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 aboutelectrical connectors and switches in detail. The methods which can be used to avoidelectrical contact materials invalidation were summarized.Key words：Contact resistance Electrical connectors Switches1 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。
但对某些小型连接器设计的接触压力很小，工作电流电压仅为mA和mV级，膜层电阻不易被击穿，接触电阻增大可能影响电信号的传输。
在GB5095“电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法”中的接触电阻测试方法之一，“接触电阻-毫伏法”规定，为防止接触件上膜层被击穿，测试回路交流或直流的开路峰值电压应不大于20mV，交流或直流的测试中电流应不大于100mA。
在GJB1217“电连接器试验方法”中规定有“低电平接触电阻”和“接触电阻”两种试验方法。
其中低电平接触电阻试验方法基本内容与上述GB5095中的接触电阻-毫伏法相同。
目的是评定接触件在加上不改变物理的接触表面或不改变可能存在的不导电氧化薄膜的电压和电流条件下的接触电阻特性。
所加开路试验电压不超过20mV，试验电流应限制在100mA。
在这一电平下的性能足以表现在低电平电激励下的接触界面的性能。
而接触电阻试验方法目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻。
通常采用这一试验方法施加的规定电流要比前一种试验方法大得多。
如军标GJB101“小圆形快速分离耐环境电连接器总规范”中规定；测量时电流为1A，接触对串联后，测量每对接触对的电压降，取其平均值换算成接触电阻值。
接触电阻测量主要受接触件材料、正压力、表面状态、使用电压和电流、测试引线等因素影响。
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。
热膨胀系数不同的两种金属导体连接部位的接触电阻：在实际生产中，电气线路经常采用的两种金属导线主要是铜和铝。
由于铝的热胀系数比铜大36%，所以发热时使铜端子增大而本身受到挤压，冷却后不能完全复原。
经过多次反复后，连接处逐渐松弛，连接部位接触电阻增大。
如连接处出现微小缝隙，则空气进入将导致铝导体表面氧化，接触电阻大大增加。
情况更加严重的是由于铜和铝的化学性质不同，当有水分进入铜和铝之间的缝隙时，将发生电解，使铝导体发生电化学腐蚀，导致接触状态急剧恶化，接触电阻急剧升高。
不同的金属相接触,会产生热电势,如果两边金属材料相同,就没有热电势的影响。
有3 种方法可以消除热电势的影响:1、交流阻抗测量法：图2 中采用交流电流源、交流电压表和交流电流表进行测量,读取电压、电流的有效值, 代入公式R X=U/I中,计算结果虽然是交流阻抗, 但是在频率较低的情况下,可近似为直流电阻。
因为热电势是直流电压,不会影响交流电压的测量,所以交流测量方法可以消除热电势的影响。
图2中，金属1与金属2有一个界面，电流源施加的电流通过该界面，用电流表测出通过界面的电流I，电压表测量面两边的电压U，则界面的接触电阻R X 为：R X=U/I。
式中：U为电压表读出的界面两边的电压，I为电流表读出的通过界面的电流。
图2 接触电阻R X定义图（右图为等效电路）2、正反两次测量法：使用直流测量仪器, 应该使电流源正反两个方向各测量一次,计算两次测量结果的平均值,可以消除热电势的影响。
计算方法见下式。
3、零电流法：使用直流测量仪器,先将电流设置为零,记录电压表的读数U0 ,再将电流设置为I ,记录电压表读数U1 ,利用以下公式计算接触电阻R X，直流脉冲式微欧计,就是利用这种方法。
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。
