為工業(yè)、運輸和采礦等嚴苛環(huán)境應用選擇合適的連接器

在所有系統中，最薄弱的環(huán)節是什么？

如果您正在針對一些惡劣環(huán)境進(jìn)行設計，那么最薄弱的環(huán)節很可能是低調的連接器。這適用于任何需要堅固組件的應用，無(wú)論是工業(yè)、采礦、運輸還是其他任何領(lǐng)域。在安全關(guān)鍵的系統中，任何故障都可能非常嚴重，并且可能是致命的。

無(wú)論連接器用來(lái)處理模擬信號、數字信號還是提供電源，都是所有設計的重要組成部分。在許多系統中，連接器必須連接多個(gè)傳感器和執行器，以及多個(gè)子系統。

在本文中，我們將介紹可能導致連接器故障的環(huán)境因素，可以耐受惡劣條件的不同類(lèi)型連接器（包括相關(guān)的IP等級），以及如何為您的應用選擇合適的連接器，而不會(huì )因為規格過(guò)度浪費空間和成本。

防塵防潮

連接器故障的最可能原因之一是水分或污染物的進(jìn)入，例如灰塵或污垢。水可以因為天氣原因進(jìn)入連接器，或者在用軟管或其他流動(dòng)水源進(jìn)行清潔時(shí)進(jìn)入。清潔還可能引入化學(xué)物質(zhì)或表面活性劑，這些會(huì )腐蝕電導體，因此至少會(huì )降低它們傳輸電流的能力，并可能導致故障。

潮濕環(huán)境中的冷凝也會(huì )導致水分，特別是當設備從寒冷的環(huán)境移動(dòng)到溫暖的環(huán)境時(shí)更容易出現這種情況。不可避免地，水和電不能很好地在一起相處，結果可能是破壞性的短路。

進(jìn)入連接器的污垢或灰塵會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而形成絕緣層，這可能導致連接器的連接質(zhì)量變差?；覊m或污垢也會(huì )導致過(guò)熱。

入侵保護（IP）由IEC的IP標準IEC 605029界定，該標準已被廣泛使用，它是使用兩位數字來(lái)表示設備對固體物體（第一位數字）和液體（第二位數字）的防護，如表1所示。

例如，IP67意味著(zhù)設備完全防塵并且能夠防護暫時(shí)浸入水中。這種保護是通過(guò)加強型（heavy-duty）密封件和墊圈實(shí)現，通常由硅樹(shù)脂制成。多重密封可以提供密封冗余，因此即使一個(gè)密封失效也能保持侵入防護。

表1：IEC IP等級

除了IEC IP等級外，另一種常用的侵入保護系統是美國國家電氣制造商協(xié)會(huì )（NEMA）等級。IEC IP和NEMA等級通常在連接器和機箱的產(chǎn)品數據中提供。

其他環(huán)境危害

除了灰塵和濕氣外，極端溫度也會(huì )對連接器造成損害，例如許多工業(yè)過(guò)程中遇到的高溫，或者采礦中的地下高環(huán)境溫度會(huì )致使連接器處在極端情況。在許多應用中可能發(fā)生的溫度從低到高頻繁循環(huán)也會(huì )引起問(wèn)題。

在低于零度的溫度下，還存在需要處理結冰的問(wèn)題。當水凍結時(shí)，體積會(huì )膨脹，這會(huì )導致很大的膨脹力，可能會(huì )損壞連接器和電纜。冰的額外重量也會(huì )對連接器造成應力。

在確定連接器時(shí)，需要查清其擴展的溫度范圍。例如，對于光纜，Molex的LC2 金屬光學(xué)連接器使用了可耐受達150℃高溫的金屬體。

圖1：Molex LC2連接器。 （來(lái)源：Molex）

連接器也可能受到物理?yè)p壞，或許是受到?jīng)_擊，也可能是來(lái)自振動(dòng)的影響，這會(huì )導致機械故障或電氣連接損壞。全金屬機身可以提高承受沖擊的強度，而熱塑性外殼可以抵抗腐蝕，同時(shí)具有阻燃和耐化學(xué)腐蝕等特性。

金屬結構還可以確保連接器提供足夠的保護，以防止靜電放電（ESD）和電磁干擾（EMI）。要考慮的另一個(gè)機械設計是應力消除，以便施加到電纜或連接器外部的任何力都不能傳遞到電氣連接。許多連接器都把應變消除作為一項標準。

具備合適堅固性的連接器可提供免受振動(dòng)影響的能力，這些由諸如MIL-STD-202等標準定義。例如，TE Connectivity的CeeLok FAS-T 千兆以太網(wǎng)連接器可以耐受高度振動(dòng)，并達到IP67等級，工作溫度范圍為-65℃～+175℃。

圖2：TE Connectivity 的CeeLok FAS-T連接器。 （來(lái)源：TE Connectivity）

選擇正確的連接器

在選擇連接器時(shí)，不言而喻，第一步是了解目標應用和可能的環(huán)境條件。從最壞的情況考慮，因此就可確信連接器可以承受任何可能的影響。

一旦有了具體目標，就應該在連接器的數據手冊上檢查如IP67等所有必要的認證，數據手冊一般也會(huì )說(shuō)明工作溫度范圍。還要考慮所需的其他標準，例如在南非，南非標準局（SABS）已制定了多個(gè)與連接器相關(guān)的標準。

推薦選擇那些具有能夠承受振動(dòng)的安全鎖定機構，并提供接合確認的連接器，接合確認或者是可聽(tīng)見(jiàn)的聲音或觸覺(jué)反應。連接器有許多種鎖定方法，因此務(wù)必要確保選擇一個(gè)適當的鎖定方法，也需要規劃在其生命周期中斷開(kāi)和連接的頻率次數。輔助鎖定（通常稱(chēng)為楔形鎖）能夠確保觸點(diǎn)牢固地保持在一起。

建議選擇那些經(jīng)過(guò)相關(guān)標準（如MIL-STD-202）測試的組件，以確保它們在整個(gè)生命周期內提供所需的穩健性，這一點(diǎn)非常重要?；跇藴实臏y試會(huì )使用諸如“高加速度壽命測試”（HALT）等技術(shù)來(lái)精確模擬真實(shí)世界的條件，從而確保產(chǎn)品的可靠性。

另一方面，也要確保不要走得太遠。選擇連接器時(shí)的一種誘惑是指定過(guò)高規格的產(chǎn)品，但這可能由于使用龐大笨拙的部件導致不必要地浪費成本和空間。當額定值較低且價(jià)格較低時(shí)，您可能會(huì )受到具有最高IP等級連接器的誘惑。類(lèi)似，塑料連接器可能優(yōu)于更昂貴的金屬連接器。

結論

雖然有時(shí)在系統設計中連接器最后才考慮，但它們是必不可少的重要組件，需要正確選擇連接器產(chǎn)品。在考慮所有可能的連接器產(chǎn)品后，會(huì )有很多可供選擇的選項，您最好的選擇或許是與能夠提供專(zhuān)家技術(shù)建議的經(jīng)銷(xiāo)商交流。