一、密封电磁继电器的定义及其主要作用
1、密封电磁继电器的定义及分类
继电器是指当输入量（或激励量）满足某些规定的条件时，能在一个或多个电气输出电路中产生预定跃变的一种器件。
电磁继电器是指利用输入电路内电流在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力而工作的一种电气继电器。在继电器的内部，输入电路部分是一个能产生电磁吸力的电磁铁线圈，输出电路部分是一组控制被控电路通断的开关触点。
常见的电磁继电器有如下几类：
A、直流电磁继电器：输入电路中的控制电流为直流的电磁继电器。
B、交流电磁继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器。
C、磁保持继电器：输入电路中的控制电流断开后，输出电路的通、断状态依靠一个永久磁钢的磁力作用而维持不变的电磁继电器。
D、高频继电器：用于切换高频、射频线路而具有最小损耗的电磁继电器。
电磁继电器的封装型式分为气密式密封和非气密式密封两类。气密式密封是指采用熔焊的方法将继电器封入一金属外壳内，以保证小的气体泄漏率。这通常是指金属与金属、金属与陶瓷、或金属与玻璃的密封。以这种方法封装的电磁继电器就是所谓的密封电磁继电器。
2、密封电磁继电器的应用
作为一种特殊的控制元件，继电器广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中。概括起来，继电器有如下几种作用：
A、扩大控制范围：例如，当继电器输入量达到某一定值时，通过多组不同组合的触点，同时换接、开断、接通多路电路。
B、放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个微小的控制量，可以控制更大功率（输入功率的几十到几百倍）的电路。
C、综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
D、自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。
密封继电器由于继电器机构被熔焊密封于一个金属外壳内，这使得继电器不受有害气体、潮气、灰尘等外界气氛环境的影响；继电器内充入的高纯N2气能有效的保护触点、增强灭弧、散热绝缘、耐压等性能；而且继电器的结构强度明显增加，继电器的抗冲击/振动性能大幅提升。因此，密封继电器的可靠性远高于非密封继电器，可使用于严酷的气候和力学环境中。
二、密封电磁继电器的主要技术指标
1、使用环境条件
1.1 气候环境条件
1.1.1 使用环境温度：使用环境温度对继电器的影响主要表现在：
A、由于线圈电阻随温度升高而增大，使线圈输入功率减小，因此在高温条件下，继电器的动作电压将会升高，而在低温条件下，继电器的释放电压将减小，从而影响继电器的正常切换。
B、温度升高，熄弧困难，继电器触点的切换能力下降。
C、温度升高加速了绝缘材料的老化, 金属零件的氧化；温度升高,加快了有机气体的释放，加剧了触点表面膜电阻的形成，特别是低电平和中等电流条件下，直接影响接触可靠性；低温下,对非气密式密封继电器、或继电器内部气体水份超标时，触点表面有可能结霜，影响触点的导通；低温下锡的脆裂影响锡封继电器的密封性。
我国军用继电器标准GJB65B和GJB1042A均规定继电器的工作温度范围为-65℃ ~125℃
我公司生产的耐高温继电器JZC-200MI和JRW-210MD使用环境温度可达-65 ℃ ~180 ℃
1.1.2 低气压：低气压条件下，继电器的介质耐压将明显下降；非气密式密封继电器的触点断弧能力下降。
1.2 力学环境条件：继电器的力学环境条件有振动、冲击、加速度等。电磁继电器触点簧片均为悬臂梁系统,固有频率较低，在接近或达到其固有频率的外界振动作用下会引起谐振，使触点压力降低直至产生瞬时断开，即出现抖动。可动的衔铁部分会因振动、冲击、加速度的过激励而误动作，进而使触点接触不良或断开。周期性的作用力会使结构破坏、脱落造成失效。继电器内残存的松散微粒(毛刺脱落物、焊渣、材料碎屑)在振动和冲击作用下会落入触点间隙或转动支承处造成严重故障。我国军用标准GJB65B和GJB1042A均规定继电器的振动指标为：加速度294 m/s2(30g)、频率范围10 Hz~3000Hz；GJB65B还规定继电器应能承受加速度谱密度为40 (m/s2)2/Hz,总均方根加速度值为239.1 m/s2的随机振动作用。国军标GJB65B和GJB1042A规定的冲击等级见表1。在冲击和振动作用下,闭合触点的断开时间不应超过10μS，断开触点的闭合不应超过1μS。
表1：继电器冲击分级
2、结构物理要求
除继电器的结构形式、外形及尺寸、安装方式、引出端方式、重量等常规结构物理要求外，以气体泄漏率所表示的密封性能是密封继电器的一个重要技术指标。除了防止空气中灰尘、有害气体及湿气对继电器的污染，适于长时间贮存，提高继电器对恶劣气候环境的适应性和工作可靠性外，在航天应用领域的高真空环境下，继电器的密封性能还有更重要的作用。若继电器密封失效或泄漏严重，在高真空环境下，会导致继电器散热困难，导致其线圈温升增高,引起动作释放参数变化,甚至不能正常工作;散热困难还使触点温度上升,导致触点切断容量降低; 气压降低导致介质强度降低,绝缘耐压下降; 气压降低还导致触点灭弧困难; 在真空环境下,有机物蒸发、分散导致触点污染。
常见的密封方法有熔焊密封和锡焊密封两种，熔焊密封主要有激光熔封、电子束熔封、电阻焊熔封等。熔焊是两个金属焊接件基体的直接熔合，而锡焊是将两个金属焊接件用锡封接起来。显然，熔焊密封在密封性、焊接强度等方面均优于锡焊密封。密封继电器中通常充入大于一个大气压的高纯氮气作为保护气体。
我国军用标准GJB65B和GJB1042A均规定继电器均规定继电器密封性要求为允许的最大泄漏率为10-3 Pa.cm3/S (10-8 atm.cm3/S)。
我公司生产的1/2晶体罩系列等产品均采用激光熔封，TO-5系列产品均采用电阻焊熔封，泄漏率均达10-3 Pa.cm3/S。
3、触点参数
触点参数包括触点组合形式、接触电阻、触点负载与寿命（动作次数）、机械寿命、触点回跳时间等。
继电器的触点额定负载是指在规定的环境条件下，在规定的动作次数内,在规定动作频率下触点所能切换的负载大小。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生较大变化。
常见的继电器负载有如下几类：
A、阻性负载:负载性质为纯阻性的直流或交流负载。
B、灯负载:白炽灯内钨丝冷态电阻非常小，接通瞬间的浪涌电流一般高达稳态电流的12倍，会使继电器触点迅速熔蚀，甚至熔焊失效。
C、电动机负载:电动机静止时输入阻抗非常小，因此刚刚启动时浪涌电流非常大，约为稳态电流的6倍。另外继电器的触点作为电动机启闭的开关，关断时须承受电动机绕组的感应反电势冲击产生的电弧作用，因此触点间的绝缘抗电水平与承受过负载的能力都必须留有充分的余量。如果在负载两端并联一个二极管或阻容串联元件就可以较好的保护继电器触点，提高继电器的可靠性。
D、容性负载:容性电路的接通瞬间会出现浪涌电流，触点可能因电流太大而烧蚀或熔焊失效。在使用时如能根据电容量的大小，适当串联一个限流电阻即可缓解这一危害。长的传输导线，抗干扰滤波器，整流电源等都是强容性负载。
E、感性负载:继电器在感性负载电路中关断时，感性负载所存储的能量将通过断开触点间的电弧释放，往往会导致触点烧蚀、熔焊或绝缘零部件失效等故障发生。电感器、螺线管、接触器线圈、扼流圈、电磁铁线圈等都是感性负载。同样如果在负载两端并联二极管或阻容串联元件就可以较好的保护继电器触点。
F、交流负载:继电器触点交流负载额定值仅在规定的交流电频率下适用。不同频率条件下，继电器的切换能力是不同的。
G、直流负载:直流负载比交流负载更难断开。交流电压过零时会自动灭弧。直流电压产生的电弧持续不熄，直到电弧被拉长而不能自持为止。电弧能量会使触点产生严重腐蚀、金属转移、飞溅等损伤。
H、中等电流负载:开路电压28 Vd.c.，闭路电流为100 mA的直流阻性负载。在这一负载作用下触点间会出现火花放电，使继电器内部的有机物在触点表面聚合而引起接触电阻增大或不稳定，甚至导致开路失效。
I、低电平负载:开路电压为10 mV~50 mV（直流或交流峰值）闭路电流10μS ~50μS的负载。吸附在触点表面的有机膜，由于负载电平太低而不能击穿，从而导致接触电阻增大或不稳定，甚至导致开路失效。
用户可参照表2按百分比变换触点负载电流。
表2：不同负载性质的负载电流变换表
4、线圈参数：线圈参数包括线圈额定工作电压、动作电压、保持电压、释放电压、线圈电阻、动作时间、释放时间等。
5、绝缘性能：绝缘性能包括绝缘电阻和介质耐压。
6、可靠性指标：继电器可靠性是指继电器在规定的条件下和规定的时间（或动作次数）内，满足规定性能的能力。我国军用标准GJB65B《有可靠性指标的电磁继电器总规范》中，规定继电器的可靠性指标主要为失效率。
失效率λ表示在t时刻（或动作次数）后的单位时间内失效的产品数与在t时刻还在正常工作的产品数的百分比值。它表示了产品在工作到t时刻的条件下，单位时间内的失效概率。其数学表示式为：λ(t) = [n(t+*t)-n(t)]/{[N-n(t)]?t}式中：
N——投入试验产品总数；
n(t) ——到t时刻已失效产品总数；
△t——检测到的时间间隔。
我国军用标准GJB65B规定继电器的失效率等级见表3：
我公司生产的JZC-200MF、JRW-210MC等产品均为贯彻GJB65B、有可靠性指标的继电器。
表3：继电器的失效率等级
三、密封电磁继电器的选用说明
1、关于线圈方面的说明
1.1 线圈激励量的选择
A、继电器工作时，线圈应施加额定工作电压，而不是动作电压，从而使继电器线圈电压在电源电压波动、或继电器的使用环境存在机械振动、冲击、或环境温度升高时，有一个可靠工作的保险余量。另一方面，线圈电压过高，会导致线圈发热严重，缩短线圈寿命。
B、磁保持继电器非常适合需要节省电能的场合，但这种继电器的线圈不可长期加电，因为线圈是按施加脉冲电流设计的，长时间加电将使线圈过热。为保证可靠而给该类继电器线圈长时间加电的做法是错误的。
C、对于同一规格品种的继电器，不应认为，动作电压越小，继电器越灵敏越好。动作电压减少，继电器内部的电磁吸力，弹性反力，触点间隙等机械参数均减小，这将会影响继电器的抗振性、可靠性、负载能力、触点间的耐压和寿命等性能。同理，继电器的释放电压不一定越大越好。
1.2 线圈瞬态抑制：继电器线圈断电瞬间，在线圈上可产生比所加的激励电压大数倍的反峰电压（通常可达8倍及以上），这对电子线路有极大的危害，应以抑制。抑制方法较多，通常采取在线圈两端并联二极管的方式，但并联二极管将延长继电器的释放时间，影响继电器的使用寿命，在使用时应予以注意。具有瞬态抑制功能的继电器在其内部已加入了抑制元件。注意，该类继电器的线圈引线是有极性的，使用时应特别注意，极性接反将损坏内接二极管而导致继电器失效。
同时在检测继电器的绝缘电阻和介质耐压参数时应将两线圈引出端短接，以免损坏内接的抑制元件。
2、关于触点方面的说明
2.1 触点负载中的电压与电流的关系：一般情况下, 减小负载电压可使负载电流升高, 减小负载电流可使负载电压提高,但不存在一个通用的负载电压电流对应关系。而且, 即使负载电压电流中的一个无限制的减少,负载电压电流中的另一个不可能无限制的增大,而是有一个上限值。另一方面,继电器并不一定能切换直到零的任意小的负载；能切换大负载的继电器,并不一定能切换小负载,特别是低电平与中等电流负载,比如选取额定负载为10 A的产品去切换50μA负载就不一定可靠，因为在不同大小的负载下,触点失效的机理不同。不同的继电器具有不同的负载电压与负载电流的关系曲线，即负载曲线。实际施加的负载应限制在此曲线之下。
图1：负载曲线示例
2.2 负载与寿命次数的关系：
继电器给定的寿命次数是相对于规定的额定负载而言的。显然, 负载增大,继电器的寿命将缩短。但不存在一个通用的负载寿命对应关系, 不同的继电器具有不同的负载与寿命的关系曲线,即寿命曲线。
图2：寿命曲线示例
2.3 寿命次数与动作频率的关系：继电器的负载和寿命还明显的与触点切换频率有关。对于大电流负载, 触点切换频率的增加,会使触点电弧放电产生的热量没有充足的时间散开，导致触点温度升高，电弧放电进一步加剧，触点寿命缩短。
继电器的动作时间和释放时间在产品标准中已有规定。为保证继电器可靠转换，并保证继电器在额定负载下的寿命次数，继电器触点的切换频率应小于表4规定的频率。
表4：继电器的触点切换频率
2.4 寿命次数与环境温度的关系： 温度升高时，触点间的电弧放电加剧，继电器的负载和寿命将大幅减少。
2.5 触点的串并联：由于每组触点动作的不同步性，实际上接通和切断负载的触点，总是先接通和后断开的那一组，所以触点的并联不能有效提高继电器触点负载电流和电寿命。同理，触点的串联不能提高继电器的负载电压。
2.6 继电器触点的保护：当触点断开感性负载电路时，负载中储存的能量必须通过触点燃弧来消耗。为了消除和减轻电弧的危害，延长触点的使用寿命，消除或减轻继电器对相对灵敏电路的电磁干扰、损害，通常采用电弧抑制触点保护电路。常见的触点保护电路有：在感性负载上并联一个电阻或电容电路，或并联一个二极管。
应尽量避免继电器输出端和输入端共线或连通，因为线圈去激励时，线圈上的反电势会加在触点上，使触点的断开电压增大，同时也会干扰其他电路。
3、关于可靠性方面的说明
3.1 增加可靠性的方法
A、降额使用：适当的降额使用继电器负载（降额使用准则可参考GJB/Z35，通常可在触点负载电流的50 %到70 %之间选取）可以减少继电器在额定负载电流下的失效，提高继电器的使用寿命和可靠性，但降至100 mA或礎级时应慎重。
B、触点的串并联：触点并联虽不能提高继电器的负载电流，却可以提高线路接通的可靠性，降低线路接通失效的概率。但是，触点并联会影响线路断开的可靠性。同理，触点串联可以提高继电器线路断开的可靠性，但会影响线路接通的可靠性。
3.2 继电器的筛选
3.2.1 继电器失效率的典型曲线：根据对产生稳定的继电器失效情况的大量统计与分析表明，继电器的失效率有如下图所示的变化规律。由于其形状象浴盆，通常叫做“浴盆”曲线。从浴盆曲线可以看出，产品失效分为三个阶段：早期失效期，偶然失效期和耗损失效期。因此，筛选是剔除早期失效的继电器、提高继电器可靠性的常用方法。
图３：继电器的失效率的典型曲线
3.2.2 筛选的项目：继电器的筛选通常包括：振动（非破坏性）、高低温运行、内部潮湿检查、微粒碰撞噪声检查（PIND）、密封性检查等，这些项目在相关标准中都有规定；但也可以按用户的要求进行筛选。
●振动筛选的目的是剔除那些结构有缺陷的产品。
●高低温运行筛选的目的是剔除那些继电器参数调整有缺陷的产品。
●内部潮湿检查的目的是剔除那些内部保护气体含水量超标的产品。
●微粒碰撞噪声检查（PIND）的目的是剔除那些内部有多余物的产品。
●密封性检查的目的是剔除那些泄漏率达不到要求的产品。
3.2.3确定筛选项目和筛选条件的原则
A、筛选要针对产品的缺陷及重要失效模式，不要认为筛选的项目越多，产品就越可靠。
B、施加的应力对于良好的产品应无破坏作用，而能把绝大部分潜在缺陷暴露出来予以剔除。筛选不当就会给继电器留下隐患，反而降低产品的可靠性。对于额定电流不大于5 A的产品，高低温运行筛选时负载应为低电平：10μA~50μA ，10Mv~50mV;对于额定电流大于5 A的产品，负载为中等电流：0.1 A，28 Vd.c.;而额定电流大于25 A的产品，负载应为1 A，28 Vd.c.。正弦扫描振动筛选应根据不同产品，仅在其最危险方向进行。
C、筛选时间的选定应以尽可能排除潜在缺陷，提高产品可靠性为原则。由于没有一个筛选方案能把潜在缺陷100%暴露出来，所以应根据规定的置信度和产品允许缺陷率来确定适当的筛选时间。
3.3 继电器的失效分析
3.3.1 分析前的准备：在对失效的继电器进行失效分析之前，应首先记录继电器的失效表现形式、失效时的使用条件。包括环境温度、湿度、气压等气候环境条件；冲击、振动、加速度等力学环境条件；触点负载类型、电压、电流大小、线圈电压、电流和电路系统的电压、电流等电应力条件；详尽了解产品经历、安装和导线连接等情况；必要时，应作失效再现。
3.3.2 失效分析程序：产品失效分析应尽可能按下表的失效分析程序进行。
四、继电器主要参数的测试
1、测试条件
A、若无特殊规定，所有测试均在正常气候条件下进行：
温度15℃～35℃
相对湿度45%～75%
大气压力86KPa～106KPa；
发生争议时，继电器仲裁试验的气候条件如下：
温 度：25﹣2﹢0℃
相对湿度：50% ±2%
大气压力：86kPa～106kPa 。
B、验收的设备仪表应符合标准，测试精度应在规定的范围内，最好与继电器生产厂家统一。 C、测试的方法、包括测试的次数应符合继电器试验方法标准规定。
表５：继电器失效分析程序
2、动作、释放值测试：继电器的不动作值、动作值、保持值、释放值测试按图4所示的测试程序图进行。该测试程序最大优点是测试的参数重复性好，它并不表示实际使用中继电器要先磁化，后工作。
图４：测试程序图
3、线圈电阻：线圈电阻的测量可用电压、电流法和电桥法。用电压、电流法测量时，应尽量避免或减小电压表、电流表内阻的影响，测试时间要尽量短，以避免线圈温度升高，影响测量准确性。线圈电阻对测量时的环境温度比较敏感，所以测试前1-2小时内产品置于测试环境下（不对线圈施加激励）。测试数值Ra应换算成基准温度（一般为25℃）下的值，换算公式为：
Ra=R0[1+a(Ta-25)]
式中：Ta为环境温度（℃）
a为电阻温度系数（铜导线的温度系数按0.004/ ℃计算）
4、接触电阻：测量常闭触点与动触点的接触电阻时继电器处于不激励状态；测量常开静触点与动触点的接触电阻时继电器处于额定激励状态。接触电阻的测量采用电压电流表法。测量时，加到触点上的负载应符合国军标规定，一般情况下为6V，10mA（阻性）。测试部位在引出端离其根部4mm之内。负载应在触点达稳定闭合之后施加，触点断开之前切除。
5、绝缘性能：继电器绝缘电阻测试一般都使用兆欧表，被测继电器应置于优质绝缘板上，测试电压应符合国军标相关规定（一般情况下为500 Vd.c.），测得的最小值即为被测值。
介质耐压测试时一般采用规定测试电压的1.1倍，最大允许漏电流为1mA，保持时间1s，有争议时应以规定电压下保持1min为准。
6、时间参数：时间参数的测量电路如图5示所示，也可以用其他合适的电子仪器、仪表代替，触点负载应为阻性，测动作、释放及回跳时间时负载为10 mA6V（阻性负载）；失效率等级为M、P、R级的继电器测量稳定时间时的负载为50μA， 50 mV（阻性负载）。仪器的分辨率为1μＳ。
测量动作时间应在额定工作电压激励条件下测量，测量释放时间应在额定工作电压切除时测量。
图５：测量动作和释放时间及触点回跳时间的典型电路和典型波形图
五、密封电磁继电器的运输、贮存、安装和使用
1、密封继电器的引线脚是通过玻璃绝缘子支撑的，不能随意扳动，否则将造成玻璃绝缘子的开裂，使继电器密封性受损，影响产品的使用性能，甚至将造成引线脚的松动、断裂，导致继电器失效。必须扳动引线脚时（指较小直径的引出线），应先将引线脚在距底板3mm处固定再扳动。大直径的引线脚不允许扳动。同理，继电器在安装和使用时，引出脚上的受力要适当。
2、继电器引出端焊接应使用中性焊剂，以免污染玻璃绝缘子而使产品绝缘性能降低。同时焊接的时间不宜过长，通常焊接温度不应超过260℃，连续焊接时间以不超过3秒钟为好。若需多次重复焊接时，应在焊点充分冷却后再进行下一次焊接。焊接完成后应及时清除继电器表面的焊剂。
3、当使用继电器插座时，应严格检查插座的插拔力，并保持插座的清洁。继电器与插座之间的接触不良是影响继电器可靠性的重要原因之一。
4、直接安装于印制电路板的继电器，不应靠继电器的引线脚来支撑产品，而应考虑采用将继电器的引线脚、外壳与印制板灌封为一体的加固方式，或采用有安装板、安装螺钉等安装件的继电器，或者采用外加卡箍等支撑形式，以免继电器在强的冲击振动作用下损伤引线脚和继电器。
5、要避免将继电器安装于容易引起谐振的悬臂梁支架或刚性不强的构件上，以免在强的振动、冲击作用下支架或构件发生谐振，将其能量传递给继电器而使继电器失误或失效。特别要指出的是，由于印制电路板本身的刚性不高，极容易在强力学环境作用下产生谐振，使安装在电路板上的继电器受到冲击振动被成倍放大的作用，使继电器失效，因此应加强印制电路板固定的刚度。继电器安装时，其触点的运动方向和衔铁的吸合方向应尽量不与冲击振动方向一致。继电器两侧安装支架的受力应平衡。
6、继电器应尽量避免安装在强磁场和强热源附近，以防磁效应和热效应对继电器性能的影响，必要时应使用磁屏蔽或隔热片。继电器之间也要相距一定距离，以避免相互间产生磁干扰或热影响。
7、包装好的继电器应贮存于环境温度为-10*~40?，相对湿度不大于80%，周围空气中无酸碱及其它腐蚀性气体的场所。
8、继电器的装盒、装箱、运输和使用过程中，碰撞、掉落、敲打会造成继电器电器参数的明显变化。因此在运输和使用过程中应轻拿轻放，使用专门的包装盒。如果继电器不慎掉落地，由于受强冲击，内部可能受损，应隔离、检测、确认合格后才能使用。
六、订货
1、选定继电器后，应参照订货标志正确填写订货合同，订货合同中注明产品型号、规格序号、安装形式代号、引出端型式代号、等级代号等内容，以免发生错误。
2、对于引出端型式、安装方式、电性能、绝缘性能、继电器的外观等有特殊要求或需要按规定的技术协议要求验收的产品在合同中应明确规定。
3、对于触点有低电平要求以及非阻性负载要求或高于28Vd.c.负载电压要求的应予以注明，以便在设计、生产中采取相应措施。
订货标志示例：
其中只有在选择带可靠性指标的产品时才填写失效率等级项，并且不必填写环境等级代号项。可以选用Ⅲ级不带可靠性指标的产品。
JZC-200MF-012-01-Ⅰ棗表示型号为JZC-200MF，线圈额定电压为12 Vd.c.，安装方式为0，引出端型式为1，环境等级为Ⅰ级的产品。
JZC-200MF-012L-01棗表示型号为JZC-200MF，线圈额定电压为12 Vd.c.，可靠性等级为L级，安装方式为0，引出端型式为1的产品。
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