellenállásuk. A specifikált mechanikai élettartam általában azt adja meg, hogy hány kapcsolási ciklus után nő az átmeneti ellenállás 1 Ω fölé. Ez az adat úgy értendő, hogy a kapcsolási ciklusok közben az érintkezőkön nincs elektromos terhelés.

Elektromos élettartam

Az aktív elektromos jelek - és különösen a nagy teljesítményű jelek - kapcsolása ívet húz a relé érintkezői között, amelyek árkokat égetnek az érintkező felületébe. Mindez gyorsítja az érintkezőknek a „Mechanikai élettartam" című szakasz alatt leírt elhasználódását. A specifikált elektromos élettartam azt adja meg, hogy hány, elektromos terhelés mellett végrehajtott kapcsolási ciklus után nő az átmeneti ellenállás 1 Ω fölé.

Átmeneti ellenállás

Az átmeneti ellenállás a relé egy zárt érintkezőpárjának egyenfeszültségű ellenállását jelenti.

Szakaszellenállás

A szakaszellenállás a kapcsolómodul forrás­érintkezőjétől a célérintkezőig terjedő teljes jelút ellenállását jelenti, ami tartalmazza a nyomtatott áramköri jelutak, a relék és a csatlakozók ellenállását is. A nyomtatott áramköri jelutak és a csatlakozók ellenállása általában állandó, viszont a relék átmeneti ellenállása a használat során nő. Az 1. ábra egy 50 millió ciklus mechanikai élettartamú modul jellemző szakaszellenállását szemlélteti.

A termofeszültség és a termikus nullponteltolódás

Termoelem

Két különböző anyagú fém érintkezésekor feszültség jön létre (Seebeck-effektus), amely az érintkezési pont hőmérsékletétől és a két fém összetételétől függ. Ezt a feszültséget más néven termofeszültségnek is nevezik. Az 1. táblázat a leggyakrabban alkalmazott fémpárokat és azok termofeszültségét sorolja fel.

A kapcsolókon fellépő termofeszültség

Az elektromechanikai relék érintkezői általában más anyagból készülnek, mint a kapcsolóegységek nyomtatott áramköri vezetői, amelyek többnyire rézből vagy rézötvözetből vannak. Ez a kétféle fém termoelemet alkot a 2. ábrán szemléltetett módon.

A relében létrejövő termoelemek a kétféle fém érintkezési pontjainak hőmérsékletétől is függenek. E hőmérsékletre hat a környezeti hőmérséklet, a szomszédos modulhelyen lévő modulok típusa, az aktivált relék száma és a modulon belüli légáramlás. A jelút tartalmazhat egyetlen relét, de akár többet is. A termofeszültség a jelút mentén lévő összes hőelem együttes eredője. Ez a jelenség aszimmetrikus (egyutas) vagy szimmetrikus (kétutas) hibaként is leírható.

A 3. ábra a termofeszültség egyutas mérését mutatja be.

A 4. ábra a termofeszültség szimmetrikus jelúton történő mérését szemlélteti.

Digitális multiméter és kapcsoló segítségével végzett feszültségmérésnél ezt a termofeszültséget figyelembe kell venni a teljes rendszer pontosságának számításánál.

Ha például a digitális multiméter pontossága 4 µV és a kapcsoló szimmetrikus jel­útra vonatkoztatott termofeszültsége 3 µV, akkor a rendszer egészének pontossága

, azaz 50 mV-os jel mérése esetén 0,01%.

Ellenállásmérésnél léteznek módszerek a változó termoelektromotoros erő kompenzálására, amelyek igen nagy pontosságot biztosítanak; ilyen például az eltolódáskompenzált ellenállásmérés (ún. OCO-módszer) vagy az egyéb kalibrációs technikák.

Termikus nullponteltolódás

Szilárdtestreléknél (SSR) és FET-es kapcsolóknál a nullponteltolódás okozta hiba nagyobb, mint a termofeszültség. A kapcsolómodulok termikus nullponteltolódása a bekapcsolást követő 10-15 perc múlva általában már állandó, ezért „kikalibrálható" vagy „kikompenzálható".

Beállási idő/kapcsolási folyamat

Beállási idő

A beállási idő a relének küldött parancs és a jel állandósult állapotának elérése között eltelt idő. Az állandósult állapotot a megkívánt mérési pontosság határozza meg. A precíziós mérések a kisebb pontosságúakhoz képest hosszabb beállási időt követelnek meg.

A beállási idő fontos tényező a szilárdtest­reléknél, ahol nagy jelútellenállással és RC időállandókkal kell számolnunk.

Bizonyos helyzetekben szükség lehet az alapértelmezett beállási idő megnövelésére.

A kapcsolás folyamata

Az ábrák egy általános célú elektromechanikus relé egy kapcsolási ciklusának folyamatát szemléltetik.

Bizonyos helyzetekben szükség lehet az alapértelmezett beállási idő megnövelésére.

Induktív terhelések kapcsolása

Amikor a relé induktív terhelést kapcsol, nagy, ellentétes irányú feszültséget kelthet a terhelésben tárolt (mágneses) energia. Ezek a visszaható feszültségek súlyosan károsíthatják a relé érintkezőit és jelentősen csökkenthetik az élettartamát.

Az induktív terhelésen fellépő visszaható feszültségeket célszerű egyenfeszültségű terhelésnél védődiódával, váltófeszültségű terhelésnél pedig fém-oxid varisztorral korlátozni az alábbi ábrán látható módon.

A kapcsolómodul dokumentációja tartalmaz leírást arra vonatkozóan, hogy milyen módon kell felkészíteni a kapcsolómodult az induktív terhelések megfelelő kezelésére.

Kapacitív terhelések kapcsolása

Kapacitív terhelések reed-relével történő kapcsolásakor rendkívül gondosan kell eljárni, különösen a nagy feszültségeknél. Amikor egy kapcsoló zár, a tranziens áram tölti a kapacitást. Ez az ugrásszerű áram lényegesen nagyobb lehet, mint ami a rendszer állandósult állapotában folyik. A fellépő áramcsúcs megolvaszthatja a reed-relé érintkezőjét (összehegeszti őket), akkor is, ha állandósult állapotban az áramértékek a kapcsoló előírt határain belül vannak. A kapcsoló és a kapacitás közé iktatott soros impedanciával – például ellenállással vagy ferrittel – csillapíthatók ezek az áramcsúcsok. Az ilyen áramcsúcsok nagyságát növeli a rendszer minden kapacitása, függetlenül attól, hogy a vizsgált eszköz vagy egy árnyékolt kábel szórt kapacitása okozza-e.

Feszültség/áram/teljesítmény kapcsolása

A kapcsolóegységen áthaladó jeleknek a feszültség, áram és teljesítmény kapcsolására vonatkozó határértékeken belül kell maradniuk.

Kapcsolható feszültség

A kapcsolható feszültség az a maximális jelfeszültség, amelyet a kapcsolómodul még biztonságosan képes fenntartani. A kapcsolható feszültség csatorna-föld, valamint csatorna-csatorna között értelmezett. A csatorna-föld-feszültség a jelvezeték és a földelt ház közötti, míg a csatorna-csatorna-feszültség a modul bármely két jelvezetéke közötti potenciálkülönbség. Ez a feszültség magában foglalja a relé nyitott érintkezői közötti feszültséget, valamint a szomszédos csatlakozók közötti feszültségeket is.

Tipp: a mérő- és vezérlőeszközök CE-minősítésének feltétele az IEC 61010-1 szabvány kielégítése. A nagyfeszültségű (> 60 V= / 30 Veff) jelekhez készült kapcsolómodulokat e szabványban definiált szelektivitási osztályok szerint specifikálták. A szelektivitási osztályok a biztonságos működéshez elfogadható tranziens túlfeszültségeket és szükséges hibavédelmet írják le.

Kapcsolható áram

A kapcsolható áram az a maximális névleges áram, amely be- vagy kikapcsoláskor átfolyhat a kapcsolón. Aktív áramutak kapcsolásakor ív képződik, amely károsíthatja az elektromechanikus relék érintkezőit. A specifikált minimális áram az a legkisebb áram, amely még megbízhatóan folyik át a kapcsolón.

Kapcsolható teljesítmény

A kapcsolható teljesítmény a jel nyitott érintkezők melletti feszültségének és zárt érintkezők mellett folyó áramának együttes korlátja.

Kapcsolható teljesítmény = kapcsolható feszültség × kapcsolható áram

Nagy teljesítményű jelek kapcsolásakor nagy energiájú ívek lépnek fel az elektromechanikai érintkezőkön, ami csökkenti a kapcsoló tényleges élettartamát.

A National Instruments Hungary Kft. honlapja