如何为严苛环境应用选择合适的连接器

2019-05-23 15:24:27 来源:互联网
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在所有系统中,最薄弱的环节是什么?
 
如果您正在针对一些恶劣环境进行设计,那么最薄弱的环节很可能是低调的连接器。这适用于任何需要坚固组件的应用,无论是工业、采矿、运输还是其他任何领域。在安全关键的系统中,任何故障都可能非常严重,并且可能是致命的。
 
无论连接器用来处理模拟信号、数字信号还是提供电源,都是所有设计的重要组成部分。在许多系统中,连接器必须连接多个传感器和执行器,以及多个子系统。
 
在本文中,我们将介绍可能导致连接器故障的环境因素,可以耐受恶劣条件的不同类型连接器(包括相关的IP等级),以及如何为您的应用选择合适的连接器,而不会因为规格过度浪费空间和成本。
 
防尘防潮
连接器故障的最可能原因之一是水分或污染物的进入,例如灰尘或污垢。水可以因为天气原因进入连接器,或者在用软管或其他流动水源进行清洁时进入。清洁还可能引入化学物质或表面活性剂,这些会腐蚀电导体,因此至少会降低它们传输电流的能力,并可能导致故障。
 
潮湿环境中的冷凝也会导致水分,特别是当设备从寒冷的环境移动到温暖的环境时更容易出现这种情况。不可避免地,水和电不能很好地在一起相处,结果可能是破坏性的短路。
 
进入连接器的污垢或灰尘会随着时间的推移而形成绝缘层,这可能导致连接器的连接质量变差。灰尘或污垢也会导致过热。
 
入侵保护(IP)由IEC的IP标准IEC 605029界定,该标准已被广泛使用,它是使用两位数字来表示设备对固体物体(第一位数字)和液体(第二位数字)的防护,如表1所示。
 
例如,IP67意味着设备完全防尘并且能够防护暂时浸入水中。这种保护是通过加强型(heavy-duty)密封件和垫圈实现,通常由硅树脂制成。多重密封可以提供密封冗余,因此即使一个密封失效也能保持侵入防护。
 
 
表1:IEC IP等级
 
除了IEC IP等级外,另一种常用的侵入保护系统是美国国家电气制造商协会(NEMA)等级。IEC IP和NEMA等级通常在连接器和机箱的产品数据中提供。
 
其他环境危害
除了灰尘和湿气外,极端温度也会对连接器造成损害,例如许多工业过程中遇到的高温,或者采矿中的地下高环境温度会致使连接器处在极端情况。在许多应用中可能发生的温度从低到高频繁循环也会引起问题。
 
在低于零度的温度下,还存在需要处理结冰的问题。当水冻结时,体积会膨胀,这会导致很大的膨胀力,可能会损坏连接器和电缆。冰的额外重量也会对连接器造成应力。
 
在确定连接器时,需要查清其扩展的温度范围。例如,对于光缆,Molex的LC2 金属光学连接器使用了可耐受达150℃高温的金属体。
 
图1:Molex LC2连接器。 
 
连接器也可能受到物理损坏,或许是受到冲击,也可能是来自振动的影响,这会导致机械故障或电气连接损坏。全金属机身可以提高承受冲击的强度,而热塑性外壳可以抵抗腐蚀,同时具有阻燃和耐化学腐蚀等特性。
 
金属结构还可以确保连接器提供足够的保护,以防止静电放电(ESD)和电磁干扰(EMI)。要考虑的另一个机械设计是应力消除,以便施加到电缆或连接器外部的任何力都不能传递到电气连接。许多连接器都把应变消除作为一项标准。
 
具备合适坚固性的连接器可提供免受振动影响的能力,这些由诸如MIL-STD-202等标准定义。例如,TE Connectivity的CeeLok FAS-T 千兆以太网连接器可以耐受高度振动,并达到IP67等级,工作温度范围为-65℃~+175℃。
 
图2:TE Connectivity 的CeeLok FAS-T连接器。 
 
选择正确的连接器
在选择连接器时,不言而喻,第一步是了解目标应用和可能的环境条件。从最坏的情况考虑,因此就可确信连接器可以承受任何可能的影响。
 
一旦有了具体目标,就应该在连接器的数据手册上检查如IP67等所有必要的认证,数据手册一般也会说明工作温度范围。还要考虑所需的其他标准,例如在南非,南非标准局(SABS)已制定了多个与连接器相关的标准。
 
推荐选择那些具有能够承受振动的安全锁定机构,并提供接合确认的连接器,接合确认或者是可听见的声音或触觉反应。连接器有许多种锁定方法,因此务必要确保选择一个适当的锁定方法,也需要规划在其生命周期中断开和连接的频率次数。辅助锁定(通常称为楔形锁)能够确保触点牢固地保持在一起。
 
建议选择那些经过相关标准(如MIL-STD-202)测试的组件,以确保它们在整个生命周期内提供所需的稳健性,这一点非常重要。基于标准的测试会使用诸如“高加速度寿命测试”(HALT)等技术来精确模拟真实世界的条件,从而确保产品的可靠性。
 
另一方面,也要确保不要走得太远。选择连接器时的一种诱惑是指定过高规格的产品,但这可能由于使用庞大笨拙的部件导致不必要地浪费成本和空间。当额定值较低且价格较低时,您可能会受到具有最高IP等级连接器的诱惑。类似,塑料连接器可能优于更昂贵的金属连接器。
 
结论
虽然有时在系统设计中连接器最后才考虑,但它们是必不可少的重要组件,需要正确选择连接器产品。在考虑所有可能的连接器产品后,会有很多可供选择的选项,您最好的选择或许是与能够提供专家技术建议的经销商交流。
 
 
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