超低速分合条件下镀金触点材料电接触特性的实验研究

摘要

电接触特性是决定微小型继电器电寿命与可靠性的关键所在，精密观测电器分合过程中电粘接和金属桥物理现象是相关研究的基础。为确定该类继电器的电接触失效模式与失效机理，本文以所开发的触点材料电接触特性测试分析系统为基础，针对镀金触点在超低速分合条件下的电接触过程展开了详细的实验研究，全面地分析并阐释了触点运动条件和电负载条件对电接触特性的影响。
　　首先，提出并设计了一种新型触点材料电接触特性测试分析系统。该系统以手动滑台和光学面包板作为三维位置调整机构，以压电陶瓷电机、直线光栅尺和高精密滑台等构成致动单元。同时系统集成了微牛级力传感器、微安级恒流源与纳伏级电压表等测量采集单元，实现了电机位置、接触力、接触电压等信号的实时同步采集，开发的LabVIEW软件程序具有控制运动、数据读取与保存的功能。
　　其次，实验研究了分合速度范围为50~150nm/s、负载电压范围为5~25V、电流范围为0.2~1A条件下镀金触点表面出现的电粘接现象。根据实验数据分析了触点闭合、分断过程中电流负载有无条件对电粘接的影响，以此确定了触点发生熔融相变的发生条件。在此基础上研究了触点闭合过程中接触力的变化规律，并讨论了动态过程参数与粘接力的关系。建立了粘接断裂时的接触电阻与粘接力之间的数学模型，并借助该模型分析确定了粘接电阻的主要成分。
　　再次，实验研究了分合速度范围为25~150nm/s、负载电压范围为5~25V、电流范围为0.2~1A条件下镀金触点表面出现的金属桥现象。根据实验结果分析了金属桥阶段接触电压变化的一般规律，在此基础上提出了多斑点反复竞争熔化的物理模型，并通过分析接触力的变化规律验证了该模型的正确性。实验还研究了分断速度和负载电流等因素对金属桥作用距离与作用时间的影响。
　　最后，实验研究了恒电流50mA与恒速150nm/s条件下镀金触点柔性加载时电接触的建立过程。分析了电接触完全建立前，且接触间距小于临界距离时触点间发生周期碰撞的原因，进而分析了碰撞周期和占空比的变化规律，确定了临界距离与应变系数、触点接触面积的关系。
　　本文所开发的电接触特性测试分析系统可为触点材料表征与评价提供实验平台，所得的研究成果可为微小型继电器中触点材料电接触失效分析提供依据。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1课题的来源及研究的目的和意义

1.2国内外相关研究现状及分析

1.3本文主要研究内容

第2章 新型触点材料电接触特性测试分析系统的设计

2.1引言

2.2系统总体方案设计

2.3机械系统设计

2.4测量与控制系统设计

2.5本章小结

第3章 镀金触点材料表面电粘接现象的实验研究

3.1引言

3.2实验条件

3.3粘接力与负载条件的关系

3.4粘接力与闭合过程接触力的关系

3.5粘接力与粘接电阻的关系

3.6本章小结

第4章 镀金触点材料金属桥现象的实验研究

4.1引言

4.2实验条件

4.3典型金属桥变化过程

4.4金属桥的接触力

4.5金属桥的影响因素

4.6本章小结

第5章 镀金触点材料电接触建立过程的实验研究

5.1引言

5.2实验条件

5.3典型电接触建立过程

5.4电接触建立过程机理分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

声明

致谢