干簧开关产品的基本电气参数

吸合

吸合 (PI) 指的是干簧开关触点闭合时的临界参数。使用磁铁测量时，通常以干簧开关与磁铁之间的距离（单位：毫米或英寸）或磁场强度（单位：安匝、毫特斯拉或高斯）表示。通过线圈测量时，吸合点则以线圈两端电压、线圈电流或安匝数为单位。该参数通常以最大值进行规定。

无论干簧开关退火处理得多完善，其仍会存在轻微的剩磁现象（即在磁场从干簧开关移除后，簧片内仍会残留微弱的磁性）。为获得稳定的吸合与释放测量结果，建议在测量吸合点前先用强磁场对干簧开关进行饱和磁化，这将显著提升测量结果的一致性。参见图 5。

在线圈中测量时，特别是在干簧继电器中测量时，拉入在不同温度下会发生变化，通常规定为 20°C。

在此，由于线圈铜线会随温度膨胀和收缩，因此拉入点或工作点会随温度变化 0.4%^oC。设计精良的继电器通常会在设计和规格说明中考虑到这种参数变化。

断开

断开(DO)被描述为触点打开的点，具有与上述拉入点类似的特性。它也被描述为释放或复位电压电流或 AT。

磁滞

磁滞存在于拉入和断开之间，通常以 DO/PI 的比率来描述，单位为 %。磁滞的变化取决于干簧开关的设计（图 7），电镀或溅射厚度、叶片刚度、叶片重叠、叶片长度、间隙大小、密封长度等的变化都会影响这一参数。使用磁铁处理磁簧开关时的磁滞示例见图 7。

接触电阻

接触电阻 是簧片产生的直流电阻（体积电阻）和跨接触间隙的电阻。大部分接触电阻存在于镍/铁磁簧片中。它们的电阻率分别为 7.8 x 10-8 欧姆/米和 10.0 x 10-8 欧姆/米。与铜的电阻率（1.7 x 10-8 欧姆/米）相比，这些电阻率相对较高。干簧开关的典型触点电阻约为 70 欧姆，其中 10 至 25 欧姆是触点上的实际电阻。在干簧继电器中，继电器引脚通常采用镍/铁材料，这虽然提高了整体磁能效率，但却增加了接触电阻的体积电阻。增加的电阻可能在 25 mOhm 至 50 mOhm 之间。见图 #8。

动态触点电阻

动态触点电阻 (DCR) 是触点布局的真实测量值。如前所述，接触电阻主要由体积电阻或引线电阻构成。测量簧片开关两端的电阻只能粗略地显示触点是否正常。为了更好地显示触点的功能，必须在动态条件下观察触点。

在 50 赫兹至 200 赫兹的频率范围内打开和闭合触点可以显示更多信息。以 0.5 伏或更低的电压和大约 50 毫安的电流进行开关操作，可以获得足够的电压和电流来检测潜在的问题。这种测试可以使用示波器进行，也可以很容易地进行数字化，以实现更自动化的测试。应避免测试电压超过 0.5 伏，以避免 “断裂”（潜在的不导电薄膜）。如果开关信号很低，或在干簧开关电流较小的情况下闭合（在触点上施加任何电压或电流之前闭合触点），这种极薄的薄膜看起来就像开路。使用高于 0.5 V 的电压可能会掩盖这一潜在的质量问题。参见图 9。

将上述频率施加到线圈上，触点将在大约 ½ mA 的电流内动作并闭合。然后，触点可能会跳动约 100 毫秒，并出现长达 ½ 毫秒的动态噪声。这种动态噪音是由触点持续弹跳但不打开而产生的，在触点上的力或压力发生谐波变化时，触点电阻变化很大，在大约 ½ 毫秒或更短的时间内产生严重的阻尼。 见图 10。一旦这种动态噪音消散，触点将经历一个 “摇摆期”。此时，触点已经闭合，但在闭合时会摇摆达 1 毫秒或更长时间。触点在线圈磁场中的这种摇摆会通过触点产生电流。一旦这种效应消失，触点即进入静止状态。

通过观察动态测试产生的电信号波形，可以充分了解干簧开关的质量状况。一般而言，在施加线圈电压后，触点动态活动应在1.5毫秒内稳定下来。若触点持续弹跳超过250毫秒，则可能意味着闭合力不足，这可能导致产品寿命缩短——尤其是在切换任何负载时更为明显。参见图 #11。

若动态噪声或触点抖动持续时间超过规定范围，可能意味着干簧开关密封强度不足或承受了过度应力。这种情况可能导致管壳开裂或破损。此外，若抖动幅度过大，则说明管壳存在附加应力，可能引发密封泄漏。此时外部空气和湿气可能渗入管壳内部，在触点上形成有害污染物。见图 #12 和 #13。

此外，当接触电阻随连续闭合而变化很小时，可能存在污染、密封泄漏、颗粒、镀层松动或剥落，从而可能缩短预期寿命（图 14）。改变施加到线圈上的频率有时会产生更微妙的共振相关问题。这也会表现为更高振幅或更长时间的动态噪音或触点晃动。

任何时候，只要您的应用需要长寿命、稳定的接触电阻和无故障运行，就必须对触点进行动态测试，并严格控制测试限制。

共模电压

共模电压是另一个可能显著影响干簧开关寿命的参数。根据电路和环境条件，共模电压实际上可能对开关电路中的寄生电容充电，从而以不可预见的方式急剧缩短干簧开关的使用寿命。同样，快速电流探头可以揭示在最开始的50纳秒内切换的惊人电压和电流，这些与实际负载并无关联。当敏感电路内部或附近存在线路电压时，需格外谨慎。这些电压可能耦合到电路中，严重影响产品的使用寿命要求。通常，寿命缩短会被归咎于干簧开关故障，但实际上这往往是电路中未预见的条件所导致的结果。

切换负载

切换负载 是指闭合瞬间同时切换的电压与电流组合。该参数有时会产生误解。对于额定切换能力为200伏、0.5安培和10瓦的干簧开关，实际切换的电压与电流乘积不得超过10瓦。例如：若切换电压为200伏，则电流不得超过50毫安；若切换电流为0.5安培，则电压不得超过20伏。

击穿电压（介质耐压）

击穿电压（介质耐压）通常高于开关电压。对于大型真空干簧开关，其额定值高达15,000伏直流电压并不少见。部分小型真空干簧开关可耐受高达4,000伏直流电压。而小型充气式干簧开关一般可承受250至600伏直流电压。

绝缘电阻

绝缘电阻是衡量触点之间隔离度的标准，可能是干簧开关区别于所有其他开关设备的最独特参数之一。通常，磁簧开关的绝缘电阻平均为 1 x 10¹⁴欧姆。这种隔离允许在极端的测量条件下使用，在这种条件下，皮安或飞安范围的泄漏电流会干扰正在进行的测量。在测试半导体时，可能会有多个栅极并联，开关器件的组合漏电流在测试测量电路中变得非常重要。

介质吸收

电介质吸收描述了不同电介质对极小电流的影响。低于纳安培的电流会受到电介质减缓或延迟这些电流的影响。根据所测量的电流有多小，这些延迟可能会达到几秒钟的量级。Standex Detect 工程师设计的干簧继电器和电路可最大限度地减少电介质吸收。

切换电压

切换电压通常以伏特直流电压或伏特峰值为单位，是触点上允许开关的最大电压。
高于电弧电位的开关电压会导致一些金属转移。电弧电位一般在 5 伏特以上。电弧是造成触点短路的主要原因。在 5 伏至 12 伏的电压范围内，大多数触点的开关次数可达数千万次，具体取决于开关电流的大小。

大多数加压干簧开关的开关电压不能超过 500 伏，主要原因是在试图打开触点时无法断开电弧。一般来说，开关电压超过 500 伏时，需要使用排空式干簧开关，最高可达到 10,000 伏。开关电压低于 5 伏时，不会产生电弧，因此不会出现叶片磨损，从而延长了干簧开关的使用寿命，使其可以进行数十亿次操作。经过适当设计的干簧继电器可以切换和辨别低至 10 纳伏的电压。

切换电流

开关电流是指触点闭合时的开关电流，单位为安培直流电（峰值交流电）。电流水平越高，开合时的电弧越持久，因此开关的寿命越短。

携带电流

携带电流也是以安培直流电（峰值交流电）为单位，规定为触点已经闭合时允许的最大电流。由于触点已闭合，因此允许更大的电流。由于只有在断开和闭合转换时才会产生电弧，因此不会造成触点损坏。当脉冲持续时间很短时，干簧开关还能传输更大的电流，因为此时的发热极小。相反，与机电式电枢继电器不同，干簧继电器可以切换或传输低至飞秒安培（10-15 安培）的电流。

杂散电容

由于导电路径和电缆等原因，总是存在以微法拉或皮科法拉为单位的杂散电容。在切换电压和电流时，最初的 50 纳秒最为重要。电弧就会在这一瞬间产生。如果开关电路中存在大量杂散电容（取决于开关电压的大小），可能会产生更大的电弧，从而缩短使用寿命。在切换任何较大的电压时，明智的做法是在电路中放置一个快速电流探头，以便在最初的 50 纳秒内查看切换的具体情况。一般来说，当开关电压超过 50 伏时，50 皮法或更多对开关的预期寿命非常重要。

动作时间

动作时间是指触点闭合并停止回跳所需的时间。除水银湿式触点外，簧片在闭合时会因足够的闭合力而产生谐振运动。由于簧片本身具有相对较强的弹簧力，这种临界阻尼运动会迅速衰减。通常可在50微秒至100微秒周期内观察到一到两次弹跳。大多数小型干簧开关（含弹跳时间）的动作时间范围为100微秒至500微秒。

参见 图 15。

释放时间

释放时间是指磁场消除后触点完全断开所需的时间。在干簧继电器中，当线圈断电时会产生较大的负向感应脉冲（反冲电压），使干簧片迅速断开，此时的释放时间通常在20微秒至50微秒范围内。若在线圈两端并联二极管以消除感应电压尖峰（可能高达100-200伏），触点断开时间将延长至约300微秒。部分设计需要快速释放时间，但又不能将高压负脉冲耦合到敏感数字电路中，因此他们采用“二极管串联12-24伏齐纳二极管”的并联保护电路。这样当线圈断电时，电压可在齐纳电压值范围内负向变化，既能保证触点在100微秒内可靠断开，又能有效抑制高压脉冲。

见图 #16。

谐振频率

谐振频率是干簧开关的物理特性参数，当外部频率与干簧开关的固有谐振点一致时，其所有性能参数都可能受到影响。例如：长度约20毫米的干簧开关通常会在1500至2000赫兹范围内发生谐振；而长度约10毫米的干簧开关谐振范围则在7000至8000赫兹之间。避开这些特定谐振频率区域，可确保干簧开关在无干扰的环境中稳定工作。受谐振影响最显著的参数通常是切换电压和击穿电压。参见图 17。

电容

触点上的电容 以皮法拉为单位，种极低的电容值使干簧开关能在半导体器件无法适用的场景中使用（半导体器件通常具有数百皮法的电容）。在半导体测试设备中，这种低电容特性具有至关重要的意义。参见图 18。