淺析車用電線束插接器接觸電阻的測試

王榮喜，王武軍

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

接觸電阻是車用電線束插接器的主要電氣性能之一，它直接影響汽車各電氣設(shè)備的信號傳輸和電氣連接，影響各電氣設(shè)備的工作穩(wěn)定性和可靠性。不合適的接觸電阻是汽車用插接器工作時產(chǎn)生溫升的主要原因。降低接觸電阻可有效控制溫升，從而提高插接器的使用壽命和可靠性。因此，分析插接器端子接觸電阻的測試方法對提高插接器的可靠性和使用壽命具有重要意義。

1 電接觸機(jī)理

插接器的接觸電阻是指一對公插接器和母插接器插接后公端子和母端子接觸面間所產(chǎn)生的附加電阻［1］。通過對端子接觸面的微觀分析可知，公端子和母端子插接后，端子的接觸并不是整個接觸面的接觸，而是散布在接觸面上的一些點的接觸［2］（圖1），各接觸點的面積之和是實際接觸面積。接觸表面的表面粗糙度決定了接觸點的數(shù)量，而端子接觸界面的正向力和接觸件的材料硬度共同決定了各接觸點的接觸面積，因此，接觸界面的表面粗糙度、表面硬度和端子正向力決定實際接觸面積的大小。

實際上，在大氣中不存在真正潔凈的金屬表面，即使很潔凈的金屬表面，一旦暴露在大氣中，便會很快生成幾微米的初期氧化膜層。由于接觸表面氧化膜的存在，實際接觸面積可分為兩部分:①公端子和母端子基體金屬的接觸面積，它是由公端子和母端子接觸面間的正向力和導(dǎo)通時的熱作用破壞接觸表面間的氧化膜后形成的。這部分接觸約占實際接觸面積的5%～10%。②通過接觸界面氧化膜后的接觸面積，它是由于公端子和母端子暴露在大氣中形成的表面氧化膜對接觸界面的隔離形成的。

綜上所述，插接器端子接觸界面的附加電阻由以下兩部分組成。

1）集中電阻或收縮電阻 在接觸界面金屬基體的接觸處，由于接觸面形狀造成的電流線收縮顯示出來的電阻。

2）膜層電阻或界面電阻 在接觸界面氧化膜的接觸處，由較堅實的氧化膜及較松散的雜質(zhì)污染物構(gòu)成的電阻。

2 接觸電阻的測試

接觸電阻是車用電線束插接器的主要電氣性能之一，因此，插接器的生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序 （PPAP）所要求的性能測試必然包括接觸電阻的測試。實際測試時包括樣品的直接測試和樣品經(jīng)受熱老化、溫濕循環(huán)、電流循環(huán)等在實驗室中模擬汽車實際使用狀況后的驗證測試。本文所介紹的兩種測試方法均考慮了這兩種情況下的測試。

2.1 測試模型的建立

插接器端子接觸界面的附加電阻無法直接測量，因此需要建立一個合適的測試模型以達(dá)到測量目的［3］。圖2所示是一個接觸界面附加電阻的測試模型。圖中T1和T2為距導(dǎo)體壓接中心75mm的焊接感應(yīng)點，實際需要測量的電阻是兩個焊接感應(yīng)點T1和T2間的電阻RC和所使用的150mm導(dǎo)線的電阻RP。兩個測量值的差被定義為插接器端子的接觸電阻，如下式

式中:R——公端子和母端子間的接觸電阻；RC——測試模型測量的總電阻；RP——所使用的150mm導(dǎo)線的電阻。

由式 （1）和圖2可知:該模型所測試的接觸電阻包括端子接觸界面的附加電阻、端子的導(dǎo)體電阻、端子與電線的導(dǎo)體壓接電阻。

2.2 電壓降換算測量法

電壓降換算接觸電阻是指通過測量一對完成插接的公端子和母端子導(dǎo)體壓接中心間的電壓降，結(jié)合測量時回路設(shè)定的標(biāo)稱電流計算出的接觸電阻。此種測量方法在測量時回路中有強(qiáng)電流通過，因此，適合強(qiáng)電流回路中插接器接觸電阻的測量，例如，收放機(jī)、前照燈等回路所使用插接器。

本試驗是在標(biāo)稱電流狀態(tài)下，通過測試導(dǎo)線壓接和端子接觸區(qū)域的電壓降，來獲得所需要的接觸電阻［4］。如圖3所示，通過測量兩個焊接感應(yīng)點T1和T2間的電壓降，并根據(jù)可調(diào)電源保證的標(biāo)稱電流，可計算出所需要的電阻值 （根據(jù)OEM的要求驗收標(biāo)準(zhǔn)可參照參考文獻(xiàn)［4］或［3］）。

由于端子接觸界面的附加電阻在電壓和電流作用下呈現(xiàn)非線性變化，而插接器在汽車中的使用，很多是處于電壓和電流的作用下，因此，本試驗所測得的接觸電阻接近強(qiáng)電流電路中插接器的實際使用狀態(tài)。尤其是熱老化、溫濕循環(huán)、電流循環(huán)等試驗后進(jìn)行的電壓降測試，更能反映強(qiáng)電流情況下的實際使用狀態(tài)。

2.3 低電平測量法

插接器在汽車中用于信號傳輸時，經(jīng)常會出現(xiàn)端子接觸界面區(qū)域的電壓降和電流非常低，不足以影響接觸界面的附加電阻，例如，ECU、BCM等的控制回路。因此，使用電壓降換算接觸電阻法測得的結(jié)果不能有效反映該使用情況的實際接觸電阻。

低電平接觸電阻測量法是使用微型歐姆表測試導(dǎo)線壓接和端子接觸區(qū)域的電阻。如圖4所示，使用微型歐姆表測量兩個焊接感應(yīng)點T1、T2間的電阻和150mm長度的所使用導(dǎo)線的電阻，據(jù)此可計算出所需要的接觸電阻 （根據(jù)OEM的要求驗收標(biāo)準(zhǔn)可參照參考文獻(xiàn)［4］或［3］）。

根據(jù)歐姆表的工作原理，使用微型歐姆表測量電阻時，電路中的電流和所測區(qū)域的電壓降遠(yuǎn)低于能影響接觸界面附加電阻所需要的電流和電壓降，因此，本試驗所測得的接觸電阻更能反映微電流電路中插接器的實際使用情況。尤其是熱老化、溫濕循環(huán)、電流循環(huán)等試驗后進(jìn)行的低電平接觸電阻測試，能保證接觸界面膜層不被電壓降和電流破壞的情況下測得，更能反映弱電流使用情況下的實際使用狀態(tài)。

3 結(jié)束語

接觸電阻是汽車用插接器的主要電氣性能，不合適的接觸電阻是汽車用插接器工作時產(chǎn)生溫升的主要原因。電壓降換算接觸電阻和低電平接觸電阻兩種測試方法所測結(jié)果分別反映了插接器在強(qiáng)電流電路和微電流電路下的實際使用狀況。

［1］GJB1217-91， 電連接器試驗方法［S］.

［2］李小平.汽車線束和連接器可靠性設(shè)計及工藝流程研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2007.

［3］SAE／USCAR-2 Revision 5 November 2007， Performance Specification for Automotive Electrical Connector Systems［S］.

［4］QC／T417—2001， 車用電線束插接器［S］.