电连接器产品样本的编写原则

2013-03-05周永华

机电元件 2013年6期

周永华

(上海新风仪表接插件有限公司，上海200241)

1 引言

电连接器作为一种重要的机电元件之一，广泛应用于工业、军事、航空航天、汽车、轨道交通等领域，对电子、电气设备的可靠性起着重要的作用。提高电连接器的可靠性不仅是制造厂商的责任，正确选择和使用电连接器也是提高可靠性的重要一方面。电连接器的型号、规格、品种繁多，用户根据实际需要，正确地选择电连接器是一个困难而复杂的过程。用户首次选择型号，往往是从电连接器厂商编写的产品样本着手，反复比较、思考、理解，最终定型号。因此，电连接器产品样本应该从使用方角度出发，也就是立足于用户，尽可能提供本产品的真实、有效、完整、实用的信息显得尤为重要。综观目前电连接器的产品样本，往往显得过分简单，缺少重要的信息，类似于产品广告。

2 电连接器产品样本编写的一般原则

2.1 样本应采用我国法定计量单位

电连接器有许多技术性能指标和尺寸，使用我国法定计量单位便于用户阅读好比较。电连接器常用计量单位见表1。

我国采用的法定计量单位可查阅GB3101和GB3102。

2.2 样本应该采用规范的名词术语

电连接器具有型号复杂，品种繁多的特点，在编写产品样本时，有必要采用规范的名词术语，便于用户阅读和理解，也便于同用户沟通和交流。

电连接器的名词术语可参照国家标准GB/T13965——2010“仪表元器件术语”中的连接器章节和GB/T4210——2001“电子设备用机电元件名词术语”。

电连接器常用品种的名词术语见表2;

电连接器常用零件的名词术语见表3;

电连接器常用结构、附件和使用的名词术语见表4;

电连接器常用性能参数的名词术语见表5。

(表2～表5的分类是作者进行的分类，便于读者阅读。

表1 电连接器的常用计量单位

表2 电连接器常用品种的名词术语

表3 电连接器常用零件的名词术语

表4 电连接器常用结构、附件和使用的名词术语

表5 电连接器常用性能参数的名词术语

3 产品的主要技术性能指标

电连接器的用户要从大量的连接器中选择出符号一系列要求的连接器，不是一件简单容易的工作。如往往需要考虑连接器的外形大小，结构绝缘材料类别，接触件的金属材料及表面镀层类别以及端接技术方法等等，都直接与电子或电气系统的留出空间、性能要求和互连要求有关。然而，目前互连技术虽然已经发展成高技术，但连接器的选择并不需要特殊的技能，只需要彻底了解连接器厂商提供的产品样本，并从一些基本的技术性能指标出发，选择出适用的连接器。对连接器的厂商来说，在产品样本中提供完整的技术性能指标显得尤为重要。

连接器的技术性能指标主要可分为环境参数要求、电气参数要求、机械参数要求、端接技术要求和连接器的材料、电镀类别等。

3.1 环境参数要求

连接器在使用和运输过程中所处的环境对其性能有显著影响，用户要根据预期的环境条件选用相应的连接器，所以连接器的产品样本要给出环境参数。主要的环境参数包括:

环境温度——由连接器中的金属材料和绝缘材料决定着连接器的工作环境温度。高温会引起大多数绝缘材料不可逆的破坏，绝缘电阻降低。对于金属材料而言，高温可加速氧化并引起镀层变质。在极低的温度下，也可能引起绝缘体裂纹和起层。连接器通常的环境温度为－55℃至120℃，特殊情况下内要求更高。

潮湿或水——用于设备外部或室外的连接器，常常要考虑潮湿、水渗和污染的环境条件。大于80%的相对湿度是引起电击穿的主要原因。潮湿环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸收和扩散，容易使绝缘电阻降到兆欧级以下，引起高电位失效。长期处在高湿环境下，会引起材料的物理变形、分解，产生电解、腐蚀及裂纹。有防护要求的连接器要按国标规定防护等级。

大气压——在空气稀薄的高空，连接器的塑料材料会释放出气体污染密封元件，使耐压性能下降。在真空中，某些镀层会退镀，使连接器产生短路。所以在高空中使用非密封连接器时，必须减额电压使用。通常连接器在高空中耐压降额系数见表6。

表6 连接器在高空中耐压降额系数

腐蚀环境——根据连接器的不同使用腐蚀环境，选用由相应金属、塑料、镀层结构的连接器。如在海洋环境中使用的连接器，其外壳、接触件表面没有合适的表面处理，会使连接器性能迅速恶化。一般48小时盐雾试验即可使用户对连接器的使用寿命有所了解。霉菌也是一个重要问题，在湿热环境下霉菌或细菌会使连接器的材料腐蚀变质，性能恶化。

液体浸渍——连接器在各种液体中的浸渍试验表明连接器的材料是否与各种燃油和润滑液体相溶以及是否与材料起化学反应而降低连接器的性能。

表7 额定电流降额系数

3.2 电气参数要求

用户在选择连接器时，首先要考虑电压和电流的要求，并根据连接器要用于低电平电路还是电源电路，尤其是用于弱电流低电压情况下，由于不能穿透氧化层，所以选择接触件镀层不易氧化的连接器。主要的电气参数包括:

接触电阻——阴接触件与阳接触件配合接触而形成的电阻。在低阻抗电路中，连接器是串联在电路中，接触电阻是关键参数，在产品样本中要说明接触电阻的测试方法。而在大电流的应用中，由于接触电阻的存在，使连接器产生热量，如果热量超过一定的程度，将损害连接器的性能。接触电阻的大小与接触面积紧密相关，产品样本应根据接触件的具体结构、尺寸分别给出接触电阻值。

额定电流——允许最大电流流过接触件的电流。额定电流受连接器接触件截面积和端接的导线截面积、接触件数量等限制。产品样本中要明确电流的性质。对于多芯连接器，要明确额定电流的降额系数。如某连接器的额定电流降额系数见表7

额定电压——取决于连接器的接触件间距和爬电距离及绝缘材料，包括使用环境的污染程度。笔者倾向于在选择时结合连接器的耐压指标综合考虑。同样产品样本中要明确电压的性质。

耐压——连接器在规定的电压、时间和环境下无击穿和飞弧现象。要指出的是产品样本中要明确电压的性质、试验时间。除了常态下的耐压外，还需明确连接器在高温、低温、潮湿、低气压等特殊环境条件下的耐压。

温升——连接器在规定的环境温度、电流下，接触件的温度升高情况。在大电流的情况下温升指标尤其重要。

绝缘电阻——在规定的环境条件和测试电压下连接器的相邻接触件之间以及接触件与外壳之间的绝缘性能。在产品样本中要明确测试电压值和性质。除了常态条件下的绝缘电阻外，还需明确连接器在高温、低温、潮湿等环境条件下的绝缘电阻。

接触件间电容——连接器在高频电路中使用时，这是很重要的参数。

电连续性——连接器外壳的导电性能。这在接地连接器和屏蔽连接器中是重要的参数。

电磁干扰——是屏蔽连接器的屏蔽效果参数。

3.3 机械参数要求

可用连接器的空间及连接器的尺寸限定都是很重要的。前者给连接器制造者一种限制，需要按这种限制设计制造;而后者给用户一个限制，也即按连接器的尺寸限定所设计的产品，可能超出用户所允许的尺寸。设计限制中接触件间距是很重要的因素。接触件间距的大小一方面影响到牢固性，另一方面关系到耐压指标。用户在选用连接器时除了考虑连接器所占据的空间和尺寸限度外，通常还需考虑下列机械参数:

机械寿命——如果插合和分离的次数少，可采用低成本的冲制接触件。

插入和拔出力——连接器的单脚插入和拔出力的大小影响着接触电阻、接触可靠性和机械寿命。连接器厂商在设计时进行了综合考虑。连接器的总插入和拔出力主要是由单脚插入和拔出力组成，其大小直接影响连接器的操作方便性，当连接器的总插入和拔出力小于45N时，可用手进行插入或拔出;而高于45N时，需要借助于机械工具来进行插入或拔出。连接器使用的空间大小决定了是用手还是用机械工具完成插入或拔出连接器。产品样本中应该分别明确连接器的单脚插入和拔出力、连接器的总插入和拔出力。

接触件芯数和排列——接触件芯数影响连接器的总插入和拔出力，也是用户根据电路回路选择连接器的主要因素。接触件的排列影响着用户的接线和技术文件的编制。产品样本中应明确列出接触件的排列和接线编号，要注意的是标出的接线编号是从哪个方向看的，是插合面还是接线面的视图。

振动、冲击、碰撞、离心－－用户根据预期的振动、冲击等要求选择相应的连接器。振动、冲击等加剧会引起连接器的接触件瞬间断电，绝缘安装板产生裂纹、导线与接触件连接处断裂，甚至引起连接器分离，尤其在谐振频率时更为剧烈。为了真实地模拟这种环境条件，连接器的例行试验一般都包括振动、冲击、碰撞和离心。需要注意的是在连接器的产品样本中必须明确在振动、冲击、碰撞和离心条件下连接器的瞬断指标，一般瞬断时间(接触故障)优选值为1μs、10μs、100μs、1ms和 10ms。

3.4 端接技术要求

端接的成本，所需的劳动量及需要的人员技能决定着所要选用的端接形式。端接时还要考虑到修理及变形，以及可能使总电阻超过允许范围的端接附加电阻等问题。基本的端接形式有五种:锡焊、压接、绕接、绝缘刺破和接线螺钉。

锡焊连接——锡焊连接最重要的要求是在锡焊料与被焊接的表面间形成金属的连续性。连接器的产品样本中应给出适合的导线截面积范围、导线的剥皮长度、允许采用的焊剂和清洗剂类型，最重要的是要给出推荐焊接的温度和时间范围，过高的焊接温度和时间不但会影响锡焊的质量，还可能造成连接器的绝缘材料变形甚至融化，造成连接器性能的破坏。

压接连接——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件上的一种技术。这种连接类似于冷焊连接，有良好的机械强度和电连续性。压接可以采用手动工具、电动工具或自动压接机来完成。连接器的产品样本中应给出适合的导线截面积范围、导线的剥皮长度、推荐的压痕形状和压接深度。必要时还应给出压接后的张力试验、毫伏压降试验和外观检查的要求和方法。

绕接连接——绕接连接是将导线直接缠绕在带棱角的绕接柱上形成的。在绕接时控制张力绕接几圈导线，压入和固定在绕接柱的棱角上以形成气密性。连接器的产品样本上应给出适合的导线和导线截面积范围、导线的剥皮长度、绕接工具和退绕工具的要求、绕接的最少匝数。必要时还应给出绕接后的接触电阻、绕接柱自由振动和拉脱拉的试验要求和方法。

绝缘刺破连接——这种连接技术采用简单的工具将连接器连接在扁平电缆上，并使每一根导线中的导体与连接器中的接触件形成气紧密式接触连接。连接器的产品样本应给出适用的扁平电缆的规格，包括扁平电缆的厚度、中心距和导体的截面积。

螺钉连接——螺钉连接是通过螺纹提供的紧固力使导线与接触件形成紧密的接触。连接器的产品样本应给出适合的导线截面积范围、导线的剥皮长度和螺钉的扭矩。

4 产品外形尺寸及推荐安装尺寸

4.1 产品外形尺寸

产品外形尺寸是用户选择连接器受到的客观限制的最大因素。连接器的产品外形尺寸包括自由端连接器、固定端连接器和插合后的外形尺寸。目前许多连接器产品样本中标注的外形尺寸不全，如机柜连接器，除了长、宽(直径)、高的尺寸之外，还有装在机柜内的部分尺寸和露在外面的尺寸、适用电缆的外径尺寸等都是用户需要考虑的尺寸。较完整的标注如图1。

图1 外形尺寸的标注

4.2 推荐安装尺寸

连接器一般都需要安装，产品样本应给出安装尺寸，此尺寸应为推荐性尺寸。如在圆形连接器中，安装带有凸缘方盘的固定连接器，一般是用4个螺钉固定，假设是4个M3的螺钉，安装时开孔尺寸为 φ3.5，当然也可以高精度的 φ3.2。产品样本中的推荐安装尺寸要注意2个问题，一是对于中心距离类的尺寸必须给出公差范围，二是对于面板开孔类的尺寸应该略大于连接器的尺寸。