接觸電阻測(cè)試.ppt

1、接觸電阻測(cè)試接觸電阻測(cè)試 april 12th.2012 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)對(duì)時(shí)的電阻接觸電阻就是電流流過閉合的接觸點(diǎn)對(duì)時(shí)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(chǎng)作用下，物體內(nèi)部電子的振動(dòng)與原子內(nèi)其他在電場(chǎng)作用下，物體內(nèi)部電子的振動(dòng)與原子內(nèi)其他 物質(zhì)的振動(dòng)相互碰撞引起的物質(zhì)的振動(dòng)相互碰撞引起的,而接觸點(diǎn)由于是兩種物質(zhì)的接觸，自然會(huì)而接觸點(diǎn)由于是兩種物質(zhì)的接觸，自然會(huì) 有更多的雜質(zhì)和其他物質(zhì)，這樣接觸電阻就會(huì)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(huì)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(huì)看到插合的一對(duì)接觸件的 接觸，并不整個(gè)接觸面的接觸，而是散布在接觸面上一些點(diǎn)的接 觸。實(shí)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(dá)幾千倍。 實(shí)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(diǎn)，亦稱接觸斑點(diǎn)，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(shí)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?yàn)槿魏谓饘?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(shí)，從原來截面較大的導(dǎo)體 突然 轉(zhuǎn)入截面很小的接觸點(diǎn)，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(shí)際測(cè)量電連接器接觸件的接觸電阻時(shí)，都是在接點(diǎn)引出 端進(jìn)行的，故實(shí)際測(cè)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(shí)接觸電阻真實(shí)接觸電阻。 而將實(shí)際測(cè)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(cè)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(gè)要求：對(duì)于每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都有一條激勵(lì)線f和一

5、條檢測(cè)線s，二者嚴(yán) 格分開，各自構(gòu)成獨(dú)立回路；同時(shí)要求s線必須接到一個(gè)有極高輸入阻抗 的測(cè)試回路上，使流過檢測(cè)線s的電流極小，近似為零。 接觸電阻測(cè)試原理接觸電阻測(cè)試原理 hf:電流激勵(lì)高端 lf:電流激勵(lì)低端 hs:電壓取樣高端 ls:電壓取樣低端 由于四線法測(cè)量接觸電阻采用由于四線法測(cè)量接觸電阻采用10ma/100ma的恒流源，故測(cè)量接觸電阻的的恒流源，故測(cè)量接觸電阻的 實(shí)質(zhì)是測(cè)量微動(dòng)接觸電壓。實(shí)質(zhì)是測(cè)量微動(dòng)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(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。 接觸形式對(duì)收縮電阻rs的影響主要表現(xiàn)在接觸點(diǎn)的數(shù)目上。一般情

6、 況下，面接觸的接觸點(diǎn)數(shù)n最大而rs最??；接觸則n最小，rs最 大；線 接觸則介于兩者之間。 接觸形式對(duì)膜電阻rf的影響主要是看每一個(gè)接觸點(diǎn)所承受的壓力f。 一般情況下，在對(duì)觸頭外加壓力f相同的情況下，點(diǎn)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(duì)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(duì)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(diǎn)的有效接觸面積增大，即接觸點(diǎn)數(shù)增加，從而 使rs減小。當(dāng)加大f超過

7、一定值時(shí)，可使觸頭表面的氣體分子層 吸附膜減少到個(gè)；當(dāng)超過材料的屈服壓強(qiáng)時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)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(duì)接觸電

8、阻有一定的影響，這主要表現(xiàn) 在接觸點(diǎn)數(shù)的不同。接觸表面可以是粗加工、精加工，甚至 是采用機(jī)械或電化學(xué)拋光。不同的加工形式直接影響接觸點(diǎn)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(zhǎng)期工作中的穩(wěn)定性接觸電阻在長(zhǎng)期工作中的穩(wěn)定性 電阻接觸在長(zhǎng)期工作中要受到腐蝕作用： 化學(xué)腐蝕。電接觸的長(zhǎng)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(huì)從接觸點(diǎn)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(shí)際接觸面積 減小，使接觸電阻增加，接觸點(diǎn)溫度上升。溫度越高，氧分子的活 動(dòng)力越強(qiáng)，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(yán) 重。 電化學(xué)腐蝕。不同的金屬構(gòu)成電接觸時(shí)，能夠發(fā)生這種腐蝕。它 使負(fù)極金屬溶解到電解液中，造成負(fù)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(diǎn)溫度升高時(shí)，金屬的電阻率就會(huì)有所增大，但材料 的硬度有所降低，從而使接觸點(diǎn)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(bǔ)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(shí)，這個(gè)過 程就會(huì)加速進(jìn)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(huì)引起惡性循

10、環(huán)。另外，當(dāng)發(fā)熱溫度超 過一定值時(shí)，彈簧接觸部分的彈性元件會(huì)被退火，使壓力降低， 也會(huì)使接觸電阻增加，惡性循環(huán)加劇，最后會(huì)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(jī)械強(qiáng)度等。以我國(guó)普遍使用的銅為例，銅有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱 性能，其強(qiáng)度和硬度都比較高，熔點(diǎn)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(shí)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(shí)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(duì)于頻繁操作的接觸器， 電流大于150a時(shí)，氧化膜在開閉時(shí)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(diǎn) 是電阻率及材料的布氏硬度值小，氧化膜機(jī)械強(qiáng)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(dá)到一定閾值，會(huì)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(duì)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(dòng)會(huì)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(shí)，接觸件界面微小點(diǎn)處通電后產(chǎn)生的焦 耳熱作用而使金屬軟化或熔化，會(huì)對(duì)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(yàn)低電平接觸電阻檢驗(yàn) 考慮到接觸件膜層在高接觸壓力下會(huì)發(fā)生機(jī)械擊穿或在高電壓、 大電流下會(huì)發(fā)生電擊穿。對(duì)某些小體積的連接器設(shè)計(jì)的接觸壓力相當(dāng) 小，使用場(chǎng)合僅為mv或ma級(jí)，膜層電阻不易被擊穿，可能影響電信 號(hào)的傳輸。故軍標(biāo)gjb1217-91電連接器試驗(yàn)方法中規(guī)定了兩種試驗(yàn)方 法。即低電平接觸電阻試驗(yàn)方法和接觸電阻試驗(yàn)方

13、法。其中低電平接 觸電阻試驗(yàn)?zāi)康氖窃u(píng)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(yàn)電壓不超過20mv，而試驗(yàn)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(lì)下的接觸界面的性能。 而接觸電阻試驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量通過規(guī)定電流的一對(duì)插合接觸件兩端或接 觸件與測(cè)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(yàn)合格不等于接觸可靠接觸電阻檢驗(yàn)合格不等于接觸可靠 在許多實(shí)際使用場(chǎng)合，汽車、摩托車、火車、動(dòng)力機(jī)械、自動(dòng)化 儀器以及航空、航天、船舶等軍用連接器，往往都是在動(dòng)態(tài)振動(dòng)環(huán)境 下使用。實(shí)驗(yàn)證明僅用檢驗(yàn)靜態(tài)接觸電阻是否合格，并不能保證動(dòng)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(jìn)行振動(dòng)、沖擊、 離心等模擬環(huán)境試驗(yàn)時(shí)仍出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象。故對(duì)一些高可靠性要求 的連接器，許多設(shè)計(jì)員都提出最好能對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)振動(dòng)試驗(yàn)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(diǎn)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