接觸電阻測試.ppt

1、接觸電阻測試接觸電阻測試 april 12th.2012 實驗室 u 何為接觸電阻？何為接觸電阻？ 接觸電阻就是電流流過閉合的接觸點對時的電阻接觸電阻就是電流流過閉合的接觸點對時的電阻. 適用產(chǎn)品適用產(chǎn)品: 連接器、繼電器線束、開關(guān)等元件連接器、繼電器線束、開關(guān)等元件. 接觸電阻的定義接觸電阻的定義 物體電阻的產(chǎn)生物體電阻的產(chǎn)生: 在電場作用下，物體內(nèi)部電子的振動與原子內(nèi)其他在電場作用下，物體內(nèi)部電子的振動與原子內(nèi)其他 物質(zhì)的振動相互碰撞引起的物質(zhì)的振動相互碰撞引起的,而接觸點由于是兩種物質(zhì)的接觸，自然會而接觸點由于是兩種物質(zhì)的接觸，自然會 有更多的雜質(zhì)和其他物質(zhì)，這樣接觸電阻就會產(chǎn)生有更多的

2、雜質(zhì)和其他物質(zhì)，這樣接觸電阻就會產(chǎn)生. u 接觸電阻的產(chǎn)生？接觸電阻的產(chǎn)生？ 在顯微鏡下觀察連接器接觸件的表面，盡管鍍金層十分光滑， 則仍能觀察到5-10微米的凸起部分。會看到插合的一對接觸件的 接觸，并不整個接觸面的接觸，而是散布在接觸面上一些點的接 觸。實際接觸面必然小于理論接觸面。根據(jù)表面光滑程度及接觸 壓力大小，兩者差距有的可達幾千倍。 實際接觸面可分為兩部分： 一.真正金屬與金屬直接接觸部分。即金屬間無過渡電阻的接 觸微點，亦稱接觸斑點，它是由接觸壓力或熱作用破壞界面膜后 形成的。此部分約占實際接觸面積的5-10%。 二.通過接觸界面污染薄膜后相互接觸的部分。因為任何金屬 都有返回

3、原氧化物狀態(tài) 的傾向。 接觸電阻形成原理接觸電阻形成原理 銅只要銅只要2-3分鐘，鎳約分鐘，鎳約30分鐘，鋁僅需分鐘，鋁僅需2-3秒鐘，其表面便可形成厚度約秒鐘，其表面便可形成厚度約2um的氧化膜層的氧化膜層 接觸電阻一般由收縮電阻、表面膜電阻和導(dǎo)體電阻組成接觸電阻一般由收縮電阻、表面膜電阻和導(dǎo)體電阻組成. 收縮電阻收縮電阻 是電流在流經(jīng)電接觸區(qū)域時，從原來截面較大的導(dǎo)體 突然 轉(zhuǎn)入截面很小的接觸點，電流發(fā)生劇烈收縮現(xiàn)象（或集中現(xiàn)象），此 現(xiàn)象所呈現(xiàn)的附加電阻稱為收縮電或集中電阻。 表面膜電阻表面膜電阻:由于接觸表面氧化膜層及其他污染物所構(gòu)成的電阻稱為 膜層電阻或界面電阻。 接觸電阻的組成接觸

4、電阻的組成 導(dǎo)體電阻導(dǎo)體電阻: 實際測量電連接器接觸件的接觸電阻時，都是在接點引出 端進行的，故實際測得的接觸電阻還包含接觸表面以外接觸件和引出 導(dǎo)線本身的導(dǎo)體電阻。導(dǎo)體電阻主要取決于金屬材料本身的導(dǎo)電性能， 它與周圍環(huán)境溫度的關(guān)系可用溫度系數(shù)來表征。 為便于區(qū)分，將收縮電阻加上表面膜電阻稱為真實接觸電阻真實接觸電阻。 而將實際測得包含有導(dǎo)體電阻的稱為總接觸電阻總接觸電阻。 r= rs+ rf + rp,式中：式中：rs收縮電阻；收縮電阻；rf膜層電阻；膜層電阻；rp導(dǎo)體電阻。導(dǎo)體電阻。 接觸電阻的測量一般都采用開爾文四線法原理。開爾文四線法連接 有兩個要求：對于每個測試點都有一條激勵線f和一

5、條檢測線s，二者嚴 格分開，各自構(gòu)成獨立回路；同時要求s線必須接到一個有極高輸入阻抗 的測試回路上，使流過檢測線s的電流極小，近似為零。 接觸電阻測試原理接觸電阻測試原理 hf:電流激勵高端 lf:電流激勵低端 hs:電壓取樣高端 ls:電壓取樣低端 由于四線法測量接觸電阻采用由于四線法測量接觸電阻采用10ma/100ma的恒流源，故測量接觸電阻的的恒流源，故測量接觸電阻的 實質(zhì)是測量微動接觸電壓。實質(zhì)是測量微動接觸電壓。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 u 接觸形式接觸形式 接觸電阻的形式可分為三類：點接觸、線接觸和面接觸。 接觸形式對收縮電阻rs的影響主要表現(xiàn)在接觸點的數(shù)目上。一般情

6、 況下，面接觸的接觸點數(shù)n最大而rs最?。唤佑|則n最小，rs最 大；線 接觸則介于兩者之間。 接觸形式對膜電阻rf的影響主要是看每一個接觸點所承受的壓力f。 一般情況下，在對觸頭外加壓力f相同的情況下，點接觸形式n最小，單 位面積承受壓力f1最大，容易破壞表面膜，所以有可能使rf減到最??； 反之，面接觸的f1就最小，對rf的破壞力最小，rf值有可能最大。 表面越平滑的材料，其接觸電阻變異就越小。表面越平滑的材料，其接觸電阻變異就越小。 u接觸壓力接觸壓力 接觸壓力f對收縮電阻rs值和表面膜電阻rb值的影響最大，f 的增加使接觸點的有效接觸面積增大，即接觸點數(shù)增加，從而 使rs減小。當(dāng)加大f超過

7、一定值時，可使觸頭表面的氣體分子層 吸附膜減少到個；當(dāng)超過材料的屈服壓強時，產(chǎn)生塑性變 形，表面膜被壓碎出現(xiàn)裂縫，從而增加了接觸面積，這就使收縮 電阻rs因表面膜電阻rf的減小而下降， rs和rf同時減小，從而 使接觸電阻大大下降。相反，當(dāng)接觸不到位、接觸觸頭失去了彈 性變形等原因使接觸壓力f下降時，接觸面積減小，收縮電阻rs 增大，表面膜電阻rf受f的破壞作用減弱或不受其影響，從而使 表面膜電阻rf增大。同時因rf增大，使接觸面積減小，從而使接 觸電阻增大，二者的綜合作用使接觸電阻整體上升。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 u 接觸表面的光潔度接觸表面的光潔度 接觸表面的光潔度對接觸電

8、阻有一定的影響，這主要表現(xiàn) 在接觸點數(shù)的不同。接觸表面可以是粗加工、精加工，甚至 是采用機械或電化學(xué)拋光。不同的加工形式直接影響接觸點數(shù) 的多少，并最終影響接觸電阻的大小。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 u 接觸電阻在長期工作中的穩(wěn)定性接觸電阻在長期工作中的穩(wěn)定性 電阻接觸在長期工作中要受到腐蝕作用： 化學(xué)腐蝕。電接觸的長期允許溫度一般都很低，雖然接觸面的 金屬不與周圍介質(zhì)接觸，但周圍介質(zhì)中的氧會從接觸點周圍逐漸侵 入，并與金屬起化學(xué)作用，形成金屬氧化物，從而使實際接觸面積 減小，使接觸電阻增加，接觸點溫度上升。溫度越高，氧分子的活 動力越強，可以更深地侵入到金屬內(nèi)部，這種腐蝕作用變得

9、更為嚴 重。 電化學(xué)腐蝕。不同的金屬構(gòu)成電接觸時，能夠發(fā)生這種腐蝕。它 使負極金屬溶解到電解液中，造成負電極金屬的腐蝕。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 u 溫度溫度 當(dāng)接觸點溫度升高時，金屬的電阻率就會有所增大，但材料 的硬度有所降低，從而使接觸點的有效面積增大。前者使收縮 電阻rs增大，后者使rs減小，結(jié)果是兩者互為補償，故接觸電 阻變化甚微。但是，發(fā)熱使接觸面上生成氧化層薄膜，增加了 接觸電阻，這種接觸電阻可成百成千倍地增大。其氧化速度與 觸頭表面溫度有關(guān)，當(dāng)發(fā)熱溫度超過某一臨界溫度時，這個過 程就會加速進行，這就限制了接觸面的極限允許溫度。否則， 則將使接觸電阻劇增，會引起惡性循

10、環(huán)。另外，當(dāng)發(fā)熱溫度超 過一定值時，彈簧接觸部分的彈性元件會被退火，使壓力降低， 也會使接觸電阻增加，惡性循環(huán)加劇，最后會導(dǎo)致連接狀態(tài)遭 到破壞 。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 u 材料性質(zhì)材料性質(zhì) 構(gòu)成電接觸的金屬材料的性質(zhì)，直接影響接觸電阻的大小，比 如：電阻率、材料的硬度、材料的化學(xué)性質(zhì)、材料的金屬化合物 的機械強度等。以我國普遍使用的銅為例，銅有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱 性能，其強度和硬度都比較高，熔點也較高，易于加工。因此銅線 接頭在接觸良好的情況下，溫度低于無接頭部位的溫度；但在高溫 下，其在大氣或變壓器油中也能氧化，生成cu2o，其導(dǎo)電性很差， 氧化膜厚度隨著時間和溫度的增加而

11、不斷地增加，接觸電阻也成倍 地增加，有時甚至使用閉合電路出現(xiàn)斷路現(xiàn)象。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 因此銅不適合于做非頻繁操作電器的觸頭材料，對于頻繁操作的接觸器， 電流大于150a時，氧化膜在開閉時產(chǎn)生電弧的高溫作用下分解，可采用銅 觸頭。從整體減小接觸電阻的角度看，可在銅上鍍銀或錫，后兩者的優(yōu)點 是電阻率及材料的布氏硬度值小，氧化膜機械強度很低， 因此銅件上采取此措施可減小接觸電阻 。 u 使用電壓和電流使用電壓和電流 使用電壓達到一定閾值，會使接觸件膜層被擊穿，而使接觸 電阻迅速下降。但由于熱效應(yīng)加速了膜層附近區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)， 對膜層有一定的修復(fù)作用。于是阻值呈現(xiàn)非線性。在閾值

12、電壓附 近，電壓降的微小波動會引起電流可能二十倍或幾十倍范圍內(nèi)變 化，使接觸電阻發(fā)生很大變化 。 當(dāng)電流超過一定值時，接觸件界面微小點處通電后產(chǎn)生的焦 耳熱作用而使金屬軟化或熔化，會對集中電阻產(chǎn)生影響，隨之降 低接觸電阻。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 低電平接觸電阻檢驗低電平接觸電阻檢驗 考慮到接觸件膜層在高接觸壓力下會發(fā)生機械擊穿或在高電壓、 大電流下會發(fā)生電擊穿。對某些小體積的連接器設(shè)計的接觸壓力相當(dāng) 小，使用場合僅為mv或ma級，膜層電阻不易被擊穿，可能影響電信 號的傳輸。故軍標(biāo)gjb1217-91電連接器試驗方法中規(guī)定了兩種試驗方 法。即低電平接觸電阻試驗方法和接觸電阻試驗方

13、法。其中低電平接 觸電阻試驗?zāi)康氖窃u定接觸件在加上不能改變物理的接觸表面或不改 變可能存在的不導(dǎo)電氧化簿膜的電壓和電流條件下的接觸電阻特性。 所加開路試驗電壓不超過20mv，而試驗電流應(yīng)限制在100ma，在這 一電平下的性能足以滿足以表現(xiàn)在低電平電激勵下的接觸界面的性能。 而接觸電阻試驗?zāi)康氖菧y量通過規(guī)定電流的一對插合接觸件兩端或接 觸件與測量規(guī)之間的電阻，而此規(guī)定電流要比前者大得多，通常規(guī)定 為1a 接觸電阻的應(yīng)用接觸電阻的應(yīng)用 接觸電阻檢驗合格不等于接觸可靠接觸電阻檢驗合格不等于接觸可靠 在許多實際使用場合，汽車、摩托車、火車、動力機械、自動化 儀器以及航空、航天、船舶等軍用連接器，往往都是在動態(tài)振動環(huán)境 下使用。實驗證明僅用檢驗靜態(tài)接觸電阻是否合格，并不能保證動態(tài) 環(huán)境下使用接觸可靠。往往接觸電阻合格的連接器在進行振動、沖擊、 離心等模擬環(huán)境試驗時仍出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象。故對一些高可靠性要求 的連接器，許多設(shè)計員都提出最好能對其進行動態(tài)振動試驗來考核接 觸可靠性。 影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素 觸點有四種工作狀態(tài)，即：閉合狀態(tài)、斷開過程、斷開狀態(tài)、閉合過程。 在理想情況下，觸