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接触电阻的构成:测量值里收缩电阻和膜层电阻各占多少

时间: 阅读:1 来源:智远光电

连接器规格书上的接触电阻通常写几毫欧,测试方法是通一个规定电流、测压降、算电阻。这个数字看着简单,但它实际上是几个部分的叠加。把它们拆开看,才能判断一个接触界面的真实状态。

CY23线簧孔矩形电连接器

三部分叠加

测得的接触电阻包含:导体本身的体电阻、接触界面的收缩电阻、以及界面上的膜层电阻。导体体电阻很小,一般可以忽略;真正有意义的是后两项。

收缩电阻:几何决定的下限

两个金属表面接触,真实接触的只是少数微凸体。电流线要挤过这些微小的接触点,路径变窄,等效电阻上升,这就是收缩电阻。

它的大小取决于接触点的数量和尺寸。接触点越多越大,收缩电阻越小。而影响接触点数目的核心变量是正压力——压力越大,微凸体压平得越多,实际接触面积越大。

所以收缩电阻本质上由接触件结构和正压力决定,是设计层面能优化的部分。线簧孔之所以接触电阻低,就是因为多根丝并联提供了大量接触点,等效接触面积大。

膜层电阻:环境决定的变量

金属表面在空气中会形成氧化膜、吸附层、硫化层。这些膜的导电性远低于基体金属,电流通过时产生额外电阻,这就是膜层电阻。

膜层电阻的特点是:它随膜的厚度和成分变化,而且是非线性的。薄到一定程度时,电子可以隧穿通过,电阻不大;膜厚到一定程度,需要靠"膜破裂"——也就是接触点处的机械压力把膜挤破,露出新鲜金属——才能导通。

所以膜层电阻对正压力很敏感:压力足够大时膜被挤破,电阻骤降;压力不足时膜完整,电阻可能高一个数量级。这也是为什么接触电阻的测量必须规定正压力和测试电流。

两者怎么分离

J30J基本型系列连接器

实用的分离方法是改变测量电流。膜层电阻具有非线性特征——小电流下呈现较高阻值,电流增大后膜被电击穿或者发热软化,阻值下降。收缩电阻则基本不随电流变化。

所以做法是在不同电流下测量:比如10毫安、100毫安、1安培三点。如果测得的电阻值随电流上升明显下降,说明膜层电阻占主导,界面存在氧化或者污染;如果基本不随电流变化,说明接触良好,测到的主要是收缩电阻。

我们把这个办法用在了进厂检验上。新件如果小电流下阻值偏高而大电流下正常,说明表面有膜但可以被挤破,这种情况允许通过;如果大电流下仍然偏高,说明界面存在实质缺陷,判不合格。

测量方法的影响

接触电阻必须用四线法测。两线法把测试线电阻和接触电阻混在一起,几毫欧的量级下线电阻误差可能比被测值还大。

四线法的做法是:一对线通电流,另一对线测电压,电压表输入阻抗高、几乎不取电流,所以测到的电压降只反映被测段。这是毫欧级测量的基本要求。

另一个容易忽略的点是测量点的位置。测连接器的接触电阻,电压探针要接在接触件的导体部分,不能接在压接点上——否则测到的是接触电阻加压接电阻。规格书里通常规定测点距离,照做即可。

改善方向

如果是收缩电阻偏高,改善方向是增大正压力和增加接触点数——换接触件结构、加大插针直径、检查插孔是否松弛。如果是膜层电阻偏高,改善方向是表面处理——镀金而不是镀锡、增加镀层厚度、改善存放环境、清洁接触面。

镀金的意义就在这里:金几乎不氧化,膜层电阻接近于零,长期稳定性好。银会硫化,锡会氧化,在长期可靠性要求高的场合,金的额外成本是值得的。但在插拔次数少、电流大的场合,锡或银也能胜任,因为大电流本身有助于挤破膜层。

CY23线簧孔矩形电连接器依靠多丝并联压低收缩电阻,J30J基本型系列连接器在密度和接触可靠性之间取了折中。选型时把允许的接触电阻变化范围和插拔次数告诉我们,可以给出镀层建议。

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