KR101483286B1 - 릴레이의 채터링 시험장치 - Google Patents

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조한성
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주식회사 경신
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Abstract

본 발명은 릴레이의 채터링 시험장치에 관한 것으로, 시험용 릴레이의 채터링 시험을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부와, 상기 시험용 릴레이의 채터링 시험시간, 채터링 휴지시간, 및 1주기의 채터링 온/오프 시간을 설정하는 타이머와, 상기 타이머에 설정된 채터링 시험시간 동안, 상기 1주기의 채터링 온/오프 시간 단위로 상기 시험용 릴레이를 자동으로 채터링 시키는 스위칭부 및 상기 시험용 릴레이의 시험시간 동안, 상기 채터링 오프 시간에서 미리 설정된 역기전력을 발생시키는 시험부하를 포함한다.

Description

릴레이의 채터링 시험장치{APPARATUS FOR TESTING CHATTERING OF RELAY}
본 발명은 릴레이의 채터링 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 릴레이의 채터링에 대한 내구 시험을 통해 릴레이의 안정성 및 성능 향상에 기여하고, 실제로 릴레이가 적용된 필드에서 채터링 발생에 의한 릴레이의 손상을 방지할 수 있도록 하는 릴레이의 채터링 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 릴레이란, 전기 및 전자제품의 구동과 신호 전달 기능을 수행하는 전자부품으로서, 코일이 감겨진 철심에 전류를 흘리면 철심이 전자석이 되는 원리를 이용한 것으로 거의 모든 가전제품, 통신기기에 적용되는 범용 전자부품이다.
다시 말해 상기 릴레이는 입력(코일에 인가되는 전원 입력)이 임의의 설정 값에 도달했을 때 작동하여 상기 코일의 작동에 의해 움직이는 철편의 끝에 장착된 접점을 통해 다른 회로(또는 부하)에 전원을 입력하는 것으로, 접점 릴레이, 서멀(thermal) 릴레이, 광 릴레이 등이 있다. 상기 릴레이는 작은 전압(또는 전류)을 스위칭 하여 큰 전압(또는 전류)을 스위칭 할 때 유용하게 사용된다.
상기 릴레이가 손상되는 원인은 정해진 전류보다 높은 전류를 지속적으로 단속할 경우 내부 코일이 손상되거나 접점이 손상되는 경우가 발생한다. 그리고 습기에 의한 소손도 상당수 발생할 수 있으며, 다이오드가 내장된 경우 쇼트에 의한 강한 역전류에 의해 손상되는 경우도 발생한다.
또한, 릴레이 손상의 큰 원인 중 하나는 릴레이의 스위치 온 시 발생하는 채터링에 의한 것이다. 상기 채터링은 릴레이의 접점이 닫힐 때(스위치 온 시) 한 번에 닫히지 않고 빠른 속도로 여러 번 개폐가 반복되는 현상이다. 상기와 같이 릴레이에 채터링(빠른 온/오프 반복 현상)이 발생할 경우 오프 구간에서의 역기전력에 의해 릴레이 손상이 심화되는 문제점이 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 전자 제어 유니트(ECU : Electronic Control Unit)에 의해 상기 릴레이의 스위치 온 시(①), 릴레이의 접점부에서 채터링이 발생하고(②), 상기 채터링 시 오프 구간(접점이 열리는 구간)에서 부하(예 : 시동모터(Start Solenoid))의 내부 인덕턴스 성분에 의한 역기전력(또는 역기전압)의 발생(③)으로 릴레이의 접점부에 아크(arc)가 발생(④)하여 손상될 수도 있다.
여기서 상기 역기전력(reverse electromotive force)은 하나의 회로(즉, 부하)에 흐르는 전류가 변하는 경우, 상기 회로의 내부를 관통하는 자속도 변화하기 때문에 발생한다. 따라서 상기 역기전력은 회로에서 작용하는 기전력(정상으로 흐르고 있는 전류)의 방향과 반대가 된다. 이때 상기 역기전력은 부하에 따라서 다소 차이가 있으나 약 ??30V 정도이며 발생 시간은 약 20ms 정도이다.
그런데 상기 릴레이를 차량에 장착하여 사용할 경우, 상기 차량 내의 유니트 및 모터류의 각종 부하들을 작동한 후에야 비로소 릴레이 손상 여부를 확인할 수 있으며, 채터링(또는 채터링에 의해 발생하는 역기전력)에 대한 릴레이의 내구성을 검증할 방법이 없었다.
여기서 상기 유니트는 솔레노이드 부하 및 모터류 이외의 차량이나 시스템(예 : 차량 에어컨 등) 내에서 한 가지 기능을 담당하는 부하들을 의미한다.
따라서 채터링에 대한 내구성이 검증되지 않은 릴레이를 장착한 후 릴레이에 손상이 발생할 경우 그 릴레이가 사용된 유니트에 따라 차량 안전성에 영향을 줄 수 있으며 부가 비용이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 릴레이를 장착하기 전에 미리 채터링에 대한 내구성을 시험하는 장치가 절실히 요구되고 있는 상황이다. 특히 다른 손상 원인보다도 사용기간에 관계없이 발생할 수 있는 채터링에 대한 내구성을 시험하는 장치가 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2009-0048839호(2009.05.15.공개, 릴레이 테스터)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 릴레이의 채터링에 대한 내구 시험을 통해 릴레이의 안정성 및 성능 향상에 기여할 수 있는 릴레이의 채터링 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 릴레이의 채터링에 대한 내구 시험을 통해 실제로 릴레이가 적용된 필드에서 채터링 발생에 의한 릴레이의 손상을 방지할 수 있도록 하는 릴레이의 채터링 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 릴레이의 채터링 시험장치는, 시험용 릴레이의 채터링 시험을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 시험용 릴레이의 채터링 시험시간, 채터링 휴지시간, 및 1주기의 채터링 온/오프 시간을 설정하는 타이머; 상기 타이머에 설정된 채터링 시험시간 동안, 상기 1주기의 채터링 온/오프 시간 단위로 상기 시험용 릴레이를 자동으로 채터링 시키는 스위칭부; 및 상기 시험용 릴레이의 시험시간 동안, 상기 채터링 오프 시간에서 미리 설정된 역기전력을 발생시키는 시험부하;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 시험용 릴레이를 장착하고, 상기 시험용 릴레이의 채터링 시험 중 상기 시험용 릴레이가 손상되더라도 파편으로부터 시험자를 보호하는 시험챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전원 공급부는, 상기 시험용 릴레이의 코일과 시험부하에 공통 전원을 공급하거나, 또는 상기 시험용 릴레이의 코일과 시험부하에 별도의 전원을 공급하도록 분리된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전원 공급부는, 내장형 또는 외장형 전원 공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 타이머는, 상기 시험용 릴레이의 채터링 시험시간 동안, 상기 시험용 릴레이에 인가되는 채터링 시험신호의 제1 시간 동안 스위치 온 시키고, 제2 시간 동안 스위치 오프 시키며, 상기 제1 시간 및 제2 시간은 50% 듀티인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 타이머는, 프로그래머블 수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 시험부하는, 상기 시험용 릴레이의 채터링 시험시간 중 스위치 오프 구간에서, -30V의 역기전력을 발생시킬 수 있도록 특정 값을 갖는 인덕터(L1), 상기 인덕터에 직렬 연결되는 제2 저항(R2), 상기 제2 저항(R2)에 일측이 직렬 연결되고 타측이 접지되는 커패시터(C1), 및 일측이 상기 인덕터와 상기 제2 저항(R2)의 사이에 연결되고 타측이 접지되는 제1 저항(R1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 인덕터(L1)의 특정 값은 20mH, 상기 제1,2 저항(R1,R2)의 특정 값은 각기 1.2옴(Ω), 0.75옴(Ω), 상기 커패시커(C1)의 특정 값은 22㎌ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 릴레이의 채터링에 대한 내구 시험을 통해 릴레이의 안정성 및 성능 향상에 기여하고, 실제로 릴레이가 적용된 필드에서 채터링 발생에 의한 릴레이의 손상을 방지할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 채터링 시 발생하는 역기전력에 의해 릴레이가 손상되는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이의 채터링 시험장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 시험용 릴레이에 인가되는 채터링 시험신호를 그래프로 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 릴레이의 채터링 시험장치의 외관 형상을 설명하기 위한 사진.
도 5는 상기 도 4에 도시된 릴레이의 채터링 시험장치의 시험조건 스펙을 테이블로 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 릴레이의 채터링 시험장치의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이의 채터링 시험장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이의 채터링 시험장치는, 전원 공급부(110), 타이머(120), 스위칭부(130), 시험챔버(140), 및 시험부하(150)를 포함한다.
상기 전원 공급부(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 제1 전압(예 : 12V)을 시험챔버(140) 내에 장착된 시험용 릴레이(즉, 시험 시료)에 인가한다.
상기 전원 공급부(110)는 릴레이의 코일과 시험부하(150)에 공통 전원이 인가되는 것으로 도시되어 있지만, 실제로는 상기 릴레이의 코일과 시험부하(150)에 별도의 전원을 인가하기 위하여 독립 전원으로 분리되어 구성될 수 있다.
상기 전원 공급부(110)는 내장형이나 외장형으로 구성 가능하다.
상기 타이머(120)는 상기 릴레이의 스위치 온 시간과 스위치 오프 시간을 조정한다. 즉, 시험용 릴레이(즉, 시험 시료)의 채터링 시험을 위하여 강제로 채터링 발생 환경을 만든다. 상리 예컨대 상기 릴레이(시험용)를 제1 시간(예 : 20ms) 동안 스위치 온(채터링에 의한 스위치 온) 시키고, 상기 릴레이를 제2 시간(예 : 20ms) 동안 자동으로 스위치 오프(채터링에 의한 스위치 오프) 시킨다.
다시 말해 실제 채터링이 발생되는 시간을 상기 타이머(120)를 이용해 강제적으로 스위치 온/오프가 빠르게 반복되도록 한다. 이때 상기 제1 시간 및 제2 시간은 실제 채터링 시 발생하는 스위치 온/오프 시간의 각 평균 시간이다.
상기와 같이 5초(채터링 시험시간) 동안은 강제적인 채터링을 발생시키고, 3초(채터링 휴지시간) 동안은 채터링을 발생시키지 않는다. 상기 채터링 시험시간(예 : 5초)과 채터링 휴지시간(예 : 3초)을 한 주기(1 사이클)로 설정하여 하나의 시험용 릴레이에 대하여 적어도 150 사이클의 채터링 시험을 수행한다.
이때 상기 채터링 시험시간(예 : 5초)과 채터링 휴지시간(예 : 3초)은 예시적으로 기재된 것이므로 실제 필드 테스트 중에는 얼마든지 다른 값으로 설정할 수 있으며, 상기 사이클 수(즉, 채터링 시험 횟수)도 얼마든지 다르게 설정할 수 있다.
상기 타이머(120)는 상기 제1 시간과 제2 시간을 소정의 시간단위(예 : 0.01초 단위)로 설정할 수 있다.
상기 타이머(120)는 프로그래머블 수단(예 : 마이컴)으로 구성될 수도 있다.
상기 타이머(120)가 프로그래머블 수단으로 구성될 경우, 시험 횟수 및 상기 제1 시간과 제2 시간을 가변 가능하게 설정할 수 있다.
상기 스위칭부(130)는 상기 타이머(120)에 설정된 시간에 따라 스위칭 된다.
상기 스위칭부(130)는 상기 타이머(120)에 의한 스위칭에 따라 상기 릴레이(시험용 릴레이)의 코일에 인가되는 전원을 도통/차단시킴으로써, 상기 릴레이를 스위치 온 또는 스위치 오프시킨다. 즉, 강제적으로 채터링을 발생시킨다.
상기 시험챔버(140)는 상기 릴레이(즉, 시험용 릴레이)를 장착함으로써, 상기 릴레이에 구동전원이 인가되고, 상기 릴레이의 구동에 따라 시험부하(150)에 부하 전원이 인가되도록 구성된다.
상기 시험챔버(140)는 상기 릴레이의 채터링에 대한 내구성 시험 중 상기 릴레이가 손상되더라도 주변에 미치는 영향을 차단하여 파편으로부터 시험자를 보호한다. 또한 상기 시험챔버(140)는 시험 중 외부에서 내부를 확인할 수 있도록 투명한 소재로 구현될 수 있다.
상기 시험챔버(140)에는 채터링 시 발생하는 소음 정도를 측정할 수 있는 소음 측정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 시험챔버(140)는 상기 릴레이의 N.O(Normal Open) 접점이 연결된 단자에서 채터링이 발생할 때의 역기전압을 측정한다. 즉, 접점이 빠르게 온/오프를 반복하는 채터링이 발생할 때 오프 구간에서 발생하는 역기전력(또는 역기전압)을 측정한다.
상기 릴레이의 N.O 접점은 평상시 오픈(Open) 상태로 있다가 상기 릴레이가 스위치 온 되는 경우에 클로즈(Close) 상태로 전환되어 시험부하(150)에 전원을 공급한다. 이때 상기 릴레이는 N.C(Normal Close) 접점인 것을 시험할 수도 있다.
상기 시험부하(150)는 인덕터(L1)와 저항(R1, R2) 및 커패시터(C1)의 등가회로로 구성된다.
상기 시험부하(150)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 릴레이의 스위치 오프 시, 원하는 레벨의 역기전력(제2 전압)(예 : -30V)이 발생할 수 있도록 구성한다. 예컨대 상기 시험부하(150)의 인덕터(L1)는 20mH, 병렬 연결된 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)은 각기 1.2옴(Ω)과 0.75옴(Ω), 상기 제2 저항(R2)에 직렬 연결된 커패시터(C1)는 22㎌ 으로 구성한다. 그리고 상기 커패시터(C1) 및 상기 제1 저항(R1)의 타측은 접지된다.
이때 상기 인덕터(L1)와 제1,2 저항(R1, R2), 및 커패시터(C1)는 시험하기를 원하는 역기전력(예 : -30V)(제2 전압)에 따라 그 값을 변경하여 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 릴레이의 채터링 시험장치의 외관 형상을 설명하기 위한 사진이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 릴레이의 채터링 시험장치는 내부 회로를 보호하기 위한 케이스(210)로 둘러싸여 있다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 릴레이의 채터링 시험장치의 전면부에는 카운트 횟수를 모니터링 할 수 있는 시험횟수 디스플레이부(240), 온(ON) 조정 타이머 및 오프(OFF) 조정 타이머를 적어도 0.01초 단위로 설정 가능한 타이머 온/오프 시간 조정부(250), 전원 스위치(260), 채터링 경과 시간 표시부(270) 및 상태 표시부(즉, short, open, coil-on, monitoring, DC-power 등의 시험 동작에 관련된 상태 정보를 표시하는 디스플레이부)(280)를 포함한다.
그리고 사진에 표시되지는 않았으나, 상기 시험챔버(140)에서 측정된 시험용 릴레이의 채터링 시 발생하는 소음 정도를 표시하는 소음 표시부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때 별도의 소음 표시부(미도시)를 더 포함하지 않더라도 이미 포함되어 있는 표시부들(240, 270, 280) 중 하나를 이용해 상기 측정된 소음 정도를 추가로 표시하게 할 수도 있다.
또한 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 릴레이의 채터링 시험장치의 후면부에는 시험용 릴레이 연결단자(220)와 본 실시예에 따른 내부의 전원 공급장치(미도시)의 고장 시 외부에서 전원공급기를 별도로 연결하기 위한 연결단자(230)를 포함한다.
상기 릴레이의 채터링 시험장치의 외관 형상은 일 예시적으로 구성된 것이므로 얼마든지 다른 디자인으로 구성될 수 있으며, 상기 전면부와 후면부에 배치된 수단들도 변경될 수 있다.
도 5는 상기 도 4에 도시된 릴레이의 채터링 시험장치의 시험조건 스펙을 테이블로 보인 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 릴레이의 채터링 시험장치는 시험항목으로서, 채터링 시험시간, 채터링 휴지시간, 채터링 1주기 시간, 채터링 온/오프시 듀티, 채터링 시험 횟수, 대상부하 중 적어도 하나 이상을 설정하여 채터링 발생에 따른 릴레이의 내구 시험을 수행한다.
예컨대 상기 각 항목에 대한 시험 조건을 한정하고자 하는 것은 아니지만, 전압은 12V, 채터링 시험시간(시험을 위해 강제로 채터링을 발생시키는 시간) 5초 및 채터링 휴지시간(강제로 채터링을 발생시키지 않는 시간) 3초를 1주기로 설정하며, 시험부하는 20mH 이상(L1), 1.2옴(R1), 0.75옴(R2), 22㎌(C1), 채터링 시험 횟수는 150사이클, 대상부하는 솔레노이드 부하(예 : 시동모터 등)를 설정할 수 있다. 그리고 상기 채터링 시험시간 동안 1주기의 채터링 온/오프 시간(즉, 제1 시간 및 제2 시간)은 50% 듀티(Duty)를 갖는다.
상기와 같은 릴레이의 채터링 시험장치를 이용해 릴레이의 채터링에 대한 내구성을 미리 시험한 후 실차(또는 제품)에 반영함으로써 실차에서 발생하는 문제를 최소화시킬 수 있다. 또한 채터링에 따른 내구 시험을 통해 릴레이 및 릴레이를 장착한 장치의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 릴레이의 손상에 따른 비용 소모를 절감할 수 있도록 한다.
상기와 같은 릴레이의 채터링 시험은 빠른 온/오프 스위칭의 반복에 따라 큰 레벨의 역기전력 발생에 따른 영향을 받지 않는 대신, 상대적으로 작은 레벨로 발생된 역기전력으로부터 반복적인 영향을 받는 릴레이의 채터링에 대한 내구를 시험하는 것이므로, 두 시험은 서로 다른 별도의 절차를 통해 수행하는 것이 바람직하다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 전원 공급부 120 : 타이머
130 : 스위칭부 140 : 시험챔버
150 : 시험부하 210 : 케이스
220 : 시험용 릴레이 연결단자 230 : 외부 전원공급기 연결단자
240 : 시험횟수 디스플레이부 250 : 타이머 온/오프 시간 조정부
260 : 전원 스위치 270 : 채터링 경과 시간 표시부
280 : 상태 표시부

Claims (8)

  1. 시험용 릴레이의 채터링 시험을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 시험용 릴레이의 채터링 시험시간, 채터링 휴지시간, 및 1주기의 채터링 온/오프 시간을 설정하는 타이머;
    상기 타이머에 설정된 채터링 시험시간 동안, 상기 1주기의 채터링 온/오프 시간 단위로 상기 시험용 릴레이를 자동으로 채터링 시키는 스위칭부; 및
    상기 시험용 릴레이의 시험시간 동안, 상기 채터링 오프 시간에서 미리 설정된 역기전력을 발생시키는 시험부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시험용 릴레이를 장착하고, 상기 시험용 릴레이의 채터링 시험 중 상기 시험용 릴레이가 손상되더라도 파편으로부터 시험자를 보호하는 시험챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    상기 시험용 릴레이의 코일과 시험부하에 공통 전원을 공급하거나, 또는
    상기 시험용 릴레이의 코일과 시험부하에 별도의 전원을 공급하도록 분리된 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    내장형 또는 외장형 전원 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 타이머는,
    상기 시험용 릴레이의 채터링 시험시간 동안, 상기 시험용 릴레이에 인가되는 채터링 시험신호의 제1 시간 동안 스위치 온 시키고, 제2 시간 동안 스위치 오프 시키며,
    상기 제1 시간 및 제2 시간은 50% 듀티인 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 타이머는,
    프로그래머블 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 시험부하는,
    상기 시험용 릴레이의 채터링 시험시간 중 스위치 오프 구간에서, -30V의 역기전력을 발생시킬 수 있도록 특정 값을 갖는 인덕터(L1), 상기 인덕터에 직렬 연결되는 제2 저항(R2), 상기 제2 저항(R2)에 일측이 직렬 연결되고 타측이 접지되는 커패시터(C1), 및 일측이 상기 인덕터와 상기 제2 저항(R2)의 사이에 연결되고 타측이 접지되는 제1 저항(R1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 인덕터(L1)의 특정 값은 20mH, 상기 제1,2 저항(R1,R2)의 특정 값은 각기 1.2옴(Ω), 0.75옴(Ω), 상기 커패시터(C1)의 특정 값은 22㎌ 인 것을 특징으로 하는 릴레이의 채터링 시험장치.

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