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電連接器、德扑圈的选择方法

  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面。
引言
   電連接器(以下简称連接器)也可称插头座,广泛应用于各种电气线路中,起着连接或断开电路的作用。提高連接器的可靠性首先是制造厂的责任。但由于連接器的种类繁多,应用范围广泛,因此,正确选择連接器也是提高連接器可靠性的一个重要方面。只有通过制造者和使用者双方共同努力,才能最大限度的发挥連接器应有的功能。
連接器有不同的分类方法。按照频率分,有高频連接器和低频連接器;按照外形分有圆形連接器,矩形連接器;按照用途分,有印制板用連接器,机柜用連接器,音响设备用連接器,电源連接器,特殊用途連接器等等。下面主要论述低频連接器(频率为 3MHZ 以下)的选择方法。
電氣參數要求
   連接器是连接电气线路的机电元件。因此連接器自身的电气参数是选择連接器首先要考虑的问题。
額定電壓
  額定電壓又称工作电压,它主要取决于連接器所使用的绝缘材料,接触对之间的间距大小。某些元件或装置在低于其額定電壓时,可能不能完成其应有的功能。電連接器的額定電壓事实上应理解为生产厂推荐的最高工作电压。原则上说,電連接器在低于額定電壓下都能正常工作。笔者倾向于根据電連接器的耐壓(抗电强度)指标,按照使用环境,安全等级要求来合理选用額定電壓。也就是说,相同的耐壓指标,根据不同的使用环境和安全要求,可使用到不同的最高工作电压。这也比较符合客观使用情况。
額定電流
   額定電流又称工作电流。同額定電壓一样,在低于額定電流情况下,電連接器一般都能正常工作。在電連接器的设计过程中,是通过对連接器的热设计来满足額定電流要求的,因为在接触对有电流流过时,由于存在导体电阻和接觸電阻,接触对将会发热。当其发热超过一定极限时,将破坏電連接器的绝缘和形成接触对表面镀层的软化,造成故障。因此,要限制額定電流,事实上要限制電連接器内部的温升不超过设计的规定值。在选择时要注意的问题是:对多芯電連接器而言,額定電流必须降额使用。这在大电流的场合更应引起重视,例如 φ3.5mm 接触对,一般规定其額定電流为 50A ,但在 5 芯时要降额 33 %使用,也就是每芯的額定電流只有 38A ,芯数越多,降额幅度越大。
接觸電阻
   接觸電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,電連接器的接觸電阻指标事实上是接触对电阻,它包括接觸電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觸電阻。第二,在连接小信号的电路中,要注意给出的接觸電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。对某些小体积的連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》中的接觸電阻测试方法之一 “ 接觸電阻 —— 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觸電阻的测试方法,因此,有此要求的选择者,因选用由低电平接觸電阻指标的電連接器。

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。所以電連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,也就是外壳接觸電阻。
安全參數
絕緣電阻
   絕緣電阻是指在電連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。電連接器样本上提供的絕緣電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,絕緣電阻值会有不用程度的下降。另外要注意絕緣電阻的试验电压值。根据絕緣電阻( 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。在電連接器的试验中,施加的电压一般有 10V , 100V , 500V 三档。
耐壓
  耐壓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額定電壓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,绝缘体材料以及環境溫度和湿度,大氣壓力的影响。
燃燒性
  任何電連接器在工作时都离不开电流,这就存在起火的危险性。因此对電連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,自熄性绝缘材料的電連接器。
機械參數
單腳分離力和總分離力
   電連接器中接触压力是一个重要指标,它直接影响到接觸電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,可选用零插拔力電連接器,自动脱落電連接器等等。

機械壽命
   電連接器的機械壽命是指插拔寿命,通常规定为 500 ~ 1000 次。在达到此规定的機械壽命时,電連接器的接觸電阻,絕緣電阻和耐壓等指标不应超过规定的值。严格的说,现在的機械壽命是一种模糊的概念。機械壽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。
接觸對數目和針孔性
   首选可根据电路的需要来选择接触对的数目,同时要考虑電連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。
電連接器的插头、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。
振動、沖擊、碰撞
  主要考虑電連接器在规定频率和加速度条件下振動、沖擊、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。
連接方式
  電連接器一般由插头和插座组成,其中插头也称自由端電連接器,插座也称固定電連接器。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連接方式。对圆形電連接器来说,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。弹子式连接是三种連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連接方式,所以仅适用于总分离力不大的電連接器。一般在小型電連接器中较常见。
安裝方式和外形
   電連接器的安装有前安装和后安装,安装固定方式有铆钉、螺钉、卡圈或連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電連接器,即所谓中继連接器。
連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,对在面板上使用的電連接器还要从美观、造型、颜色等方面加以选择。
環境參數
   環境參數主要有環境溫度、湿度、溫度急變、大氣壓力和腐蝕環境等。電連接器在使用和保管、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電連接器。
環境溫度
   電連接器的金属材料和绝缘材料决定着電連接器的工作環境溫度。高温会破坏缘材料,引起絕緣電阻和耐壓性能降低;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。通常的環境溫度为 -55~100 ℃ 特殊场合下可能要求更高。
潮濕
   相对湿度大于 80% ,是引起电击穿的要原因。潮濕环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸收和扩散,容易使絕緣電阻降低到 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電連接器,常常要考虑潮濕、水渗和污染的环境条件,这种情况下应选用密封電連接器。对于水密、尘密型電連接器一般采用 GB4208 的外壳防护等级来表示。
溫度急變
  湿度急变试验是模拟使用電連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、探测器環境溫度急剧变化的情况。溫度急變可能使绝缘材料裂纹或起层。
大氣壓力
   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,耐壓性能下降,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電連接器时,必须降额使用。在低气压下推荐的电压降额系数见表 2 。
腐蝕環境
   根据電連接器的不同使用腐蝕環境,选用相应金属、塑料、镀层结构的電連接器,像在盐雾环境下使用的電連接器,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電連接器。在潮热地区,霉菌也是重要问题。
端接方式
  端接方式是指電連接器的接触对与电线或电缆的連接方式。合理选择端接方式和正确使用端接技术,也是使用和选择電連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。因此对電連接器来说,重要的是可焊性。電連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。
壓接
   壓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。好的壓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壓接连接比锡焊好,特别是在大电流场合必须使用壓接。壓接时须采用专用壓接钳或自动、半自动壓接机。应根据导线截面,正确选用接触对的导线筒。要注意的是壓接连接是永久性连接,只能使用一次。
繞接
   繞接是将导线直接缠绕在带棱角的接触件繞接柱上。繞接时,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繞接柱的棱角处,以形成气密性接触。繞接导线有几个要求:导线直径的标称值应在 0.25mm~1.0mm 范围内;导线直径不大于 0.5mm 时,导体材料的延伸率不小于 15% ;导线直径大于 0.5mm 时,导体材料的延伸率不小于 20% 。繞接的工具包括绕枪和固定式繞接机。
刺破接連
   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電連接器中。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,依靠電連接器的 “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,从而使电缆导体和電連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。
螺釘連接
  螺釘連接是采用螺钉式接线端子的連接方式,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。
 
 
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