电连接测试：1930年到今天的智能紧固系统

👉 精准测量，助力高性能电气连接

在电气设备中，螺栓连接是最常见也最容易被忽视的环节之一。无论是低温制冷机、新能源汽车电池包，还是高压输配电系统，螺栓连接的电阻性能直接影响到系统的能效、稳定性与寿命。

特别是新能源汽车高电压，大电流，如果出现螺栓连接电阻较大，容易出现虚接发热，引起火灾等安全问题。 

早在1930年，美国国家标准局的 Wenner、Nusbaum 和 Cruickshanks 就已发表了对螺母与螺栓间接触电阻的经典研究。他们比较了不同材料（铜、黄铜、青铜、钢）和不同螺纹类型（美国国家标准螺纹与Dardelet螺纹）下的接触电阻，得出几个至今仍具指导意义的结论：

• 接触电阻随螺栓应力增大而下降，并在接近材料屈服点时趋于稳定

• Dardelet螺纹的接触电阻仅为国家标准螺纹的1/4

• 材料的导电性与表面处理对接触电阻影响显著

这些发现在近一个世纪后的今天，依然在航空航天、低温物理、电动汽车等领域发挥着重要作用。

在2014年发表的研究《Electrical Conductance of Bolted Copper Joints for Cryogenic Applications》中，研究人员系统性地研究了在液氦温度（4.2K）下螺栓连接铜接头的电导性能。他们发现：

• 接触电阻与施加的压力成反比，符合 (R \与 1/F) 的关系

• M4螺栓在约2.5 Nm扭矩下（对应约3000 N压力）可实现约200 μΩ的接触电阻

• 表面清洁（酸洗+400目砂纸）对降低电阻有显著效果，而适量润滑脂影响不大

• 银或镀金处理可将接触电阻进一步降低至约50 nΩ

通过表面打磨等可以降低接触电阻，主要原因是特别铝合金材料容易出现铝表面氧化，容易增加接触电阻，通过砂纸打磨或采用特殊的接触元件以后，容易通过这个零件刺穿铜排，这样接触电阻可以更小。

或者采用这样的形式，采用这种专利设计，消除了对固定铜排和孔眼的螺栓进行扭矩控制的需求。一方面，由于安装过程更简单，从而降低了安装成本和周期时间；另一方面，它还支持潜在的自动化装配需求。

• 不会因扭矩问题而导致质量变化

• 不存在因振动和热膨胀导致的长期松动风险

这些不同类型的连接器具有良好的导电性、极低的插拔力和滑动力，以及抗腐蚀性的特点。直条弹簧片原理保证了在较大的温度范围内具有持续的低接触电阻、极高的插拔次数和高可靠性。

优势

• 高达 150 万次的高水平插拔和滑动次数

• 高抗腐蚀性

该设计通过一个附加组件将电气和机械功能相分离。每个单独的页片都被压接在第二元件即不锈钢带上因此，两个功能都得到了优化，从而实现了非常高的电流容量以及出色的机械性能。这些类型连接器是专为高要求而设计的，例如输配电系统中的大电流应用。

 优势

• 高功率密度，可帮助打造节省空间和成本的连接解决方案

• 实现了连接器设计的高公差补偿和灵活性

• 高插拔和滑动寿命

应用

• 输配电 (PTD) 等应用中的大电流连接器

• 断路器、隔离开关和母线连接器

• 插拔、滑动和旋转连接

• 圆形、球形、平面和叉形连接

• 静态和动态连接

• 电力电子设备和能源存储

这些结论为低温制冷机、核磁共振仪、量子计算设备等高精尖系统的热管理设计提供了关键数据。

随着工业设备对电气性能要求的提高，对螺栓连接电阻的实时、精准测量成为可能。

上海兹懋仪器科技有限公司推出的欧姆箱电连接测试系统，正是基于四线制测量原理，结合高精度数据采集与控制技术，实现对螺栓连接电阻的动态监测与分析。

测试原理：

•通过欧姆箱的 1、2端口 对被测端子施加恒定电流（如1A）

•通过 3、4端口 采集端子两端的电压

•依据 R=U/I 计算实时电阻值

应用场景：

•新能源汽车：电池包螺栓连接、母线排连接；

•电力设备：断路器、隔离开关接触电阻检测；

•工业制造：焊接螺母、电镀层下的连接可靠性评估。

在实际测试中，我们发现：在螺栓达到设计扭矩之前，接头电阻已趋于稳定，这意味着通过精准的扭矩控制，可以在不损伤部件的前提下实现最优的电连接性能。通过该设备可以边拧紧边测试接触电阻，便于更好的确定拧紧扭矩和拧紧工艺。

传统螺栓装配依赖扭矩控制，但扭矩并不能直接反映轴向预紧力，更无法表征接触电阻。随着材料、涂层、润滑条件的变化，同一扭矩下的电阻性能可能差异显著。

兹懋智慧紧固系统将：

• 实时测量电阻，判断连接是否到位

• 记录扭矩-电阻曲线，建立工艺数据库

• 结合温度、振动等环境数据，实现预测性维护

这正是我们正在推动的正向设计-工艺验证-服役监测全生命周期管理理念的体现。

从1930年的螺纹研究，到今天的智能电连接测试系统，我们对"螺栓连接"的理解已从机械连接走向机电一体化系统。

精准测量、数据驱动、智能反馈，正在成为下一代工业连接技术的核心，特别是电连接的核心技术，用于精确的制定合适的螺栓拧紧扭矩工艺。

如果你也在为接触电阻、连接可靠性等问题困扰，欢迎联系我们一起探讨，共同打造更可靠、更高效的电连接解决方案。

本文参考资料：

•Wenner et al., "Note on the Electrical Resistance of Contacts between Nuts and Bolts" (1930)

•Blondelle et al., "Electrical Conductance of Bolted Copper Joints for Cryogenic Applications" (2014)