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。这类测量是在诸如连接器、继电器和开关等元件上进行的。
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。此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分钟,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,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
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集中电阻。
表面膜电阻
由于接触表面氧化膜层及其化污染物所构成的电阻称为膜层电阻或界面电阻。
导电电阻
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。
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。使用毫欧姆表测量接触电阻的原理见如下图:
测量接触电阻主要是干电路(Dry Circuit)测试,如下简单说明:
通常,测试接点电阻的目的是确定接触点氧化或其它表面薄膜积累是否增加了被测器件的电阻。即使在极短的时间内器件两端的电压过高,也会破坏这种氧化层或薄膜,从而破坏测试的有效性。击穿薄膜所需要的电压电平通常在30mV到100mV的范围内。
在测试时流过接点的电流过大也能使接触区域发生细微的物理变化。电流产生的热量能够使接触点及其周围区域变软或熔解。结果,接点面积增大并导致其电阻降低。
为了避免这类问题,通常采用干电路的方法来进行接点电阻测试。
干电路就是将其电压和电流限制到不能引起接触结点的物理和电学状态发生变化电平的电路。这就意味着其开路电压为20mV或更低,短路电流为100mA或更低。
由于所使用的测试电流很低,所以就需要非常灵敏的电压表来测量这种通常在微伏范围的电压降。由于其它的测试方法可能会引起接点发生物理或电学的变化,所以对器件的干电路测量应当在进行其它的电学测试之前进行。
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