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1、接触电阻测试,April 12th.2012,实验室,何为接触电阻？,接触电阻就是电流流过闭合的接触点对时的电阻.适用产品:连接器、继电器线束、开关等元件.,接触电阻的定义,物体电阻的产生:在电场作用下，物体内部电子的振动与原子内其他物质的振动相互碰撞引起的,而接触点由于是两种物质的接触，自然会有更多的杂质和其他物质，这样接触电阻就会产生.,接触电阻的产生？,在显微镜下观察连接器接触件的表面，尽管镀金层十分光滑，则仍能观察到5-10微米的凸起部分。会看到插合的一对接触件的接触，并不整个接触面的接触，而是散布在接触面上一些点的接触。实际接触面必然小于理论接触面。根据表面光滑程度及接触压力大小，两
2、者差距有的可达几千倍。实际接触面可分为两部分：一.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。此部分约占实际接触面积的5-10%。二.通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分。因为任何金属都有返回 原氧化物状态 的倾向。,接触电阻形成原理,铜只要2-3分钟，镍约30分钟，铝仅需2-3秒钟，其表面便可形成厚度约2um的氧化膜层,接触电阻一般由收缩电阻、表面膜电阻和导体电阻组成.,收缩电阻 是电流在流经电接触区域时，从原来截面较大的导体 突然转入截面很小的接触点，电流发生剧烈收缩现象（或集中现象），此现象所呈现的附加电阻称为收缩电或
3、集中电阻。,表面膜电阻:由于接触表面氧化膜层及其他污染物所构成的电阻称为膜层电阻或界面电阻。,接触电阻的组成,导体电阻: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，它与周围环境温度的关系可用温度系数来表征。,为便于区分，将收缩电阻加上表面膜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。,R=Rs+Rf+Rp,式中：Rs收缩电阻；Rf膜层电阻；Rp导体电阻。,接触电阻的测量一般都采用开尔文四线法原理。开尔文四线法连接有两个要求：对于每个测试点都有一条
4、激励线F和一条检测线S，二者严格分开，各自构成独立回路；同时要求S线必须接到一个有极高输入阻抗的测试回路上，使流过检测线S的电流极小，近似为零。,接触电阻测试原理,HF:电流激励高端 LF:电流激励低端 HS:电压取样高端 LS:电压取样低端,由于四线法测量接触电阻采用10mA/100mA的恒流源，故测量接触电阻的实质是测量微动接触电压。,影响接触电阻的因素,接触形式接触电阻的形式可分为三类：点接触、线接触和面接触。接触形式对收缩电阻Rs的影响主要表现在接触点的数目上。一般情况下，面接触的接触点数n最大而Rs最小；接触则n最小，Rs最 大；线接触则介于两者之间。接触形式对膜电阻Rf的影响主要是
5、看每一个接触点所承受的压力F。一般情况下，在对触头外加压力F相同的情况下，点接触形式n最小，单位面积承受压力F1最大，容易破坏表面膜，所以有可能使Rf减到最小；反之，面接触的F1就最小，对Rf的破坏力最小，Rf值有可能最大。,表面越平滑的材料，其接触电阻变异就越小。,接触压力 接触压力F对收缩电阻Rs值和表面膜电阻Rb值的影响最大，F的增加使接触点的有效接触面积增大，即接触点数增加，从而使Rs减小。当加大F超过一定值时，可使触头表面的气体分子层吸附膜减少到个；当超过材料的屈服压强时，产生塑性变形，表面膜被压碎出现裂缝，从而增加了接触面积，这就使收缩电阻Rs因表面膜电阻Rf的减小而下降，Rs和R
6、f同时减小，从而使接触电阻大大下降。相反，当接触不到位、接触触头失去了弹性变形等原因使接触压力F下降时，接触面积减小，收缩电阻Rs增大，表面膜电阻Rf受F的破坏作用减弱或不受其影响，从而使表面膜电阻Rf增大。同时因Rf增大，使接触面积减小，从而使接触电阻增大，二者的综合作用使接触电阻整体上升。,影响接触电阻的因素,接触表面的光洁度 接触表面的光洁度对接触电阻有一定的影响，这主要表现在接触点数的不同。接触表面可以是粗加工、精加工，甚至是采用机械或电化学抛光。不同的加工形式直接影响接触点数的多少，并最终影响接触电阻的大小。,影响接触电阻的因素,接触电阻在长期工作中的稳定性 电阻接触在长期工作中要受
7、到腐蚀作用：化学腐蚀。电接触的长期允许温度一般都很低，虽然接触面的金属不与周围介质接触，但周围介质中的氧会从接触点周围逐渐侵入，并与金属起化学作用，形成金属氧化物，从而使实际接触面积减小，使接触电阻增加，接触点温度上升。温度越高，氧分子的活动力越强，可以更深地侵入到金属内部，这种腐蚀作用变得更为严重。电化学腐蚀。不同的金属构成电接触时，能够发生这种腐蚀。它使负极金属溶解到电解液中，造成负电极金属的腐蚀。,影响接触电阻的因素,温度 当接触点温度升高时，金属的电阻率就会有所增大，但材料的硬度有所降低，从而使接触点的有效面积增大。前者使收缩电阻Rs增大，后者使Rs减小，结果是两者互为补偿，故接触电阻
8、变化甚微。但是，发热使接触面上生成氧化层薄膜，增加了接触电阻，这种接触电阻可成百成千倍地增大。其氧化速度与触头表面温度有关，当发热温度超过某一临界温度时，这个过程就会加速进行，这就限制了接触面的极限允许温度。否则，则将使接触电阻剧增，会引起恶性循环。另外，当发热温度超过一定值时，弹簧接触部分的弹性元件会被退火，使压力降低，也会使接触电阻增加，恶性循环加剧，最后会导致连接状态遭到破坏。,影响接触电阻的因素,材料性质 构成电接触的金属材料的性质，直接影响接触电阻的大小，比如：电阻率、材料的硬度、材料的化学性质、材料的金属化合物的机械强度等。以我国普遍使用的铜为例，铜有良好的导电和导热性能，其强度和
9、硬度都比较高，熔点也较高，易于加工。因此铜线接头在接触良好的情况下，温度低于无接头部位的温度；但在高温下，其在大气或变压器油中也能氧化，生成Cu2O，其导电性很差，氧化膜厚度随着时间和温度的增加而不断地增加，接触电阻也成倍地增加，有时甚至使用闭合电路出现断路现象。,影响接触电阻的因素,因此铜不适合于做非频繁操作电器的触头材料，对于频繁操作的接触器，电流大于150A时，氧化膜在开闭时产生电弧的高温作用下分解，可采用铜触头。从整体减小接触电阻的角度看，可在铜上镀银或锡，后两者的优点是电阻率及材料的布氏硬度值小，氧化膜机械强度很低，因此铜件上采取此措施可减小接触电阻。,使用电压和电流 使用电压达到一
10、定阈值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用。于是阻值呈现非线性。在阈值电压附近，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。当电流超过一定值时，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。,影响接触电阻的因素,低电平接触电阻检验,考虑到接触件膜层在高接触压力下会发生机械击穿或在高电压、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mV或mA级，膜层电阻不易被击穿，可能影响电信号的传输。故军标GJB12
11、17-91电连接器试验方法中规定了两种试验方法。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改变物理的接触表面或不改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20mV，而试验电流应限制在100mA，在这一电平下的性能足以满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,接触电阻的应用,接触电阻检验合格不等于接触可靠在许多实际使用场合，汽车、摩托车、火车、动力机械、自动化仪器以及航空、航天
12、、船舶等军用连接器，往往都是在动态振动环境下使用。实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可靠。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出现瞬间断电现象。故对一些高可靠性要求的连接器，许多设计员都提出最好能对其进行动态振动试验来考核接触可靠性。,影响接触电阻的因素,触点有四种工作状态，即：闭合状态、断开过程、断开状态、闭合过程。在理想情况下，触点闭合时其接触电阻为零；触点断开时接触电阻为无穷大；在闭合过程中接触电阻瞬时由无穷大变为零；断开过程中接触电阻瞬时由零变为无穷大。但实际上，在闭 合状态时耦合触点间有接触电阻存在，若接触电阻太大，就可能导致被控电路电压降过大或不通；在断开状态时要求触点间有一定的绝缘电阻，若绝缘电阻不足就可能导致击穿放电，致使被控电路导通；在闭合过程中有触点弹跳现象，可能破坏触点的可靠闭合；在断开过程中可能产生电弧破坏触点可靠断开。,
