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这在大电流的场合更应引起重视,例如φ接触对,一般规定其额定电流为50A,但在5芯时要降额33%使用,也就是每芯的额定电流只有38A,芯数越多,降额幅度越大。
降额幅度可参看表1
接触电阻
接触电阻是指两个接触导体在接触部分产生的电阻。
在选用时要注意到两个问题,第一,连接器的接触电阻指标事实上是接触对电阻,它包括接触电阻和接触对导体电阻。
通常导体电阻较小,因此接触对电阻在很多技术规范中被称为接触电阻。
第二,在连接小信号的电路中,要注意给出的接触电阻指标是在什么条件下测试的,因为接触表面会附则氧化层,油污或其他污染物,两接触件表面会产生膜层电阻。
在膜层厚度增加时,电阻迅速增大,是膜层成为不良导体。
但是,膜层在高接触压力下会发生机械击穿,或在高电压,大电流下会发生电击穿。
对某些小体积的连接器设计的接触压力相当小,使用场合仅为mA和mV级,膜层电阻不易被击穿,可能影响电信号的传输。
在GB5095《电在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,为了防止接触件上绝缘薄膜被击穿,测试回路的开路电动势的直流或交流峰值应不大于20mV,直流或交流试验电流应不大于100mA。
事实上这是一种低电平接触电阻的测试方法,因此,有此要求的选择者,因选用由低电平接触电阻指标的连接器。
屏蔽性
在现代电气电子设备中,元器件的密度以及它们之间相关功能的日益增加,对电磁干扰提出了严格的限制。
所以连接器往往用金属壳体封闭起来,以阻止内部电磁能辐射或受到外界电磁场的干扰。
在低频时,只有磁性材料才能对磁场起明显屏蔽作用。
此时,对金属外壳的电连续性有一定的规定,也就是外壳接触电阻。
安全参数
绝缘电阻
绝缘电阻是指在连接器的绝缘部分施加电压,从而使绝缘部分的表面内或表面上产生漏电流而呈现出的电阻值。
它主要受绝缘材料,温度,湿度,污损等因素的影响。
连接器样本上提供的绝缘电阻值一般都是在标准大气条件下的指标值,在某些环境条件下,绝缘电阻值会有不用程度的下降。
另外要注意绝缘电阻的试验电压值。
根据绝缘电阻(MΩ)=加在绝缘体上的电压(V)/泄漏电流(μA)施加不同的电压,就有不用的结果。
在连接器的试验中,施加的电压一般有10V,100V,500V三档。
耐压
耐压就是接触对的相互绝缘部分之间或绝缘部分与接地之间,在规定时间内所能承受的比额定电压更高而不产生击穿现象的临界电压。
它主要受接触对间距和爬电距离和几何形状,绝缘体材料以及环境温度和湿度,大气压力的影响。
燃烧性
任何连接器在工作时都离不开电流,这就存在起火的危险性。
因此对连接器不仅要求能防止引燃,还要求在一旦引燃和起火时,能在短时间内自灭。
在选用时要注意选择采用阻燃型,自熄性绝缘材料的电连接器。
机械参数
单脚分离力和总分离力
连接器中接触压力是一个重要指标,它直接影响到接触电阻的大小和接触对的磨损量。
在大多数结构中,直接测量接触压力是相当困难的。
因此,往往通过单脚分离力来间接测算接触压力。
对于圆形针孔接触对,通常是用有规定重量砝码的标准插针来检验阴接触件夹持砝码的能力,一般其标准插针的直径是阳接触件直径的下限取-5μm。
总分离力一般是单脚分离力上线之和的两倍。
总分离力超过50N时,用人工插拔已经相当困难了。
当然,对一些测试设备或某些特殊要求的场合,可选用零插拔力连接器,自动脱落连接器等等。
机械寿命
连接器的机械寿命是指插拔寿命,通常规定为500~1000次。
在达到此规定的机械寿命时,连接器的接触电阻,绝缘电阻和耐压等指标不应超过规定的值。
严格的说,现在的机械寿命是一种模糊的概念。
机械寿命应该与时间有一定的关系,10年用完500次与1年用完500次,显然其情况是不一样的。
只不过目前还没有一种更经济,更科学的方法来衡量。
接触对数目和针孔性
首选可根据电路的需要来选择接触对的数目,同时要考虑连接器的体积和总分离力的大小。
接触对数目多,当然其体积就大,总分离力相对也大。
在某些可靠性要求高、而体积又允许的情况下,可采用两对接触对并联的方法来提高连接的可靠性。
连接器的插头、插座中,插针(阳接触件)和插孔(阴接触件)一般都能互换装配。
实际使用时,可根据插头和插座两端的带电情况来选择。
如插座需常带电,可选择装插孔的插座,因为装插孔的插座,其带电接触件埋在绝缘体中,人体不易触摸到带电接触件,相对来说比较安全。
振动、冲击、碰撞
主要考虑连接器在规定频率和加速度条件下振动、冲击、碰撞时的接触对的电连续性。
接触对在此动态应力情况下会发生瞬时断路的现象。
规定的瞬断时间一般有1μs、10μs、100μs、1ms和10ms。
要注意的是如何判断接触对发生瞬断故障。
现在一般认为,当闭合接触对(触点)两端电压降超过电源电动势的50%时,可判定闭合接触对(触点)发生故障。
也就是说判断是否发生瞬断有两个条件:
持续时间和电压降,两者缺一不可。
连接方式
连接器一般由插头和插座组成,其中插头也称自由端连接器,插座也称固定连接器。
通过插头、插座和插合和分离来实现电路的连接和断开,因此就产生了插头和插座的各种连接方式。
对圆形连接器来说,主要有螺纹式连接,卡口式连接和弹子式连接三种方式。
其中螺纹式连接最常见,它具有加工工艺简单、制造成本低、适用范围广等优点,但连接速度较慢不适宜于需频繁插拔和快速接连的场合。
卡口式连接由于其三条卡口槽的导程较长,因此连接的速度较快,但它制造较复杂,成本也就较高。
弹子式连接是三种连接方式中连接速度最快的一种,它不需进行旋转运动,只需进行直线运动就能实现连接、分离和锁紧的功能。
由于它属于直推拉式连接方式,所以仅适用于总分离力不大的连接器。
一般在小型连接器中较常见。
安装方式和外形
连接器的安装有前安装和后安装,安装固定方式有铆钉、螺钉、卡圈或连接器本身卡销快速锁定等。
也有一种插头和插座是均是自由端连接器,即所谓中继连接器。
连接器的外形千变万化,用户主要是从直形、弯形、电线或电缆的外径及与外壳的固定要求、体积、重量、是否需连接金属软管等方面加以选择,对在面板上使用的连接器还要从美观、造型、颜色等方面加以选择。
环境参数
环境参数主要有环境温度、湿度、温度急变、大气压力和腐蚀环境等。
连接器在使用和保管、运输过程中所处的环境对其性能有显著的影响,所以必须根据实际的环境条件选用相应的连接器。
环境温度
连接器的金属材料和绝缘材料决定着连接器的工作环境温度。
高温会破坏缘材料,引起绝缘电阻和耐压性能降低;
对金属而言高温可使接触对失去弹性,加速氧化和发生镀层变质。
通常的环境温度为-55~100℃特殊场合下可能要求更高。
潮湿
相对湿度大于80%,是引起电击穿的要原因。
潮湿环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸收和扩散,容易使绝缘电阻降低到MΩ级以下,长期处在高湿环境下,会引起物理变形,分解、逸出生成物,产生呼吸效应及电解、腐蚀和裂纹。
特别是在设备外部的连接器,常常要考虑潮湿、水渗和污染的环境条件,这种情况下应选用密封连接器。
对于水密、尘密型连接器一般采用GB4208的外壳防护等级来表示。
温度急变
湿度急变试验是模拟使用连接器设备在寒冷的环境转入温暖环境的实际使用情况,或者模拟空间飞行器、探测器环境温度急剧变化的情况。
温度急变可能使绝缘材料裂纹或起层。
大气压力
在空气稀薄的高空,塑料放出气体污染接触对,并使电晕产生的趋势增加,耐压性能下降,使电路产生短路故障。
在高空达到某一定值时,塑料性能变差。
因此在高空使用非密封连接器时,必须降额使用。
在低气压下推荐的电压降额系数见表2。
腐蚀环境
根据连接器的不同使用腐蚀环境,选用相应金属、塑料、镀层结构的连接器,像在盐雾环境下使用的连接器,如果没有防腐的金属表面,会使性能迅速恶化。
在含有相当浓度的SO2环境中,不宜使用镀银接触对的连接器。
在潮热地区,霉菌也是重要问题。
端接方式
端接方式是指连接器的接触对与电线或电缆的连接方式。
合理选择端接方式和正确使用端接技术,也是使用和选择连接器的一个重要方面。
焊接
焊接最常见的是锡焊。
锡焊连接最重要的是焊锡料与被焊接表面之间应形成金属的连续性。
因此对连接器来说,重要的是可焊性。
连接器焊接端最常见的镀层是锡合金、银和金。
簧片式接触对常见的焊接端有焊片式、冲眼焊片式和缺口焊片式:
针孔式接触对常见焊接端有钻孔圆弧缺口式。
压接
压接是为使金属在规定的限度内压缩和位移并将导线连接到接触对上的一种技术。
好的压接连接能产生金属互熔流动,使导线和接触对材料对称变形。
这种连接类似于冷焊连接,能得到较好的机械强度和电连续性,它能承受更恶劣的环境条件。
目前普遍认为采用正确的压接连接比锡焊好,特别是在大电流场合必须使用压接。
压接时须采用专用压接钳或自动、半自动压接机。
应根据导线截面,正确选用接触对的导线筒。
要注意的是压接连接是永久性连接,只能使用一次。
绕接
绕接是将导线直接缠绕在带棱角的接触件绕接柱上。
绕接时,导线在张力受到控制的情况下进行缠绕,压入并固定在接触件绕接柱的棱角处,以形成气密性接触。
绕接导线有几个要求:
导线直径的标称值应在0.25mm~范围内;
导线直径不大于时,导体材料的延伸率不小于15%;
导线直径大于时,导体材料的延伸率不小于20%。
绕接的工具包括绕枪和固定式绕接机。
刺破接连
刺破连接又称绝缘位移连接,是由美国在60年代发明的一种新颖端技术,具有可靠性高、成本低、使用方便等特点,目前已广泛应用于各种印制板用连接器中。
它适用于带状电缆的连接。
连接时不需要剥去电缆的绝缘层,依靠连接器的“U”字形接触簧片的尖端刺入绝缘层中,使电缆的导体滑进接触簧片的槽中并被夹持住,从而使电缆导体和连接器簧片之间形成紧密的电气连接性。
它仅需简单的工具,但必须选用规定线规的电缆。
螺钉连接
螺钉连接是采用螺钉式接线端子的连接方式,要注意允许连接导线的最大和最小截面和不同规格螺钉允许的最大拧紧力矩。
结束语
以上从电气参数、安全参数、机械参数、环境参数和端接方式等方面论述了连接器的选择方法,但由于连接器种类繁多,以上论述难免顾此失彼,有些观点也不一定正确、全面。
希望有关连接器的生产厂和使用厂都能重视连接器的选择和使用工作。
芯数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
>
15
减率
100
94.3
88.6
82.9
77.1
71.4
65.7
60
54.3
48.6
42.9
37.1
31.4
20
高度h/m
压力p/10²
Pa
减率
大于
不大于
小于
不小于
--
2000
795
1
3000
700
0.74
4000
620
0.67
5000
540
0.61
6000
470
0.51
7000
410
0.44
8000
355
0.38
9000
305
0.33
10000
265
0.30
WTO与我国的接插件行业
我国加入WTO已只是时间早晚的问题了,加入WTO对我国的接插件行业有何影响?
这是大家都关心的问题。
一般而言,由于在生产技术和产品质量、管理水平等方面与国外存在着不小的差距,因而在加入WTO后,国内生产厂家将遇到双重压力,一是关税降低后国外产品将更方便地进入国内市场形成冲击,二是整机厂商在选用性能价格比最合适的产品方面有更大的余地,因而国内厂家必将面临十分严峻的形势。
但是,对我国的接插件行业而言,情况不象上述那么简单,本文试图对此进行一些分析。
国内接插行业现状
由于统计方面的原因,我国接插件的市场需求量、接插件的年生产量,甚至接插件厂家数等都缺乏较为详尽准确的数字。
按照美国市场研究公司FlekResearch公司估计,1999年,中国大陆的电子系统和设备的产值接近1000亿美元,该数字与我国有关部门公布的统计数字8189亿人民币较为接近。
而要支持如此规模的电子设备的产值按Flek的推算,需要14亿美元的连接器、18亿美元的电缆组件和2亿美元的底板,共计34亿美元。
这34亿美元的产品应当是包括国内生产配套和进出口贸易差额在内。
1999年,台湾连接器公司在大陆生产的产值为18亿美元。
美,欧,日连接器公司在中国生产的产值为8.75亿美元,上述产品主要是出口。
尽管上述数据还缺乏来自其它方面资料的佐证,但以下几点应该是显而易见的;
(1)中国的接插件市场的需求很大,并且存在日益增长的趋势;
(2)三资企业的生产已占据半壁江山,出口量不断增加;
(3)我国的接插件进出口继续呈逆差状态。
中国的接插件生产已在全世界占有重要地位,这是多年来改革、开放和吸收外资的结果,也是全球化生产的必然结果。
但是从生产技术水平和产品的档次来看,我们与国外的差距正在加大。
随着信息技术的飞速发展,大量的新型连接器和技术不断涌现。
由于各种原因,国内的接插件行业并没有赶上信息革命的步伐。
海外的厂家只是利用中国廉价的劳动力,把中国当作生产中,低档接插件的生产基地。
其研发部门则留在他们的本土,核心技术仍掌握在他们手中,高档次仍在本土生产。
国内的接插件行业,尤其是国有企业,要在技术上赶上国际先进水平,还要花费很大的力气。
机遇和挑战
国内现在有一种观点,认为接插件行业属于劳动密集型,中国的劳动力成本低,因而入世后不会形成大的冲击,这种看法是片面的。
事实上,高档接插件的技术含量正在不断增加。
此外,市场竞争不仅是成本价格的竞争,更重要的是质量的竞争。
中国加入WTO后,对接插件三资企业的发展将带来极大的好处。
关税的降低将使原材料的采购成本下降,产品出口将更具竞争力,而高技术含量的产品将更容易进入中国市场。
中国经济的发展将使接插件的需求强劲增长。
但是接插件国有企业将面临巨大的压力,虽然同样具有重大的发展机遇,但由于管理、技术和观念方面的原因,加上人员素质,结构、数量等因素的影响,使得劳动力成本低廉这一优势也消失掉,在全球的市场大竞争的压力下,国有企业将遇到空前巨大的挑战。
为适应经济全球化的需要,对付日益激烈的市场竞争,国外接插件行业近年来进行了大规模的并购和重组,甚至连接器行业世界排名第一的AMP公司也被世界500强的TYCO集团收购,这一重要动向迄今尚未引起国内接插件行业的警觉,也没有有效的应对措施。
目前,世界接连接器行业正日益向集约化发展。
据统计,1999年,世界前十名连接器制造商的销售额在世界五大地区(北美、欧洲、日本、亚太和其余地区)所占比例已分别达到44.4%,49.3%,60%,63.6%,36.9%.由少数跨国公司逐步垄断全球连接器行业的趋势愈来愈明显,对这种发展趋势,在我国接插件行业中并未引起足够的重视。
我国“入世”后面对实力雄厚的跨国公司在我国市场上咄咄逼人的攻势,我国的接插件生产企业,尤其是国有企业怎么办?
这是一个早就应该列入议事日程上的紧迫问题。
还有一个我们严重忽视的问题,这就是知识产权问题。
在成熟的市场经济条件下,知识产权受到了法律的充分保护。
我国的社会主义市场经济正在建立和完善之中,知识产权的观念,法律意识还相当淡薄。
仅以专利为例,1997~1999年,在我国申请的接插件发明专利数量为1243件,而国外公司在华申请的即达1081件,占87%。
在国内公司申请的162件中,台湾省即达了78件,其中仅鸿海公司即达75件。
这从一个侧面说明了我国接插件行业中国有企业知识产权意识的淡薄。
这可能有两方面的原因,一是根本没有专利可申请,二是不知道专利为何物或不知道用专利来保护自己,而最有可能的是后者。
可以预料,中国加入WTO后,出于市场和技术竞争的考虑,有关知识产权的纠纷和案例会越来越多。
对于这一点,我们应当有充分的思想准备和相应的对策。
WTO是一把双刃剑,对我国接插件行业中的国有企业而言,应当是挑战大于机遇,前途不外乎两种:
一是加强自身的改革,勇敢的面对挑战,融入经济全球化的潮流,在竞争中生存和发展。
二是不适应新的情况,仍然沿着老路走,最终败下阵来。
除此之外,第三条路是没有的。
外企眼中的中国连接器工业
ChinaConnectorIndustryonTheEyesofForeignEnterprises
美国连接器市场研究公司FleckResearch公司在1999年下半年对亚洲连接器工业进行调研。
并多次去中国大陆、台湾、日本和韩国旅行,共访问了97家连接器制造公司。
这是由于亚洲对世界连接器工业越来越重要,亚洲连接器工厂生产超过80亿美元,有3000家左右供应商,连接器工业的增长率是世界上最高的。
在中国,Fleck访问了47家连接器和电缆部件生产厂家。
中国的连接器、电缆部件和底板的总产值主难以确定,因为没有机构报告生产数字。
1999年中国大陆生产的连接器、电缆部件和底板的总值,Fleck估计为63亿美元。
其中台湾连接器公司在大陆生产的达18亿美元,值得注意的是:
美、欧、日连接器公司在中国的生产劲升,1999年达8.75亿美元。
上述产品几乎全部出口。
Fleck认为中国生产的连接器和电缆部件的产值仅次于美国、大于德。
法、英三国的总和。
中国整个连接器、电缆部件和底板的交货值占全世界总值的19%。
但中国生产的产品侧重于低价的日用品连接器。
因此产量占全世界产量的比值较高。
Fleck估计中国生产的连接器的接触件数达全世界需要的34%。
1999年,外国(美、日、欧)公司在中国的前5名为:
AMP、MOLEX、Hosiden、Amphenol和FCI,共计5.8亿美元。
台湾连接器公司在大陆的前5名是:
Foxconn、PanIntermational、Unixtar、Bizlink和JoinSoon。
在中国市场份额最大的是台湾鸿海公司(Foxconn)1999年交货值接近20亿美元,除去个人电脑外壳升级卡和子系统的值,鸿海的净连接器、电缆部件和底板生产在1999年接近8亿美元。
没有别的制造商接近此值。
Fleck估计:
在中国,电子系统和设备的生产近1000亿美元,为了支持这一规模的电子生产需要14亿美元的连接器,18亿美元的电缆部件和2亿美元的底板。
这相当于在本地市场总共需要34亿美元的连接器、电缆部件和底板。
但这34亿美元的产品是进口来的还是中国工厂中生产出来的,专家们意见有分岐。
有人认为34亿美元这一数字估计过高。
在1999年底至2000年1月的三个月中,数百位美国连接器公司的高级行政官员和经理出差到中国,这是由于中国大陆的连接器、电缆部件和底板生产的商高增长吸引了他们。
美国连接器和电缆部件公司在中国设厂或计划设厂的数量正在增加。
的确,在中国大陆设厂成本很低例如土地价约为每平方米22美元,建筑成本每平方米150美元,电费每千瓦小时为13美分,水费每立方米16美分,装配工的月薪可低达65美元(外加食宿)。
中国的建筑成本比马来西亚、泰国和印度尼西亚低,电价和国内运输费用也较低。
由于美、日、欧和台湾公司来到中国大陆,他们带来了投资和最新的制造工艺,工厂装备了最新式的设备;
随之而来的有各类专家,其中包括工程师、工模具设计师、工厂管理人员和营销专家。
电接触学,一门研究电子可靠连接的学科
“没有可靠的电子连接,就没有先进的电子学。
”阿波罗顾问J.B.P.威灵逊博士如是说。
事实证明,假如没有可靠的电接触予以保证,任何先进的电路或系统都无法发挥其应有功能。
本文着重介绍了电接触学科的重要必以及国内外在这一领域的研究开发和进展概况。
何为电接触学
电接触学是一门研究电子可靠连接的科学。
在电子、通信或电力系统中,不仅元件之间、电路之间、设备之间乃至元件内部都需要可靠的电子连接。
传统上,称这门学科叫“电接触学”。
近年来,也有不少人称之为电子连接与内部连接系统的科学。
应用该科学理论及科研成果所制造的元件如连接器、继电器、开关、键盘、电位器、电刷与导电环等称之为机电元件,取这个名字的原意是指通过机械连接装置,以达到电子连接的目的。
连接的类型有很多:
永久连接。
如焊接、压接、缠接等;
半永久连接,如各种连接器,中小功率开关继电器等;
滑动连接:
如电刷/导电环;
电弧连接,如中、小型继电器、断路器等。
电接触学在电连接中的重要意义
在一个通信系统或电力传输系统中,存在着大量的连接环节,任何一个连接处出现故障,都会影响系统的可靠运行。
恼人的通信系统中断,烦人的计算机错码,骇人的控制系统失灵,误事的传输图象失真,人的生活中一系列不愉快的事情,以及多种事故的隐患,重大事故的发生,往往都与接触不良有关。
以阿波罗登月飞船为例:
该飞船系统大约有一百万个接点,登月成功并保证按期返回地球,表明其接触点是完全可靠
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