一、接触电阻的产生
图3－4(a)所示为一段完整的导体，通以电流I，用电压表测量出其AB长度上的电压降为U，则AB段导体的电阻为
如果将此导体截断，仍通以原来的电流，测得AB两点之间的电压降为UC[见图3－4(b)]， UC比U大得多，AB点之间的电阻为
RC除含有该段导体材料的电阻R外，还有附加电阻Rj，即
RC=R+Rj （3－1）
附加电阻为收缩电阻与表面膜电阻之和，是由于接触层之间直接产生的电阻，故称附加电阻Rj为接触电阻。动静触头接触时同样也存在接触电阻。
图3－5 电流线收缩
1．收缩电阻
接触处的表面无论经过多么细致的加工处理，从微观角度分析，其表面总是凹凸不平的，它们不是整个面积接触，而是只有若干小的突起部分相接触，如图3－5所示，实际接触面积比视在接触面积小得多。当电流通过实际接触面积时，电流只从接触点上通过，在这些接触点附近，迫使电流线发生收缩。由于有效接触面积(即实际接触面积)小于视在接触面积，由此产生的附加电阻称为收缩电阻。
2．表面膜电阻
由于种种原因，在触头的接触表面上覆盖着一层导电性很差的薄膜，例如金属的氧化物、硫化物等，其导电性很差，也可能是落在接触表面上的灰尘、污物或夹在接触面间的油膜、水膜等，由此而形成的附加电阻，称为表面膜电阻。
表面膜电阻的大小除和膜的种类有关外，还与薄膜的厚度有关，膜越厚，电阻越大。
接触电阻与触头材料、触头压力、接触面形式、表面和清洁状况等有关。由于膜电阻难于计算，故接触电阻可用经验公式计算，即
（3－2）
式中 Rj――触头接触电阻(Ω)；
F――触头压力(N)；
m――与触头接触形式有关的常数，对于点接触m=0.5，线接触m=0.5～0.7，面接触m=1；
K――与接触材料、接触表面加工方法、接触面状况有关的常数，见表3－1。
表3－1列出了当接触表面没有氧化层及污物时，各种触头材料的K值。
表3－1 各种触头材料的K值
|
触 头 材 料 |
K |
触 头 材 料 |
K |
|
铜一铜 |
(0.08～0.14)×10－3 |
铜一铝 |
0.98×10－3 |
|
黄铜一黄铜 |
0.67×10－3 |
铝一黄铜 |
1.9×10－3 |
|
铝一铝 |
(3～6.7)×10－3 |
铜一铜镀锡 |
(0.07～1)×10－3 |
|
黄铜一铜 |
0.38×10－3 |
银一银 |
0.06×1O－3 |
必须指出，式(3－2)的局限性很大，不能概括各种因素对接触电阻的影响。尤其是触头表面的氧化对K值的影响很大，在表3－1内只给出了触头表面未被氧化时的K值，至于氧化了的材料，其K值远远超过表3－1中给出的数值，它的接触电阻在很大范围内变化。所以，接触电阻的计算实际上是一个很复杂的问题，根据式(3－2)计算出的值只能作参考。在实际应用中，常采用测量接触压降的方法来实测接触电阻值。接触压降是指通过一定电流时，触头电接触处的电压降，即
（3－3）
式中 Uj――接触电压降(V)；
I――通过触头电接触处的电流(A)；
Rj――接触电阻(Ω)。
二、影响接触电阻的因素
影响接触电阻的因素有接触压力、触头材料、触头温度、触头表面情况、接触形式及化学腐蚀等。
1．接触压力的影响
接触压力对接触电阻的影响最大，当接触压力很小时，接触压力微小的变化都会使接触电阻值产生很大的波动。
由式(3－2)可知，触头接触电阻与接触压力近似双曲线关系，即接触电阻值在一定的压力范围内是随外施压力F的增大而减小的，如图3－6所示。这是因为在压力作用下，两表面接触处产生弹性变形，压力增大，变形增加，有效接触面积也增加，收缩电阻减小。而当压力达到一定值后，收缩电阻几乎不变，这是因为材料的弹性变形是有一定限度的，因而接触面积的增加也是有限的，故接触电阻不可能完全消除。
增大接触压力，可将氧化膜压碎，使膜电阻减小，但压力增大到一定程度后，膜电阻稳定在一个较小的数值。
图3－6 接触电阻与接触压力的关系
2．触头材料的影响
触头材料对接触电阻的影响主要决定于触头材料的电阻系数、材料的抗压强度、材料的化学性能等。
触头材料的电阻系数越低，接触电阻就越小。表3－2给出了电器中常用材料的电阻系数与铜的比较值(铜的电阻系数为1)。
表3－2 常用材料电阻系数与铜的比较
|
触头材料和它的覆盖层 |
ρk比较值 |
触头材料和它的覆盖层 |
ρk比较值 |
|---|---|---|---|
|
铜 |
1 |
钢 |
35 |
|
镀锡的铜 |
0.7 |
碳 |
1 000 |
|
搪锡的铜 |
2.0 |
黄铜一黄铜 |
4.0 |
|
镀银的铜 |
0.3 |
铜一黄铜 |
2.2 |
|
银 |
0.2 |
铜一铝 |
1.3 |
|
铝 |
2.5 |
铜一钢 |
7.0 |
银的电阻系数小于铜，但银比铜价格贵，所以常采用铜镀银或镶银的办法，以减小接触电阻。
材料的抗压强度越小，在同样接触压力下得到的实际接触面积就越大，接触电阻就越小。采用抗压强度小的材料可以使接触电阻降低，但由于触头本身需要一定的机械强度，因此常在接触连接处，用较软的金属覆盖在硬金属上，以获得较好的性能，例如铜触头搪锡等。
材料越易氧化，就越容易在表面形成氧化膜，如不设法清除，接触电阻就会显著增大。例如铝在常温下几秒钟内就会氧化，其氧化膜导电性很差，故铝一般只用作固定连接，而且常采用表面覆盖银、锡等方法以减小接触电阻。小容量触头常采用点接触的双断点桥式触头，其结构难以实现研磨过程来消除氧化膜，所以触头材料采用银或银基合金。因为银被氧化后的导电能力和纯银相差不多，所以银或镀银的触头工作很稳定。
3．触头温度的影响
触头的接触电阻与它本身的金属电阻一样，也受温度的影响，随着触头温度的升高，接触电阻增加。由试验得知，接触电阻与温度之间的关系式为
（3－4）
触头金属材料的电阻温度系数为，接触电阻的电阻温度系数为
，后者比前者小
，这是由于接触处温度升高后，材料硬度有所降低，使有效接触面积增大，以致在温度增加时，接触电阻的增加比金属材料电阻的增加要小一些，这种差别就用它们电阻系数的不同来表示。
应该指出，式(3－4)只对清洁的接触面才正确。实际上，因为温度升高会加剧氧化，所以，温度对接触电阻的影响还要大些。
图3－7表示在接触压力不变的情况下，接触电阻Rj与触头温度
的关系曲线。曲线1的接触压力比曲线2的接触压力小，故接触电阻大。
在B点以前，Rj与的关系由式(3－4)决定，接触电阻随温度的升高而增加。当温度达到B点时，为250～400℃，材料软化，实际接触面积增大，接触电阻有迅速减小的现象。这时，触头材料的机械强度突减，触头遭到破坏，这是不允许的，这种情况可能发生在触头通过较长时间短路电流的故障状态。
当材料的强度稳定下来后，接触电阻又随温度的增高而增大。当温度达到C点时，材料熔化，接触处就会熔焊在一起，触头难以分离，电器不能正常工作。因此，触头的温升不允许超过允许值。
图3－7 接触电阻与温度的关系
4．触头表面情况的影响
(1)触头表面加工方法的影响
表面粗糙度对接触电阻有一定的影响。接触表面可以粗加工，也可以精加工。至于采用哪种方式加工更好，要根据负荷大小、接触形式和用途而定。
对于大、中电流的触头表面，不要求精加工，最好用锉刀加工，接触面达
≤6.3～1.6即可，重要的是平整。两个平整而较粗糙的平面接触在一起，接触点数目较多且稳定，并能有效地清除氧化膜。相反，精加工的表面，当装配稍有歪斜时，接触点的数目显著减少。
对于某些小功率电器，触头电流小到毫安以下，为了保证Rj小而稳定，要求触头表面粗糙度越低越好。粗糙度低的触头不易受污染，也不易生成膜电阻。为了达到这样低的粗糙度，往往采用机械、电或化学抛光等工艺。
(2)触头表面氧化膜的影响
暴露在空气中的接触面(除铂和金外)都将产生氧化作用。空气中的铜触头在室温下(20～30℃)即开始氧化，但其氧化膜很薄，在触头彼此压紧的过程中就被破坏，故对接触电阻影响不大。当温度高于70℃时，铜触头氧化加剧，氧化铜的导电性能很差，使膜电阻急剧增加，因此，铜触头的允许温升都是很低的。银被氧化后的导电率与纯银差不多，所以银或镀银的触头工作很稳定。
为了减小接触面的氧化，可以将触头表面搪锡或镀银，以获得较稳定的接触电阻。
(3)触头表面清洁状况的影响
当触头的压力较小时，触头表面的清洁度对接触电阻影响较大，随着压力的增加，这种影响逐渐减小。
5．触头表面的电化学腐蚀
采用不同的金属作触头对时，由于两金属接触处有电位差，当湿度大时，在触头对的接触处会发生电解作用，引起触头的电化学腐蚀，使接触电阻增加。
常用金属材料的电化顺序是金(Au)、铂(Pｔ)、银(Aｇ)、铜(Cu)、氢(H)、锡(Sn)、镍(Ni)、镉(Cd)、铁(Fe)、铬(Cr)、锌(Zn)、铝(Al)。规定氢的电化电位为0，在它后面的金属具有不同的负电位(如Al的电化电位为－1.34V)，在它前面的金属具有不同的正电位(如Aｇ的电化电位为+0.8V)。选取触头对时，应取电化顺序中位置靠近的金属，以减小化学电势。例如不宜采用铝一铜、钢－铜做触头对。电镀层或涂层也要注意电化顺序。
三、减小接触电阻的方法
当电流通过闭合触头时，如果接触电阻过大，就会产生过大的附加损耗，使触头本身及周围的物体温度升高，加速绝缘材料的老化，使之寿命减少。触头的过度发热还会使触头表面加速氧化，而多数金属（除银外）氧化后产生高阻的氧化膜，使电阻增加。这样造成恶性循环。
为了避免触头超过允许温升，一方面要尽量减小接触电阻；另一方面应具有足够的触头散热面积。
根据接触电阻的形成原因，减小接触电阻一般可采用下列方法：
1．增加接触点数目。
选择适当的接触形式，用适当的方法加工接触表面，并在接触处加一定的压力，均可使接触点数目增加。
2．选择合适的材料。
采用本身电阻系数小，且不易氧化或氧化膜电阻较小的材料作为接触导体，或作为接触面的覆盖层。
3．触头在开闭过程中应具有研磨过程，以擦去氧化膜。
4．经常对触头清扫，使触头表面无油污、尘埃，保持干燥。