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引言1不论是高频电连接器,还是低频电连接器,接触电阻、绝缘电阻和介质耐压(又称抗电强度)都是保证电连接器能正常牢靠地工作的最基本的电气参数通常在电连接器产品技术条件的质量全都性检验、组常规交收检验项目中都列有明确的技术指标要求和试验方法A B这三个检验项目也是用户判别电连接器质量和牢靠性优劣的重要依据但依据作者多年来从事电连接器检验的实践发觉;目前各生产厂之间以及生产厂和使用厂之间,在详细执行有关技术条件时尚存在很多不全都和差异,往往由于采纳的仪器、测试工装、操作方法、样品处理和环境条件等因素的不同,直接影响到检验结果的精确性和全都性为此,作者认为针对目前这三个常规电性能检验项目在实际操作中存在的问题进行一些专题研讨,对提高电连接器检验牢靠性是非常有益的此外,随着电子信息技术的迅猛进展,新一代的多功能自动检测仪正在逐步替代原有的单参数测试仪这些新型测试仪器的应用必将大大提高电性能的检测速度、效率和精确牢靠性作用原理
2.1在显微镜下观看连接器接触件的表面,尽管镀金层非常光滑,则仍能观看到微米5-10的凸起部分会看到插合的一对接触件的接触,并不是整个接触面的接触,而是散布在接触面上一些点的接触实际接触面必定小于理论接触面依据表面光滑程度及接触压力大小,两者差距有的可达几千倍实际接触面可分为两部分;一是真正金属与金属直接接触部分即金属间无过渡电阻的接触微点,亦称接触斑点,它是由接触压力或热作用破坏界面膜后形成的这部分约占实际接触面积的二是通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分5-10%由于任何金属都有返回原氧化物状态的倾向实际上,在大气中不存在真正干净的金属表面,即使很干净的金属表面,一旦暴露在大气中,便会很快生成几微米的初期氧化膜层例如铜只要分钟,镇约分钟,铝仅需秒钟,其表面便可形成厚度约微米的氧化膜层2-3302-32即使特殊稳定的贵金属金,由于它的表面能较高,其表面也会形成一层有机气体吸附膜此外,大气中的尘埃等也会在接触件表面形成沉积膜因而,从微观分析任何接触面都是一个污染面综上所述,真正接触电阻应由以下几部分组成;集中电阻1)电流通过实际接触面时,由于电流线收缩(或称集中)显示出来的电阻将其称为集中电阻或收缩电阻膜层电阻2)由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻从接触表面状态分析;表面污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层故准确地说,也可把膜层电阻称为界面电阻导体电阻3)实际测量电连接器接触件的接触电阻时,都是在接点引出端进行的,故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻导体电阻主要取决于金属材料本身的导电性能,它与四周环境温度的关系可用温度系数来表征为便于区分,将集中电阻加上膜层电阻称为真实接触电阻而将实际测得包含有导体电阻的称为总接触电阻在实际测量接触电阻时,常使用按开尔文电桥四端子法原理设计的接触电阻测试仪(毫欧计),其专用夹具夹在被测接触件端接部位两端,故实际测量的总接触电阻由以下三部分R组成,可由下式表示式中一集中电阻;膜层电阻导体电阻R=RC+Rf+Rp,RC Rf—;Rp—接触电阻检验目的是确定电流流经接触件的接触表面的电触点时产生的电阻假如有大电流通过高阻触点时,就可能产生过分的能量消耗,并使触点产生危急的过热现象在很多应用中要求接触电阻低且稳定,以使触点上的电压降不致影响电路状况的精度测量接触电阻除用毫欧计外,也可用伏-安计法,安培-电位计法在连接微弱信号电路中,设定的测试参数条件对接触电阻检测结果有肯定影响由于接触表面会附有氧化层,油污或其他污染物,两接触件表面会产生膜层电阻由于膜层为不良导体,随膜层厚度增加,接触电阻会快速增大膜层在高的接触压力下会机械击穿,或在高电压、大电流下会发生电击穿但对某些小型连接器设计的接触压力很小,工作电流电压仅为和级,膜层电阻不易被击穿,接触电阻增大可能影响电信号的传输mA mV在电子设施用机电元件基本试验规程及测量方法中的接触电阻测试方法之GB5095一,接触电阻-毫伏法规定,为防止接触件上膜层被击穿,测试回路沟通或直流的开路峰值电压应不大于沟通或直流的测试中电流应不大于20mV,100mAo在电连接器试验方法中规定有低电平接触电阻和接触电阻两种试验方GJB1217法其中低电平接触电阻试验方法基本内容与上述中的接触电阻-毫伏法相同目GB5O95的是评定接触件在加上不转变物理的接触表面或不转变可能存在的不导电氧化薄膜的电压和电流条件下的接触电阻特性所加开路试验电压不超过,试验电流应限制在20mV100mA在这一电平下的性能足以表现在低电平电激励下的接触界面的性能而接触电阻试验方法目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻通常采纳这一试验方法施加的规定电流要比前一种试验方法大得多如国军标小圆形快速分别GJB101耐环境电连接器总法律规范中规定;测量时电流为,接触对串联后,测量每对接触对的1A电压降,取其平均值换算成接触电阻值影响因素
2.2主要受接触件材料、正压力、表面状态、使用电压和电流等因素影响接触件材料1)电连接器技术条件对不同材质制作的同规格插配接触件,规定了不同的接触电阻考核指标如小圆形快速分别耐环境电连接器总法律规范规定,直径为的插配GJB101-861mm接触件接触电阻,铜合金铁合金45mQ,W15m正压力2)接触件的正压力是指彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力随正压力增加,接触微点数量及面积也渐渐增加,同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形由于集中电阻渐渐减小,而使接触电阻降低接触正压力主要取决于接触件的几何外形和材料性能表面状态3)接触件表面一是由于尘埃、松香、油污等在接点表面机械附着沉积形成的较松散的表膜,这层表膜由于带有微粒物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处,使接触面积缩小,接触电阻增大,且极不稳定二是由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜,对金属表面主要是化学吸附,它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生的故对一些高牢靠性要求的产品,如航天用电连接器必需要有干净的装配生产环境条件,完善的清洗工艺及必要的结构密封措施,使用单位必需要有良好的贮存和使用操作环境条件使用电压4)使用电压达到肯定阈值,会使接触件膜层被击穿,而使接触电阻快速下降但由于热效应加速了膜层四周区域的化学反应,对膜层有肯定的修复作用于是阻值呈现非线性在阈值电压四周,电压降的微小波动会引起电流可能二十倍或几十倍范围内变化使接触电阻发生很大变化,不了解这种非线***,就会在测试和使用接触件时产生错误电流5)当电流超过肯定值时,接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热()作用而使金属软化或熔化,会对集中电阻产生影响,随之降低接触电阻问题研讨
2.3低电平接触电阻检验1)考虑到接触件膜层在高接触压力下会发生气械击穿或在高电压、大电流下会发生电击穿对某些小体积的连接器设计的接触压力相当小,使用场合仅为或级,膜层电阻不易mV mA被击穿,可能影响电信号的传输故国军标电连接器试验方法中规定了两种试GJB1217-91验方法即低电平接触电阻试验方法和接触电阻试验方法其中低电平接触电阻试验目的是评定接触件在加上不能转变物理的接触表面或不转变可能存在的不导电氧化簿膜的电压和电流条件下的接触电阻特性所加开路试验电压不超过,而试验电流应限制在20mV,在这一电平下的性能足以满意以表现在低电平电激励下的接触界面的性能而接触100mA电阻试验目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻,而此规定电流要比前者大得多,通常规定为1A单孔分别力检验2)为确保接触件插合接触牢靠,保持稳定的正压力是关键正压力是接触压力的一种直接指标,明显影响接触电阻但鉴于接触件插合状态的正压力很难测量,故一般用测量插合状态的接触件由静止变为运动的单孔分别力来表征插针与插孔正在接触通常电连接器技术条件规定的分别力要求是用试验方法确定的,其理论值可用下式表达F=FN*|j式中为正压力,为摩擦系数FN|J由于分别力受正压力和摩擦系数两者制约故决不能认为分别力大,就正压力大接触牢靠现在随着接触件制作精度和表面镀层质量的提高,将分别力掌握在一个恰当的水平上即可保证接触牢靠作者在实践中发觉,单孔分别力过小,在受振动冲击载荷时有可能造成信号瞬断用测单孔分别力评定接触牢靠性比测接触电阻有效由于在实际检验中接触电阻件很少消失不合格,单孔分别力偏低超差的插孔,测量接触电阻往往仍合格接触电阻检验合格不等于接触牢靠3)在很多实际使用场合,汽车、摩托车、火车、动力机械、自动化仪器以及航空、航天、船舶等军用连接器,往往都是在动态振动环境下使用试验证明仅用检验静态接触电阻是否合格,并不能保证动态环境下使用接触牢靠往往接触电阻合格的连接器在进行振动、冲击、离心等模拟环境试验时仍消失瞬间断电现象故对一些高牢靠性要求的连接器,很多设计人员都提出最好能对其进行动态振动试验来考核接触牢靠性最近,日本耐可公司推出100%了一种与导通仪配套使用的小型台式电动振动台,已胜利地应用于很多民用线束的接触牢靠性检验。