電連接器的選擇方法

電連接器的選擇方法
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　連接器是連接電氣線路的機(jī)電元件。因此連接器自身的電氣參數(shù)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(gè)重要方面。

引言
　　電連接器（以下簡稱連接器）也可稱插頭座，廣泛應(yīng)用于各種電氣線路中，起著連接或斷開電路的作用。提高連接器的可靠性首先是制造廠的責(zé)任。但由于連接器的種類繁多，應(yīng)用范圍廣泛，因此，正確選擇連接器也是提高連接器可靠性的一個(gè)重要方面。只有通過制造者和使用者雙方共同努力，才能最大限度的發(fā)揮連接器應(yīng)有的功能。
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　　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，有印制板用連接器，機(jī)柜用連接器，音響設(shè)備用連接器，電源連接器，特殊用途連接器等等。下面主要論述低頻連接器（頻率為3MHZ以下）的選擇方法。

電氣參數(shù)要求
　　連接器是連接電氣線路的機(jī)電元件。因此連接器自身的電氣參數(shù)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，它主要取決于連機(jī)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于其額定電壓時(shí)，可能不能完成其應(yīng)有的功能。連接器的額定電壓事實(shí)上應(yīng)理解為生產(chǎn)廠推薦的最高工作電壓。原則上說，連接器在低于額定電壓下都能正常工作。筆者傾向于根據(jù)連接器的耐壓（抗電強(qiáng)度）指標(biāo)，按照使用環(huán)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(biāo)，根據(jù)不同的使用環(huán)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，在低于額定電流情況下，連接器一般都能正常工作。在連接器的設(shè)計(jì)過程中，是通過對連接器的熱設(shè)計(jì)來滿足額定電流要求的，因?yàn)樵诮佑|對有電流流過時(shí)，由于存在導(dǎo)體電阻和接觸電阻，接觸對將會(huì)發(fā)熱。當(dāng)其發(fā)熱超過一定極限時(shí)，將破壞連接器的絕緣和形成接觸對表面鍍層的軟化，造成故障。因此，要限制額定電流，事實(shí)上要限制連接器內(nèi)部的溫升不超過設(shè)計(jì)的規(guī)定值。在選擇時(shí)要注意的問題是：對多芯連接器而言，額定電流必須降額使用。這在大電流的場合更應(yīng)引起重視，例如φ3.5mm接觸對，一般規(guī)定其額定電流為50A，但在5芯時(shí)要降額33％使用，也就是每芯的額定電流只有38A，芯數(shù)越多，降額幅度越大。降額幅度可參看表1
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接觸電阻
　　接觸電阻是指兩個(gè)接觸導(dǎo)體在接觸部分產(chǎn)生的電阻。在選用時(shí)要注意到兩個(gè)問題，第一，連接器的接觸電阻指標(biāo)事實(shí)上是接觸對電阻，它包括接觸電阻和接觸對導(dǎo)體電阻。通常導(dǎo)體電阻較小，因此接觸對電阻在很多技術(shù)規(guī)范中被稱為接觸電阻。第二，在連接小信號的電路中，要注意給出的接觸電阻指標(biāo)是在什么條件下測試的，因?yàn)榻佑|表面會(huì)附則氧化層，油污或其他污染物，兩接觸件表面會(huì)產(chǎn)生膜層電阻。在膜層厚度增加時(shí)，電阻迅速增大，是膜層成為不良導(dǎo)體。但是，膜層在高接觸壓力下會(huì)發(fā)生機(jī)械擊穿，或在高電壓，大電流下會(huì)發(fā)生電擊穿。對某些小體積的連接器設(shè)計(jì)的接觸壓力相當(dāng)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(shè)備用機(jī)電元件基本試驗(yàn)規(guī)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(guī)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(dòng)勢的直流或交流峰值應(yīng)不大于20mV，直流或交流試驗(yàn)電流應(yīng)不大于100mA。事實(shí)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(biāo)的連接器。

屏蔽性
　　在現(xiàn)代電氣電子設(shè)備中，元器件的密度以及它們之間相關(guān)功能的日益增加，對電磁干擾提出了嚴(yán)格的限制。所以連接器往往用金屬殼體封閉起來，以阻止內(nèi)部電磁能輻射或受到外界電磁場的干擾。在低頻時(shí)，只有磁性材料才能對磁場起明顯屏蔽作用。此時(shí)，對金屬外殼的電連續(xù)性有一定的規(guī)定，也就是外殼接觸電阻。
安全參數(shù)

絕緣電阻
　　絕緣電阻是指在連接器的絕緣部分施加電壓，從而使絕緣部分的表面內(nèi)或表面上產(chǎn)生漏電流而呈現(xiàn)出的電阻值。它主要受絕緣材料，溫度，濕度，污損等因素的影響。連接器樣本上提供的絕緣電阻值一般都是在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的指標(biāo)值，在某些環(huán)境條件下，絕緣電阻值會(huì)有不用程度的下降。另外要注意絕緣電阻的試驗(yàn)電壓值。根據(jù)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(jié)果。在連接器的試驗(yàn)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(guī)定時(shí)間內(nèi)所能承受的比額定電壓更高而不產(chǎn)生擊穿現(xiàn)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(huán)境溫度和濕度，大氣壓力的影響。
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燃燒性
任何連接器在工作時(shí)都離不開電流，這就存在起火的危險(xiǎn)性。因此對連接器不僅要求能防止引燃，還要求在一旦引燃和起火時(shí)，能在短時(shí)間內(nèi)自滅。在選用時(shí)要注意選擇采用阻燃型，自熄性絕緣材料的電連接器。

機(jī)械參數(shù)
單腳分離力和總分離力
　　連接器中接觸壓力是一個(gè)重要指標(biāo)，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(shù)結(jié)構(gòu)中，直接測量接觸壓力是相當(dāng)困難的。因此，往往通過單腳分離力來間接測算接觸壓力。對于圓形針孔接觸對，通常是用有規(guī)定重量砝碼的標(biāo)準(zhǔn)插針來檢驗(yàn)陰接觸件夾持砝碼的能力，一般其標(biāo)準(zhǔn)插針的直徑是陽接觸件直徑的下限取－5μm?？偡蛛x力一般是單腳分離力上線之和的兩倍?？偡蛛x力超過50N時(shí)，用人工插拔已經(jīng)相當(dāng)困難了。當(dāng)然，對一些測試設(shè)備或某些特殊要求的場合，可選用零插拔力連接器，自動(dòng)脫落連接器等等。

機(jī)械壽命
　　連接器的機(jī)械壽命是指插拔壽命，通常規(guī)定為500～1000次。在達(dá)到此規(guī)定的機(jī)械壽命時(shí)，連接器的接觸電阻，絕緣電阻和耐壓等指標(biāo)不應(yīng)超過規(guī)定的值。嚴(yán)格的說，現(xiàn)在的機(jī)械壽命是一種模糊的概念。機(jī)械壽命應(yīng)該與時(shí)間有一定的關(guān)系，10年用完500次與1年用完500次，顯然其情況是不一樣的。只不過目前還沒有一種更經(jīng)濟(jì)，更科學(xué)的方法來衡量。

接觸對數(shù)目和針孔性
　　首選可根據(jù)電路的需要來選擇接觸對的數(shù)目，同時(shí)要考慮連接器的體積和總分離力的大小。接觸對數(shù)目多，當(dāng)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，可采用兩對接觸對并聯(lián)的方法來提高連接的可靠性。
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(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)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?yàn)檠b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(dòng)、沖擊、碰撞
　　主要考慮連接器在規(guī)定頻率和加速度條件下振動(dòng)、沖擊、碰撞時(shí)的接觸對的電連續(xù)性。接觸對在此動(dòng)態(tài)應(yīng)力情況下會(huì)發(fā)生瞬時(shí)斷路的現(xiàn)象。規(guī)定的瞬斷時(shí)間一般有1μs、10μs、100μs、1ms和10ms。要注意的是如何判斷接觸對發(fā)生瞬斷故障?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，當(dāng)閉合接觸對（觸點(diǎn)）兩端電壓降超過電源電動(dòng)勢的50%時(shí)，可判定閉合接觸對（觸點(diǎn)）發(fā)生故障。也就是說判斷是否發(fā)生瞬斷有兩個(gè)條件：持續(xù)時(shí)間和電壓降，兩者缺一不可。

連接方式
　　連接器一般由插頭和插座組成，其中插頭也稱自由端連接器，插座也稱固定連接器。通過插頭、插座和插合和分離來實(shí)現(xiàn)電路的連接和斷開，因此就產(chǎn)生了插頭和插座的各種連接方式。對圓形連接器來說，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、制造成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但連接速度較慢不適宜于需頻繁插拔和快速接連的場合。卡口式連接由于其三條卡口槽的導(dǎo)程較長，因此連接的速度較快，但它制造較復(fù)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只需進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)連接、分離和鎖緊的功能。由于它屬于直推拉式連接方式，所以僅適用于總分離力不大的連接器。一般在小型連接器中較常見。

安裝方式和外形
　　連接器的安裝有前安裝和后安裝，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連接器，即所謂中繼連接器。
連接器的外形千變?nèi)f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面加以選擇，對在面板上使用的連接器還要從美觀、造型、顏色等方面加以選擇。

環(huán)境參數(shù)
　　環(huán)境參數(shù)主要有環(huán)境溫度、濕度、溫度急變、大氣壓力和腐蝕環(huán)境等。連接器在使用和保管、運(yùn)輸過程中所處的環(huán)境對其性能有顯著的影響，所以必須根據(jù)實(shí)際的環(huán)境條件選用相應(yīng)的連接器。

環(huán)境溫度
　　連接器的金屬材料和絕緣材料決定著連接器的工作環(huán)境溫度。高溫會(huì)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(fā)生鍍層變質(zhì)。通常的環(huán)境溫度為-55~100℃特殊場合下可能要求更高。

潮濕
　　相對濕度大于80%，是引起電擊穿的要原因。潮濕環(huán)境引起水蒸氣在絕緣體表面的吸收和擴(kuò)散，容易使絕緣電阻降低到MΩ級以下，長期處在高濕環(huán)境下，會(huì)引起物理變形，分解、逸出生成物，產(chǎn)生呼吸效應(yīng)及電解、腐蝕和裂紋。特別是在設(shè)備外部的連接器，常常要考慮潮濕、水滲和污染的環(huán)境條件，這種情況下應(yīng)選用密封連接器。對于水密、塵密型連接器一般采用GB4208的外殼防護(hù)等級來表示。

溫度急變
　　濕度急變試驗(yàn)是模擬使用連接器設(shè)備在寒冷的環(huán)境轉(zhuǎn)入溫暖環(huán)境的實(shí)際使用情況，或者模擬空間飛行器、探測器環(huán)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，塑料放出氣體污染接觸對，并使電暈產(chǎn)生的趨勢增加，耐壓性能下降，使電路產(chǎn)生短路故障。在高空達(dá)到某一定值時(shí)，塑料性能變差。因此在高空使用非密封連接器時(shí)，必須降額使用。在低氣壓下推薦的電壓降額系數(shù)見表2。

腐蝕環(huán)境
　　根據(jù)連接器的不同使用腐蝕環(huán)境，選用相應(yīng)金屬、塑料、鍍層結(jié)構(gòu)的連接器，像在鹽霧環(huán)境下使用的連接器，如果沒有防腐的金屬表面，會(huì)使性能迅速惡化。在含有相當(dāng)濃度的SO2環(huán)境中，不宜使用鍍銀接觸對的連接器。在潮熱地區(qū)，霉菌也是重要問題。

端接方式
　　端接方式是指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(shù)，也是使用和選擇連接器的一個(gè)重要方面。

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面之間應(yīng)形成金屬的連續(xù)性。因此對連接器來說，重要的是可焊性。連接器焊接端最常見的鍍層是錫合金、銀和金?；善浇佑|對常見的焊接端有焊片式、沖眼焊片式和缺口焊片式：針孔式接觸對常見焊接端有鉆孔圓弧缺口式。

壓接
　　壓接是為使金屬在規(guī)定的限度內(nèi)壓縮和位移并將導(dǎo)線連接到接觸對上的一種技術(shù)。好的壓接連接能產(chǎn)生金屬互熔流動(dòng)，使導(dǎo)線和接觸對材料對稱變形。這種連接類似于冷焊連接，能得到較好的機(jī)械強(qiáng)度和電連續(xù)性，它能承受更惡劣的環(huán)境條件。目前普遍認(rèn)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(shí)須采用專用壓接鉗或自動(dòng)、半自動(dòng)壓接機(jī)。應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線截面，正確選用接觸對的導(dǎo)線筒。要注意的是壓接連接是永久性連接，只能使用一次。

繞接
　　繞接是將導(dǎo)線直接纏繞在帶棱角的接觸件繞接柱上。繞接時(shí)，導(dǎo)線在張力受到控制的情況下進(jìn)行纏繞，壓入并固定在接觸件繞接柱的棱角處，以形成氣密性接觸。繞接導(dǎo)線有幾個(gè)要求：導(dǎo)線直徑的標(biāo)稱值應(yīng)在0.25mm~1.0mm范圍內(nèi)；導(dǎo)線直徑不大于0.5mm時(shí)，導(dǎo)體材料的延伸率不小于15%；導(dǎo)線直徑大于0.5mm時(shí)，導(dǎo)體材料的延伸率不小于20%。繞接的工具包括繞槍和固定式繞接機(jī)。

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(fā)明的一種新穎端技術(shù)，具有可靠性高、成本低、使用方便等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各種印制板用連接器中。它適用于帶狀電纜的連接。連接時(shí)不需要?jiǎng)內(nèi)ル娎|的絕緣層，依靠連接器的“U”字形接觸簧片的尖端刺入絕緣層中，使電纜的導(dǎo)體滑進(jìn)接觸簧片的槽中并被夾持住，從而使電纜導(dǎo)體和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(guī)定線規(guī)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(dǎo)線的最大和最小截面和不同規(guī)格螺釘允許的最大擰緊力矩。

結(jié)束語
　　以上從電氣參數(shù)、安全參數(shù)、機(jī)械參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和端接方式等方面論述了連接器的選擇方法，但由于連接器種類繁多，以上論述難免顧此失彼，有些觀點(diǎn)也不一定正確、全面。希望有關(guān)連接器的生產(chǎn)廠和使用廠都能重視連接器的選擇和使用工作。
芯數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 >15
減率 100 94.3? 88.6? 82.9? 77.1? 71.4? 65.7? 60? 54.3? 48.6? 42.9? 37.1? 31.4? 25.7 20
　
高度h/m? 壓力p/102Pa? 減率
大于? 不大于? 小于? 不小于?
--? 2000? --? 795? 1
2000? 3000? 795? 700? 0.74
3000? 4000? 700? 620? 0.67
4000? 5000? 620? 540? 0.61
5000? 6000? 540? 470? 0.51
6000? 7000? 470? 410? 0.44
7000? 8000? 410? 355? 0.38
8000? 9000? 355? 305? 0.33
9000? 10000? 305? 265? 0.30