接触电阻测试研究

接触电阻测试研究

摘要：本文介绍了接触电阻的定义、测试方法；另列举各类接插件和开关产品的接触电阻测试方法及要求，并对如何降低电气线路的接触电阻进行了阐述。

关键词： 接触电阻接插件开关

Abstract：The definition and methods of contact resistance on electrical contact materials was analysis in this paper. This article introduces the different contact resistance tests about

electrical connectors and switches in detail. The methods which can be used to avoid

electrical contact materials invalidation were summarized.

Key words：Contact resistance Electrical connectors Switches

1 接触电阻定义

人们通常希望电器接点在接触部位对电路的阻碍作用为零, 即接触电阻为零。然而大量实验表明, 电器接触部位的电阻或多或少地存在, 对电路的影响无法忽略。因此,研究电器的接触电阻,以减少对电路的影响变得非常重要。为方便起见, 首先定义触点的一些概念。

1）电器触点:继电器、交流接触器、开关、电机整流子,滑环均为电器接点的范畴。

2）接触电阻:两个接触元件在接触部位产生的电阻，例如接插件。

此两类电阻都可用仪器测得。接触元件的工作可靠与否, 本质上就在于其接触部位的电阻稳定与否。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，两者差距有的可达几千倍。实际接触面可分为两部分；一是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。部分约占实际接触面积的5-10%。二是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。实际上，在大气中不存在真正洁净的金属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。例如铜只要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2微米的氧化膜层。即使特别稳定的贵金属金，由于它的表面能较高，其表面也会形成一层有机气体吸附膜。此外，大气中的尘埃等也会在接触件表面形成沉积膜。因而，从微观分析任何接触面都是一个污染面。

综上所述，真正接触电阻应由以下几部分组成；

1) 集中电阻（收缩电阻）

电流通过实际接触面时，由于电流线收缩（或称集中）显示出来的电阻。将其称为集中电阻或收缩电阻。收缩电阻:接触元件,无论加工多么精致,从微观上看其表面总是凸凹不平的, 因此, 当两个接触元件彼此接触时, 其表面不可能完整地接触,真正接触的是个别区域, 其他区域并没有直接接触。即实际接触面积要比“视在”的接触面积小。在真正接触的区域中, 一些是金属对金属的接触, 称为“金属接触”; 另一些是靠覆盖在接触处的单分子薄膜通过孔道效应和穿透薄膜的金属桥导电的, 称为“半导体”接触或“膜”接触; 还有一些接触点覆盖着完全不导电的绝缘膜, 如氧化膜和硫化膜,不能导电,可称为“绝缘接触”。剩下的其它点因为表面不平, 完全没有接触, 不导电, 可称为“非接触点”。我们想象电流象磁力线一样也有电流线。当电流流过“金属接触”点时, 由于电流象水一样通过筛孔时受到收缩而产生阻力, 这种阻力称为收缩电阻。

图1 导体接触处实际导电截面积骤减而产生收缩电阻

导体接触处实际导电截面积骤减而产生收缩电阻，见图1。一定长度的导线的电阻大小取决于其长度和截面积，即 R=KL/S 式中：K为导线的电阻率，其值由金属的材料决定；L 为导线的长度；S为导线的截面积。当截面积S骤减时，电阻率K和长度L不变，则电阻会骤然增大，必然造成连接部位发热增加，乃至产生危险温度，构成引燃火源。如果连接部位松动，则可能出现放电打火现象，如继电器或接触器的触点或触头在打开或闭合时，经常产生电火花或电弧，也成为产生电火灾的隐患。

2) 膜层电阻

膜电阻:接触元件表面因污染、化学腐蚀等原因而形成的一层导电性很差的物质(包含尘埃膜、吸附膜、无机膜、有机膜等) , 由此而形成的接触电阻称为膜电阻。膜电阻和收缩电阻形成了接触元件之间的接触电阻。当接触压力很小时,有些膜电阻很大,这时的接触电阻主要取决于膜电阻。而接触压力很大时, 各种薄膜因破裂而大大降低了电阻, 这时起主要作用的是收缩电阻。膜电阻的大小与膜的种类有关,不同的无机膜,其膜电阻也不同。此外, 膜电阻的大小还与膜的厚度有关,膜越厚,电阻越大。

3) 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，将集中电阻加上膜层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。

在实际测量接触电阻时，常使用按开尔文电桥四端子法原理设计的接触电阻测试仪（毫欧计），其专用夹具夹在被测接触件端接部位两端，故实际测量的总接触电阻R由以下三部分组成，可由下式表示：

R= RC + Rf + Rp,式中：RC—集中电阻；Rf—膜层电阻；Rp—导体电阻。

接触电阻检验目的是确定电流流经接触件的接触表面的电触点时产生的电阻。如果有大电流通过高阻触点时，就可能产生过分的能量消耗，并使触点产生危险的过热现象。在很多应用中要求接触电阻低且稳定，以使触点上的电压降不致影响电路状况的精度。

2 接触电阻的测量方法

测量接触电阻除用毫欧计外,也可用伏-安计法,安培-电位计法。在连接微弱信号电路中，设定的测试数条件对接触电阻检测结果有一定影响。因为接触表面会附有氧化层，油污或其他污染物，两接触件表面会产生膜层电阻。由于膜层为不良导体，随膜层厚度增加，接触电阻会迅速增大。膜层在高的接触压力下会机械击穿，或在高电压、大电流下会发生电击穿。