接触电阻作用原理

　　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。

　　接触电阻怎么测

　　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。接触电阻一般非常小其范围在微欧姆到几个欧姆之间。根据器件的类型和应用的情况，测量的方法可能会有所不同。ASTM的方法B539 “测量电气连接的接触电阻”和MIL-STD-1344的方法3002“低信号电平接触电阻”是通常用于测量接触电阻的两种方法。通常，一些基本的原则都采用开尔文四线法进行接触电阻的测量。

　　测量方法：

　　图4-42 说明用来测试一个接点的接触电阻的基本配置。使用具有四端测量能力的欧姆计，以避免在测量结果中计入引线电阻。将电流源的端子接到该接点对的两端。取样（Sense）端子则要连到距离该接点两端电压降最近的地方。其目的是避免在测量结果中计入测试引线和体积电阻（bulk resistance）产生的电压降。体积电阻就是假定该接点为一块具有相同几何尺寸的金属实体，而使其实际接触区域的电阻为零时，整个接点所具有的电阻，设计成只有两条引线的器件有的时候很难进行四线连接。器件的形式决定如何对其进行连接。一般，应当尽可能按照其正常使用的状态来进行测试。在样品上放置电压探头时不应当使其对样品的机械连接产生影响。例如，焊接探头可能会使接点发生不希望的变化。然而，在某些情况下，焊接可能是不可避免的。被测接点上的每个连接点都可能产生热电动势。然而，这种热电动势可以用电流反向或偏置补偿的方法来补偿。

　　干电路测试

　　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。

　　使用微欧姆计或数字多用表：

　　图4-42示出使用Keithley 580型微欧姆计、2010型数字多用表或2750型数字多用表数据采集系统进行四线接触电阻测量的基本配置情况。这些仪器能够采用偏置补偿模式自动补偿取样电路中的热电势偏置，并且还具有内置的干电路测量能力。对于大多数的应用来说，微欧姆计或数字多用表足以用来进行接触电阻的测量工作。如果短路电流或者被测电阻值比微欧姆计或数字多用表的技术指标小得很多，则必须使用纳伏表加精密电流源的组合来进行。

　　使用纳伏表和电流源：

　　图4-43示出使用Keithley 2182A型纳伏表和2400系列数字源表仪器进行接触电阻测量的测试配置情况。

　　2400系列仪器强制电流流过接点，而纳伏表则测量接点两端产生的电压降。为了进行干电路测试，设置数字源表的钳位电压为20mV，这样就把电路的开路电压钳位到20mV。为了保证钳位电压只出现在接点两端，而不是出现在测试引线的两端，该数字源表采用四线模式。在使用较大的电流时，这一点特别重要。因为和接点两端的电压降相比，测试引线两端的电压降可能会比较大。

　　为了避免发生瞬变现象，一定要先将电流源关闭，然后再把接点接入测试夹具或将其断开。将一个100Ω的电阻器直接跨接在电流源的输出端，能够进一步降低瞬变现象。

　　可以使用电流反向法将热电势偏置降至最小。2182A的Delta模式与数字源表仪器配合可以自动地实现这种技术。在这种模式下，2182A 自动地触发电流源改变极性，然后对每一种极性触发测量一个读数。接着，2182A显示“经过补偿”的电压值：

　　其中：I = 测试电流的绝对值。

　　接触电阻影响因素

　　接触电阻主要受接触件材料、正压力、表面状态、使用电压和电流等因素影响。

　　1） 接触件材料

　　电连接器技术条件对不同材质制作的同规格插配接触件，规定了不同的接触电阻考核指标。如小圆形快速分离耐环境电连接器总规范GJB101-86规定，直径为1mm的插配接触件接触电阻，铜合金≤5mΩ，铁合金≤15mΩ。

　　2） 正压力

　　接触件的正压力是指彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力。随正压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。接触正压力主要取决于接触件的几何形状和材料性能。

　　3） 表面状态

　　接触件表面一是由于尘埃、松香、油污等在接点表面机械附着沉积形成的较松散的表膜，这层表膜由于带有微粒物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定。二是由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜，对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生的。故对一些高可靠性要求的产品，如航天用电连接器必须要有洁净的装配生产环境条件，完善的清洗工艺及必要的结构密封措施，使用单位必须要有良好的贮存和使用操作环境条件。

　　4） 使用电压

　　使用电压达到一定阈值，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，不了解这种非线性变化，就会在测试和使用接触件时产生错误。

　　5） 电流

　　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。