2017-03-14 14:21:07

電連接器、航空插頭的選擇方法
   
      連接器是連接電氣線路的機電元件。因此連接器自身的電氣參數是選擇連接器首先要考慮的問題。正確選擇和使用電連接器是保證電路可靠性的一個重要方麵。 
引言 
       電連接器(以下簡稱連接器)也可稱插頭座,廣泛應用於各種電氣線路中,起著連接或斷開電路的作用。提高連接器的可靠性首先是製造廠的責任。但由於連接器的種類繁多,應用範圍廣泛,因此,正確選擇連接器也是提高連接器可靠性的一個重要方麵。隻有通過製造者和使用者雙方共同努力,才能最大限度的發揮連接器應有的功能。 
連接器有不同的分類方法。按照頻率分,有高頻連接器和低頻連接器;按照外形分有圓形連接器,矩形連接器;按照用途分,有印製板用連接器,機櫃用連接器,音響設備用連接器,電源連接器,特殊用途連接器等等。下麵主要論述低頻連接器(頻率為 3MHZ 以下)的選擇方法。 
電氣參數要求 
        連接器是連接電氣線路的機電元件。因此連接器自身的電氣參數是選擇連接器首先要考慮的問題。 
額定電壓 
       額定電壓又稱工作電壓,它主要取決於連接器所使用的絕緣材料,接觸對之間的間距大小。某些元件或裝置在低於其額定電壓時,可能不能完成其應有的功能。電連接器的額定電壓事實上應理解為生產廠推薦的最高工作電壓。原則上說,電連接器在低於額定電壓下都能正常工作。筆者傾向於根據電連接器的耐壓(抗電強度)指標,按照使用環境,安全等級要求來合理選用額定電壓。也就是說,相同的耐壓指標,根據不同的使用環境和安全要求,可使用到不同的最高工作電壓。這也比較符合客觀使用情況。 
額定電流 
       額定電流又稱工作電流。同額定電壓一樣,在低於額定電流情況下,電連接器一般都能正常工作。在電連接器的設計過程中,是通過對連接器的熱設計來滿足額定電流要求的,因為在接觸對有電流流過時,由於存在導體電阻和接觸電阻,接觸對將會發熱。當其發熱超過一定極限時,將破壞電連接器的絕緣和形成接觸對表麵鍍層的軟化,造成故障。因此,要限製額定電流,事實上要限製電連接器內部的溫升不超過設計的規定值。在選擇時要注意的問題是:對多芯電連接器而言,額定電流必須降額使用。這在大電流的場合更應引起重視,例如 φ3.5mm 接觸對,一般規定其額定電流為 50A ,但在 5 芯時要降額 33 %使用,也就是每芯的額定電流隻有 38A ,芯數越多,降額幅度越大。
接觸電阻 
       接觸電阻是指兩個接觸導體在接觸部分產生的電阻。在選用時要注意到兩個問題,第一,電連接器的接觸電阻指標事實上是接觸對電阻,它包括接觸電阻和接觸對導體電阻。通常導體電阻較小,因此接觸對電阻在很多技術規範中被稱為接觸電阻。第二,在連接小信號的電路中,要注意給出的接觸電阻指標是在什麼條件下測試的,因為接觸表麵會附則氧化層,油汙或其他汙染物,兩接觸件表麵會產生膜層電阻。在膜層厚度增加時,電阻迅速增大,是膜層成為不良導體。但是,膜層在高接觸壓力下會發生機械擊穿,或在高電壓,大電流下會發生電擊穿。對某些小體積的連接器設計的接觸壓力相當小,使用場合僅為 mA 和 mV 級,膜層電阻不易被擊穿,可能影響電信號的傳輸。在 GB5095 《電在設備用機電元件基本試驗規程及測量方法》中的接觸電阻測試方法之一 “ 接觸電阻 —— 毫伏法 “ 規定,為了防止接觸件上絕緣薄膜被擊穿,測試回路的開路電動勢的直流或交流峰值應不大於 20mV ,直流或交流試驗電流應不大於 100mA 。事實上這是一種低電平接觸電阻的測試方法,因此,有此要求的選擇者,因選用由低電平接觸電阻指標的電連接器。 
  
屏蔽性 
       在現代電氣電子設備中,元器件的密度以及它們之間相關功能的日益增加,對電磁幹擾提出了嚴格的限製。所以電連接器往往用金屬殼體封閉起來,以阻止內部電磁能輻射或受到外界電磁場的幹擾。在低頻時,隻有磁性材料才能對磁場起明顯屏蔽作用。此時,對金屬外殼的電連續性有一定的規定,也就是外殼接觸電阻。 
安全參數 
絕緣電阻 
       絕緣電阻是指在電連接器的絕緣部分施加電壓,從而使絕緣部分的表麵內或表麵上產生漏電流而呈現出的電阻值。它主要受絕緣材料,溫度,濕度,汙損等因素的影響。電連接器樣本上提供的絕緣電阻值一般都是在標準大氣條件下的指標值,在某些環境條件下,絕緣電阻值會有不用程度的下降。另外要注意絕緣電阻的試驗電壓值。根據絕緣電阻( MΩ )=加在絕緣體上的電壓( V )/泄漏電流( μA )施加不同的電壓,就有不用的結果。在電連接器的試驗中,施加的電壓一般有 10V , 100V , 500V 三檔。 
耐壓 
       耐壓就是接觸對的相互絕緣部分之間或絕緣部分與接地之間,在規定時間內所能承受的比額定電壓更高而不產生擊穿現象的臨界電壓。它主要受接觸對間距和爬電距離和幾何形狀,絕緣體材料以及環境溫度和濕度,大氣壓力的影響。 
燃燒性 
      任何電連接器在工作時都離不開電流,這就存在起火的危險性。因此對電連接器不僅要求能防止引燃,還要求在一旦引燃和起火時,能在短時間內自滅。在選用時要注意選擇采用阻燃型,自熄性絕緣材料的電連接器。 
機械參數 
單腳分離力和總分離力 
       電連接器中接觸壓力是一個重要指標,它直接影響到接觸電阻的大小和接觸對的磨損量。在大多數結構中,直接測量接觸壓力是相當困難的。因此,往往通過單腳分離力來間接測算接觸壓力。對於圓形針孔接觸對,通常是用有規定重量砝碼的標準插針來檢驗陰接觸件夾持砝碼的能力,一般其標準插針的直徑是陽接觸件直徑的下限取- 5μm 。總分離力一般是單腳分離力上線之和的兩倍。總分離力超過 50N 時,用人工插拔已經相當困難了。當然,對一些測試設備或某些特殊要求的場合,可選用零插拔力電連接器,自動脫落電連接器等等。

機械壽命 
       電連接器的機械壽命是指插拔壽命,通常規定為 500 ~ 1000 次。在達到此規定的機械壽命時,電連接器的接觸電阻,絕緣電阻和耐壓等指標不應超過規定的值。嚴格的說,現在的機械壽命是一種模糊的概念。機械壽命應該與時間有一定的關係, 10 年用完 500 次與 1 年用完 500 次,顯然其情況是不一樣的。隻不過目前還沒有一種更經濟,更科學的方法來衡量。 
接觸對數目和針孔性 
       首選可根據電路的需要來選擇接觸對的數目,同時要考慮電連接器的體積和總分離力的大小。接觸對數目多,當然其體積就大,總分離力相對也大。在某些可靠性要求高、而體積又允許的情況下,可采用兩對接觸對並聯的方法來提高連接的可靠性。 
電連接器的插頭、插座中,插針(陽接觸件)和插孔(陰接觸件)一般都能互換裝配。實際使用時,可根據插頭和插座兩端的帶電情況來選擇。如插座需常帶電,可選擇裝插孔的插座,因為裝插孔的插座,其帶電接觸件埋在絕緣體中,人體不易觸摸到帶電接觸件,相對來說比較安全。 
振動、衝擊、碰撞 
       主要考慮電連接器在規定頻率和加速度條件下振動、衝擊、碰撞時的接觸對的電連續性。接觸對在此動態應力情況下會發生瞬時斷路的現象。規定的瞬斷時間一般有 1μs 、 10μs 、 100μs 、 1ms 和 10ms 。要注意的是如何判斷接觸對發生瞬斷故障。現在一般認為,當閉合接觸對(觸點)兩端電壓降超過電源電動勢的 50% 時,可判定閉合接觸對(觸點)發生故障。也就是說判斷是否發生瞬斷有兩個條件:持續時間和電壓降,兩者缺一不可。 
連接方式 
       電連接器一般由插頭和插座組成,其中插頭也稱自由端電連接器,插座也稱固定電連接器。通過插頭、插座和插合和分離來實現電路的連接和斷開,因此就產生了插頭和插座的各種連接方式。對圓形電連接器來說,主要有螺紋式連接,卡口式連接和彈子式連接三種方式。其中螺紋式連接最常見,它具有加工工藝簡單、製造成本低、適用範圍廣等優點,但連接速度較慢不適宜於需頻繁插拔和快速接連的場合。卡口式連接由於其三條卡口槽的導程較長,因此連接的速度較快,但它製造較複雜,成本也就較高。彈子式連接是三種連接方式中連接速度最快的一種,它不需進行旋轉運動,隻需進行直線運動就能實現連接、分離和鎖緊的功能。由於它屬於直推拉式連接方式,所以僅適用於總分離力不大的電連接器。一般在小型電連接器中較常見。 
安裝方式和外形 
       電連接器的安裝有前安裝和後安裝,安裝固定方式有鉚釘、螺釘、卡圈或連接器本身卡銷快速鎖定等。也有一種插頭和插座是均是自由端電連接器,即所謂中繼連接器。 
連接器的外形千變萬化,用戶主要是從直形、彎形、電線或電纜的外徑及與外殼的固定要求、體積、重量、是否需連接金屬軟管等方麵加以選擇,對在麵板上使用的電連接器還要從美觀、造型、顏色等方麵加以選擇。 
環境參數 
       環境參數主要有環境溫度、濕度、溫度急變、大氣壓力和腐蝕環境等。電連接器在使用和保管、運輸過程中所處的環境對其性能有顯著的影響,所以必須根據實際的環境條件選用相應的電連接器。 
環境溫度 
       電連接器的金屬材料和絕緣材料決定著電連接器的工作環境溫度。高溫會破壞緣材料,引起絕緣電阻和耐壓性能降低;對金屬而言高溫可使接觸對失去彈性,加速氧化和發生鍍層變質。通常的環境溫度為 -55~100 ℃ 特殊場合下可能要求更高。 
潮濕 
       相對濕度大於 80% ,是引起電擊穿的要原因。潮濕環境引起水蒸氣在絕緣體表麵的吸收和擴散,容易使絕緣電阻降低到 MΩ 級以下,長期處在高濕環境下,會引起物理變形,分解、逸出生成物,產生呼吸效應及電解、腐蝕和裂紋。特別是在設備外部的電連接器,常常要考慮潮濕、水滲和汙染的環境條件,這種情況下應選用密封電連接器。對於水密、塵密型電連接器一般采用 GB4208 的外殼防護等級來表示。 
溫度急變 
       濕度急變試驗是模擬使用電連接器設備在寒冷的環境轉入溫暖環境的實際使用情況,或者模擬空間飛行器、探測器環境溫度急劇變化的情況。溫度急變可能使絕緣材料裂紋或起層。 
大氣壓力 
       在空氣稀薄的高空,塑料放出氣體汙染接觸對,並使電暈產生的趨勢增加,耐壓性能下降,使電路產生短路故障。在高空達到某一定值時,塑料性能變差。因此在高空使用非密封電連接器時,必須降額使用。在低氣壓下推薦的電壓降額係數見表 2 。 
腐蝕環境 
       根據電連接器的不同使用腐蝕環境,選用相應金屬、塑料、鍍層結構的電連接器,像在鹽霧環境下使用的電連接器,如果沒有防腐的金屬表麵,會使性能迅速惡化。在含有相當濃度的 SO2 環境中,不宜使用鍍銀接觸對的電連接器。在潮熱地區,黴菌也是重要問題。 
端接方式 
       端接方式是指電連接器的接觸對與電線或電纜的連接方式。合理選擇端接方式和正確使用端接技術,也是使用和選擇電連接器的一個重要方麵。 
焊接 
       焊接最常見的是錫焊。錫焊連接最重要的是焊錫料與被焊接表麵之間應形成金屬的連續性。因此對電連接器來說,重要的是可焊性。電連接器焊接端最常見的鍍層是錫合金、銀和金。簧片式接觸對常見的焊接端有焊片式、衝眼焊片式和缺口焊片式:針孔式接觸對常見焊接端有鑽孔圓弧缺口式。 
壓接 
       壓接是為使金屬在規定的限度內壓縮和位移並將導線連接到接觸對上的一種技術。好的壓接連接能產生金屬互熔流動,使導線和接觸對材料對稱變形。這種連接類似於冷焊連接,能得到較好的機械強度和電連續性,它能承受更惡劣的環境條件。目前普遍認為采用正確的壓接連接比錫焊好,特別是在大電流場合必須使用壓接。壓接時須采用專用壓接鉗或自動、半自動壓接機。應根據導線截麵,正確選用接觸對的導線筒。要注意的是壓接連接是永久性連接,隻能使用一次。 
繞接 
       繞接是將導線直接纏繞在帶棱角的接觸件繞接柱上。繞接時,導線在張力受到控製的情況下進行纏繞,壓入並固定在接觸件繞接柱的棱角處,以形成氣密性接觸。繞接導線有幾個要求:導線直徑的標稱值應在 0.25mm~1.0mm 範圍內;導線直徑不大於 0.5mm 時,導體材料的延伸率不小於 15% ;導線直徑大於 0.5mm 時,導體材料的延伸率不小於 20% 。繞接的工具包括繞槍和固定式繞接機。 
刺破接連 
       刺破連接又稱絕緣位移連接,是由美國在 60 年代發明的一種新穎端技術,具有可靠性高、成本低、使用方便等特點,目前已廣泛應用於各種印製板用電連接器中。它適用於帶狀電纜的連接。連接時不需要剝去電纜的絕緣層,依靠電連接器的 “U” 字形接觸簧片的尖端刺入絕緣層中,使電纜的導體滑進接觸簧片的槽中並被夾持住,從而使電纜導體和電連接器簧片之間形成緊密的電氣連接性。它僅需簡單的工具,但必須選用規定線規的電纜。 
螺釘連接 
       螺釘連接是采用螺釘式接線端子的連接方式,要注意允許連接導線的最大和最小截麵和不同規格螺釘允許的最大擰緊力矩。


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