接觸電阻原理及組成

2020-12-13 電子產品世界

「接觸對」導體件呈現的電阻成為接觸電阻。
  一般要求接觸電阻在10-20 mohm以下。 有的開關則要求在100-500uohm以下。有些電路對接觸電阻的變化很敏感。 應該指出, 開關的接觸電阻是在開關在若干次的接觸中的所允許的接觸電阻的最大值。
  Contact Area 接觸電阻
在電路板上是專指金手指與連接器之接觸點,當電流通過時所呈現的電阻之謂。為了減少金屬表面氧化物的生成,通常陽性的金手指部份,及連接器的陰性卡夾子皆需鍍以金屬,以抑抵其「接載電阻」的發生。其他電器品的插頭擠入插座中,或導針與其接座間也都有接觸電阻存在。

工作用原理
  在顯微鏡下觀察連接器接觸件的表面,儘管鍍金層十分光滑,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,並不整個接觸面的接觸,而是散布在接觸面上一些點的接觸。實際接觸面必然小於理論接觸面。根據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;一是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後形成的。部分約佔實際接觸面積的5-10%。二是通過接觸界面汙染薄膜後相互接觸的部分。因為任何金屬都有返回原氧化物狀態的傾向。實際上,在大氣中不存在真正潔淨的金屬表面,即使很潔淨的金屬表面,一旦暴露在大氣中,便會很快生成幾微米的初期氧化膜層。例如銅只要2-3分鐘,鎳約30分鐘,鋁僅需2-3秒鐘,其表面便可形成厚度約2微米的氧化膜層。即使特別穩定的貴金屬金,由於它的表面能較高,其表面也會形成一層有機氣體吸附膜。此外,大氣中的塵埃等也會在接觸件表面形成沉積膜。因而,從微觀分析任何接觸面都是一個汙染面。

綜上所述,真正接觸電阻應由以下幾部分組成;
  1) 集中電阻
  電流通過實際接觸面時,由於電流線收縮(或稱集中)顯示出來的電阻。將其稱為集中電阻或收縮電阻。
  2) 膜層電阻
  由於接觸表面膜層及其他汙染物所構成的膜層電阻。從接觸表面狀態分析;表面汙染膜可分為較堅實的薄膜層和較鬆散的雜質汙染層。故確切地說,也可把膜層電阻稱為界面電阻。
  3) 導體電阻
  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線本身的導體電阻。導體電阻主要取決於金屬材料本身的導電性能,它與周圍環境溫度的關係可用溫度係數來表徵。

  為便於區分,將集中電阻加上膜層電阻稱為真實接觸電阻。而將實際測得包含有導體電阻的稱為總接觸電阻。
  在實際測量接觸電阻時,常使用按開爾文電橋四端子法原理設計的接觸電阻測試儀(毫歐計),其專用夾具夾在被測接觸件端接部位兩端,故實際測量的總接觸電阻R由以下三部分組成,可由下式表示:R= RC + Rf + Rp,式中:RC—集中電阻;Rf—膜層電阻;Rp—導體電阻。
  接觸電阻檢驗目的是確定電流流經接觸件的接觸表面的電觸點時產生的電阻。如果有大電流通過高阻觸點時,就可能產生過分的能量消耗,並使觸點產生危險的過熱現象。在很多應用中要求接觸電阻低且穩定,以使觸點上的電壓降不致影響電路狀況的精度。
  測量接觸電阻除用毫歐計外,也可用伏-安計法,安培-電位計法。
  在連接微弱信號電路中,設定的測試數條件對接觸電阻檢測結果有一定影響。因為接觸表面會附有氧化層,油汙或其他汙染物,兩接觸件表面會產生膜層電阻。由於膜層為不良導體,隨膜層厚度增加,接觸電阻會迅速增大。膜層在高的接觸壓力下會機械擊穿,或在高電壓、大電流下會發生電擊穿。但對某些小型連接器設計的接觸壓力很小,工作電流電壓僅為mA和mV級,膜層電阻不易被擊穿,接觸電阻增大可能影響電信號的傳輸。
  在GB5095「電子設備用機電元件基本試驗規程及測量方法」 中的接觸電阻測試方法之一,「接觸電阻-毫伏法」 規定,為防止接觸件上膜層被擊穿,測試迴路交流或直流的開路峰值電壓應不大於20mV,交流或直流的測試中電流應不大於100mA。
  在GJB1217「電連接器試驗方法」 中規定有「低電平接觸電阻」 和「接觸電阻」 兩種試驗方法。其中低電平接觸電阻試驗方法基本內容與上述GB5095中的接觸電阻-毫伏法相同。目的是評定接觸件在加上不改變物理的接觸表面或不改變可能存在的不導電氧化薄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,試驗電流應限制在100mA。在這一電平下的性能足以表現在低電平電激勵下的接觸界面的性能。而接觸電阻試驗方法目的是測量通過規定電流的一對插合接觸件兩端或接觸件與測量規之間的電阻。通常採用這一試驗方法施加的規定電流要比前一種試驗方法大得多。如軍標GJB101「小圓形快速分離耐環境電連接器總規範」中規定;測量時電流為1A,接觸對串聯後,測量每對接觸對的電壓降,取其平均值換算成接觸電阻值。

影響因素
  主要受接觸件材料、正壓力、表面狀態、使用電壓和電流等因素影響。
  1) 接觸件材料
  電連接器技術條件對不同材質製作的同規格插配接觸件,規定了不同的接觸電阻考核指標。如小圓形快速分離耐環境電連接器總規範GJB101-86規定,直徑為1mm的插配接觸件接觸電阻,銅合金≤5mΩ,鐵合金≤15mΩ。
  2) 正壓力
  接觸件的正壓力是指彼此接觸的表面產生並垂直於接觸表面的力。隨正壓力增加,接觸微點數量及面積也逐漸增加,同時接觸微點從彈性變形過渡到塑性變形。由於集中電阻逐漸減小,而使接觸電阻降低。接觸正壓力主要取決於接觸件的幾何形狀和材料性能。
  3) 表面狀態
  接觸件表面一是由於塵埃、松香、油汙等在接點表面機械附著沉積形成的較鬆散的表膜,這層表膜由於帶有微粒物質極易嵌藏在接觸表面的微觀凹坑處,使接觸面積縮小,接觸電阻增大,且極不穩定。二是由於物理吸附及化學吸附所形成的汙染膜,對金屬表面主要是化學吸附,它是在物理吸附後伴隨電子遷移而產生的。故對一些高可靠性要求的產品,如航天用電連接器必須要有潔淨的裝配生產環境條件,完善的清洗工藝及必要的結構密封措施,使用單位必須要有良好的貯存和使用操作環境條件。
  4) 使用電壓
  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。但由於熱效應加速了膜層附近區域的化學反應,對膜層有一定的修復作用。於是阻值呈現非線性。在閾值電壓附近,電壓降的微小波動會引起電流可能二十倍或幾十倍範圍內變化。使接觸電阻發生很大變化,不了解這種非線***,就會在測試和使用接觸件時產生錯誤。
  5) 電流
  當電流超過一定值時,接觸件界面微小點處通電後產生的焦耳熱()作用而使金屬軟化或熔化,會對集中電阻產生影響,隨之降低接觸電阻。

問題研討
  1) 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生機械擊穿或在高電壓、大電流下會發生電擊穿。對某些小體積的連接器設計的接觸壓力相當小,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。故國軍標GJB1217-91電連接器試驗方法中規定了兩種試驗方法。即低電平接觸電阻試驗方法和接觸電阻試驗方法。其中低電平接觸電阻試驗目的是評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,而試驗電流應限制在100mA,在這一電平下的性能足以滿足以表現在低電平電激勵下的接觸界面的性能。而接觸電阻試驗目的是測量通過規定電流的一對插合接觸件兩端或接觸件與測量規之間的電阻,而此規定電流要比前者大得多,通常規定為1A。
  2) 單孔分離力檢驗
  為確保接觸件插合接觸可靠,保持穩定的正壓力是關鍵。正壓力是接觸壓力的一種直接指標,明顯影響接觸電阻。但鑑於接觸件插合狀態的正壓力很難測量,故一般用測量插合狀態的接觸件由靜止變為運動的單孔分離力來表徵插針與插孔正在接觸。通常電連接器技術條件規定的分離力要求是用實驗方法確定的,其理論值可用下式表達。
  F=FN·μ
  式中FN為正壓力, μ為摩擦係數。
  由於分離力受正壓力和摩擦係數兩者制約。故決不能認為分離力大,就正壓力大接觸可靠。現在隨著接觸件製作精度和表面鍍層質量的提高,將分離力控制在一個恰當的水平上即可保證接觸可靠。作者在實踐中發現,單孔分離力過小,在受振動衝擊載荷時有可能造成信號瞬斷。用測單孔分離力評定接觸可靠性比測接觸電阻有效。因為在實際檢驗中接觸電阻件很少出現不合格,單孔分離力偏低超差的插孔,測量接觸電阻往往仍合格。
  3) 接觸電阻檢驗合格不等於接觸可靠。
  在許多實際使用場合,汽車、摩託車、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,往往都是在動態振動環境下使用。實驗證明僅用檢驗靜態接觸電阻是否合格,並不能保證動態環境下使用接觸可靠。往往接觸電阻合格的連接器在進行振動、衝擊、離心等模擬環境試驗時仍出現瞬間斷電現象。故對一些高可靠性要求的連接器,許多設計員都提出最好能100%對其進行動態振動試驗來考核接觸可靠性。最近,日本耐可公司推出了一種與導通儀配套使用的小型臺式電動振動臺,已成功地應用於許多民用線束的接觸可靠性檢驗。


相關焦點

  • 電阻焊接原理與電阻點焊過程四個階段
    電阻焊接原理與電阻點焊過程四個階段 李倩 發表於 2018-04-24 16:57:55 電阻焊雖然具有勞動條件好,不需另加焊接材料,操作簡便,易實現機械化等優點;
  • 四線電阻觸控螢幕的工作原理詳解
    摘要:簡要介紹觸控螢幕的結構及工作原理,並以Burr-Brown公司的觸控螢幕控制晶片ADS7843為例本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159825.htm1 觸控螢幕的基本原理典型觸控螢幕的工作部分一般由三部分組成,如圖1所示:
  • 萬用表測電阻的原理
    導讀:電阻想必大家已經很熟悉了,測量電阻肯定會想到萬用表吧,但是你懂的萬用表測電阻的原理嗎?萬用表測電阻的原理--簡介  萬用表是一種帶有整流器的、可以測量交、直流電流、電壓及電阻等多種電學參量的磁電式儀表。萬用表由表頭、測量電路及轉換開關等三個主要部分組成。  萬用表是電子測試領域最基本的工具,也是一種使用廣泛的測試儀器,利用萬用表測量電阻主要依據是閉合電路歐姆定律。萬用表種類很多,使用時應根據不同的要求進行選擇。
  • 一文看懂取樣電阻的工作原理
    打開APP 一文看懂取樣電阻的工作原理 發表於 2019-08-18 11:16:35   一,電流檢測電阻的基本原理   根據歐姆定律,當被測電流流過電阻時,電阻兩端的電壓與電流成正比。
  • 熱電阻測量溫度原理
    熱電阻的測量電路四、熱電阻轉換部分通常熱電阻為3線制,轉換部分電路是由向熱電阻輸入電流的供電電路、導線電阻補償電路、線性化電路以及傳送信號轉換電路組成熱電阻輸入轉換器功能模塊圖導線電阻補償電路電路原理如下圖所示。
  • 影響接觸電阻大小的因素有哪些
    其缺點是在高溫下,在大氣或在變壓器油中也能氧化生成Cu2O,導電性很差,其氧化膜厚度隨著時間和溫度的增加而不斷地增加,接觸電阻將成倍地增加,有時甚至使閉合電路出現斷路現象。因此,銅不適於做非頻繁操作電器的觸頭材料,對於頻繁操作的接觸器,電流大於150A時,氧化膜在電弧的高溫作用下分解可採用銅觸頭。從減少接觸電阻的角度看,銅是僅次於銀的材料,為減小銅觸頭的接觸電阻可在銅上鍍銀或鑲銀,也可以鍍錫。
  • 溼敏電阻的工作原理及其用法應用
    打開APP 溼敏電阻的工作原理及其用法應用 發表於 2017-05-07 11:42:01   溼敏電阻是利用溼敏材料吸收空氣中的水分而導致本身電阻值發生變化這一原理而製成的。
  • 接地電阻測試儀的測量原理和測量方法
    串聯諧振赫茲電力為您導讀:接地電阻測試儀的測量原理和測量方法一、接地電阻測試儀的測量原理1.對地電壓測量採用平均值整流法。A: 固有誤差 E1:位置變化產生的變動E2:電源電壓變化產生的變動 E3:溫度變化產生的變動E4:幹擾電壓變化產生的變動 E5:接觸電極電阻產生的變動E7:系統頻率變化產生的變動 E8:系統電壓變化產生的變動
  • 一體化防爆熱電阻簡介以及工作原理
    溫度變送器一般由基準源、冷端補償、放大單元、線性化處理、V/I轉換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是將熱電阻產生的電阻經冷端補償放大後,再帽由線性電路消除電阻與溫度的非線性誤差,最後放大轉換為4~20mA電流輸出信號。為防止熱電阻測量中由於斷絲而使控溫失效造成事故,變送器中還設有斷電保護電路。當熱電阻斷絲或接解不良時,變送器會輸出最大值(28mA)以使儀表切斷電源。
  • 熱電阻傳感器原理_熱電阻傳感器的應用
    打開APP 熱電阻傳感器原理_熱電阻傳感器的應用 發表於 2019-09-25 14:58:14   熱電阻傳感器原理   熱電阻傳感器是利用導體的電阻隨溫度變化的特性,對溫度和溼度有關的參數進行檢測的裝置。
  • 電阻的基本原理
    電阻的基本原理 知乎 發表於 2020-12-09 11:27:10 一、電阻的基本原理 電阻,和電感、電容一起,是電子學三大基本無源器件;從能量的角度
  • 新研究發現:石墨烯接觸電阻可不受溼度影響!
    導讀近日,瑞典皇家理工學院等歐洲機構的科研組成的團隊發現,當二維材料石墨烯與金屬電路集成時,接觸電阻不會受到溼度的損害。這項發現將有助於顯著降低開發新型傳感器的成本。為此,與傳統電子電路集成時,石墨烯需要實現高效的電氣接觸。這種合宜的接觸對於任何傳感器來說都非常關鍵,也將顯著影響其性能。可是,問題來了:石墨烯對於溼度敏感,周圍空氣中的水分子很容易被吸收到它的表面上。H2O分子改變了這種碳基材料的電阻,會將失真的信號引入到傳感器中。
  • 形象圖示電阻電容電感的原理與特點
    電阻電容電感是電子電路的基礎。它們形狀各異,各具特色,除了學電子的,一般人很難了解它們。本文以形象圖示,讓非電子專業的人也能了解這些基本元件的原理和特點。一、電阻電阻是限制電流通過的器件,它的符號及工作示意圖如下:
  • 電阻電流檢測的基本原理詳解
    但是,由於電阻本身結構和電阻材料會導致電阻在實際應用中產生完全不同的效果,僅僅通過比較數據表還無法找到合適的電阻。以下將通過計算示例描述一些實現最佳設計的重要參數。電阻電流檢測的基本原理根據歐姆定律,在檢測通過電阻的電流時,電勢差被作為電流檢測的直接檢測值。
  • 【外文翻譯】利用電阻測量法評估減水劑對不同組成水泥水化的影響
    Xiao等[6]試圖通過採用非接觸電阻測量法選用更合適的減水劑。該研究提出了一種選擇合適的減水劑的方法和基於減水劑效果的最佳摻量,用於控制凝結時間並同時保持了漿體流動性和抗壓強度。在本研究中,作者試圖表徵在減水劑存在條件下不同組成的水泥漿體的電阻發展。本研究目的在於討論非接觸電阻測量方法的可靠性,並提供關於水泥與減水劑之間相容性的實用信息。
  • 分壓電路工作原理解析_電阻分壓電路
    打開APP 分壓電路工作原理解析_電阻分壓電路 發表於 2018-03-28 14:41:04 分壓電路工作原理解析 分壓電路在電子電路中很常見,應用廣泛,掌握分壓的工作原理及分壓電路的變形電路,對分析許多電子電路有著舉足輕重的影響。
  • 深入探究光敏電阻的工作原理及應用
    打開APP 深入探究光敏電阻的工作原理及應用 發表於 2019-01-13 09:47:39 一、光敏電阻 光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導體材料製成的特殊電阻器,表面還塗有防潮樹脂,具有光電導效應。
  • 貼片電阻主要是由四大部分組成
    標準,以充分保證電阻。電極漿料印刷到位。 電阻膜: 用具有一定電阻率的電阻漿料印刷到陶瓷基板上,再經燒結而成。電阻漿料一般用二氧化釕。
  • 導線接觸處電阻較大,會產生什麼後果?——初中電學難點解析
    斷開的導線首先,導線連接處與導線其他地方相比,「接觸電阻」較大。大家知道,導體電阻的大小與導體的長度成正比、與導體的橫截面積成反比、還與導體的材料和溫度共四個因素有關。導線連接處與導線其他地方相比,我們可以取長度相同的一小段,雖然橫截面積由於導線間相互纏繞的原因而有所增大,但即使是連接再好的導線,在接觸處導線分子之間的距離也要遠遠大於導線別處分子之間的距離(就像「破鏡不能重圓」一樣),因此而引起的電阻增大效果要大於因橫截面積引起電阻減小的效果,也就是「相當於材料」發生了變化,最終導致導線連接處的電阻增大。
  • 電阻的原理分類結構和選型指南
    一、電阻的基本原理本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201901/396289.htm