電阻的中心議題：
- 常用電阻的好壞檢測(cè)
- 常見電阻失效的分析
- 電阻失效經(jīng)典案例分析
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在制造業(yè)中，按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谘b配系統(tǒng)的時(shí)候往往會(huì)遇到零部件損壞了，或者失效了，從而降低了系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。電阻雖小，但是作用不容忽視，如何判斷一個(gè)電阻有沒有存在問題，在電路設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，往往會(huì)關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本講將從電阻的檢測(cè)和失效分析談起，下一講將在此基礎(chǔ)上對(duì)電阻的選型進(jìn)行探討，與廣大工程師朋友分享相關(guān)的技術(shù)和知識(shí)。
8大標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)電阻好還是壞
在實(shí)際的電子制造或者是電子設(shè)備的維修中，往往需要對(duì)電路中的各種元器件進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。在封裝形式和材質(zhì)的組合下，電阻呈現(xiàn)出多樣性，如何在成千上萬的電阻中發(fā)現(xiàn)存在問題的電阻？下面將講解常用電阻的檢測(cè)方法，用以區(qū)別電阻的好壞。
1. 固定電阻器的檢測(cè)
A、將兩表筆(不分正負(fù))分別與電阻的兩端引腳相接即可測(cè)出電阻值。為了提高測(cè)量精度，應(yīng)根據(jù)被測(cè)電阻標(biāo)稱值的大小來選擇量程。由于歐姆擋刻度的非線性關(guān)系，它的中間一段分度較為精細(xì)，因此應(yīng)使指針指示值盡可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范圍內(nèi)，以使測(cè)量更準(zhǔn)確。根據(jù)電阻誤差等級(jí)不同。讀數(shù)與標(biāo)稱阻值 分別允許有±5％、±10％或±20％的誤差。如不相符，超出誤差范圍，則說明該電阻值變值了。
B、注意：測(cè)試時(shí)，特別是在測(cè)幾十kΩ以上阻值的電阻時(shí)，手不要觸及表筆和電阻的導(dǎo)電部分；被檢測(cè)的電阻從電路中焊下來，至少要焊開一個(gè)頭，以免電路中的其他元件對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響，造成測(cè)量誤差；色環(huán)電阻的阻值雖然能以色環(huán)標(biāo)志來確定，但在使用時(shí)最好還是用萬用表測(cè)試一下其實(shí)際阻值。
2. 水泥電阻的檢測(cè)
檢測(cè)水泥電阻的方法及注意事項(xiàng)與檢測(cè)普通固定電阻完全相同。
3. 熔斷電阻器的檢測(cè)
在電路中，當(dāng)熔斷電阻器熔斷開路后，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)作出判斷：若發(fā)現(xiàn)熔斷電阻器表面發(fā)黑或燒焦，可斷定是其負(fù)荷過重，通過它的電流超過額定值很多倍所致；如果其表面無任何痕跡而開路，則表明流過的電流剛好等于或稍大于其額定熔斷值。表面無任何痕跡的熔斷電阻器好壞的判斷，可借助萬用表R×1擋來測(cè)量，為保證測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)將熔斷電阻器一端從電路上焊下。若測(cè)得的阻值為無窮大，則說明此熔斷電阻器已失效開路，若測(cè)得的阻值與標(biāo)稱值相差甚遠(yuǎn)，表明電阻變值，也不宜再使用。在維修實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，也有少數(shù)熔斷電阻器在電路中被擊穿短路的現(xiàn)象，檢測(cè)時(shí)也應(yīng)予以注意。
4. 電位器的檢測(cè)
檢查電位器時(shí)，首先要轉(zhuǎn)動(dòng)旋柄，看看旋柄轉(zhuǎn)動(dòng)是否平滑，開關(guān)是否靈活，開關(guān)通、斷時(shí)“喀噠”聲是否清脆，并聽一聽電位器內(nèi)部接觸點(diǎn)和電阻體摩擦的聲音，如有“沙沙”聲，說明質(zhì)量不好。用萬用表測(cè)試時(shí)，先根據(jù)被測(cè)電位器阻值的大小，選擇好萬用表的合適電阻擋位，然后可按下述方法進(jìn)行檢測(cè)。
A、用萬用表的歐姆擋測(cè)“1”、“2”兩端，其讀數(shù)應(yīng)為電位器的標(biāo)稱阻值，如萬用表的指針不動(dòng)或阻值相差很多，則表明該電位器已損壞。
B、檢測(cè)電位器的活動(dòng)臂與電阻片的接觸是否良好。用萬用表的歐姆檔測(cè)“1”、“2”(或“2”、“3”)兩端，將電位器的轉(zhuǎn)軸按逆時(shí)針方向旋至接近“關(guān)”的位置，這時(shí)電阻值越小越好。再順時(shí)針慢慢旋轉(zhuǎn)軸柄，電阻值應(yīng)逐漸增大，表頭中的指針應(yīng)平穩(wěn)移動(dòng)。當(dāng)軸柄旋至極端位置“3”時(shí)，阻值應(yīng)接近電位器的標(biāo)稱值。如萬用表的指針在電位器的軸柄轉(zhuǎn)動(dòng)過程中有跳動(dòng)現(xiàn)象，說明活動(dòng)觸點(diǎn)有接觸不良的故障。
5. 正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)的檢測(cè)
檢測(cè)時(shí)，用萬用表R×1擋，具體可分兩步操作：
A、常溫檢測(cè)(室內(nèi)溫度接近25℃)：將兩表筆接觸PTC熱敏電阻的兩引腳測(cè)出其實(shí)際阻值，并與標(biāo)稱阻值相對(duì)比，二者相差在±2Ω內(nèi)即為正常。 8ttt8阻值若與標(biāo)稱阻值相差過大，則說明其性能不良或已損壞。
B、加溫檢測(cè)：在常溫測(cè)試正常的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行第二步測(cè)試—加溫檢測(cè)，將一熱源(例如電烙鐵)靠近PTC熱敏電阻對(duì)其加熱，同時(shí)用萬用表監(jiān)測(cè)其電阻值是否隨溫度的升高而增大，如是，說明熱敏電阻正常，若阻值無變化，說明其性能變劣，不能繼續(xù)使用。注意不要使熱源與PTC熱敏電阻靠得過近或直接接觸熱敏電阻，以防止將其燙壞。
6. 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)的檢測(cè)
(1) 測(cè)量標(biāo)稱電阻值Rt用萬用表測(cè)量NTC熱敏電阻的方法與測(cè)量普通固定電阻的方法相同，即根據(jù)NTC熱敏電阻的標(biāo)稱阻值選擇合適的電阻擋可直接測(cè)出Rt的實(shí)際值。但因NTC熱敏電阻對(duì)溫度很敏感，故測(cè)試時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
A、Rt是生產(chǎn)廠家在環(huán)境溫度為25℃時(shí)所測(cè)得的，所以用萬用表測(cè)量Rt時(shí)，亦應(yīng)在環(huán)境溫度接近25℃ 時(shí)進(jìn)行，以保證測(cè)試的可信度。
B、測(cè)量功率不得超過規(guī)定值，以免電流熱效應(yīng)引起測(cè)量誤差。
C、注意正確操作。測(cè)試時(shí)，不要用手捏住熱敏電阻體，以防止人體溫度對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響。
(2) 估測(cè)溫度系數(shù)αt先在室溫t1下測(cè)得電阻值Rt1，再用電烙鐵作熱源，靠近熱敏電阻Rt，測(cè)出電阻值RT2，同時(shí)用溫度計(jì)測(cè)出此時(shí)熱敏電阻RT表面的平均溫度t2再進(jìn)行計(jì)算。
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7. 壓敏電阻的檢測(cè)
用萬用表的R×1k擋測(cè)量壓敏電阻兩引腳 的正、反向絕緣電阻，均為無窮大，否則，說明漏電流大。若所測(cè)電阻很小，說明壓敏電阻已損壞，不能使用。
8. 光敏電阻的檢測(cè)
A、用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時(shí)萬用表的指針基本保持不動(dòng)，阻值接近無窮大。此值越大說明光敏電阻性能越好。若此值很小或接近為零，說明光敏電阻已燒穿損壞，不能再繼續(xù)使用。
B、將一光源對(duì)準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時(shí)萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺動(dòng)，阻值明顯減小。此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，表明光敏電阻內(nèi)部開路損壞，也不能再繼續(xù)使用。
C、將光敏電阻透光窗口對(duì)準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動(dòng)，使其間斷受光，此時(shí)萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動(dòng)而左右擺動(dòng)。如果萬用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動(dòng)而擺動(dòng)，說明光敏電阻的光敏材料已經(jīng)損壞。
電阻的失效，是開路還是對(duì)焊？
電子系統(tǒng)經(jīng)過了檢測(cè)，但是實(shí)際出廠的時(shí)候卻不能使用，或者在出廠時(shí)是正常的，在用戶使用的過程中也是正常的，可是有一天你發(fā)現(xiàn)正常的系統(tǒng)變的不穩(wěn)定，或者已經(jīng)不能工作了。這又是什么原因？或許這一切都是因?yàn)橄到y(tǒng)中的一個(gè)不起眼的角色在發(fā)生“動(dòng)亂”——電阻失效了！失效的電阻阻值發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)了開路現(xiàn)象，為什么會(huì)這樣呢？下面對(duì)3種常見的電阻失效機(jī)理進(jìn)行分析探討。
1、開路失效分析
A、電阻斷裂開路
電阻斷裂開路多發(fā)生在片式厚膜電阻器上，究其原因，是因?yàn)殡姌O的銀層斷裂而引起的。其斷裂是由于焊接時(shí),在Pb-Sn焊料邊緣的面電極Ag大量熔于焊料中，形成邊緣的Ag層空洞，在長(zhǎng)期工作過程Ag的遷移和腐蝕造成空洞的擴(kuò)大甚至斷開而導(dǎo)致電子開路。
B、電解腐蝕開路
電解腐蝕開路多發(fā)生在氧化膜電阻器上，其失效原因是電阻器鎳鉻膜在水汽和直流電場(chǎng)作用下，發(fā)生電解腐蝕開路,包封料中有少量的K+、Cl-加速了電解腐蝕的發(fā)生。
其失效的過程是這樣形成的：電阻器在潮濕環(huán)境工作時(shí)，水份透過包封材料吸附在導(dǎo)電膜或刻槽表面，在直流電場(chǎng)作用下會(huì)在導(dǎo)電膜有缺陷的地方首先產(chǎn)生電解腐蝕。在電場(chǎng)作用下，水會(huì)發(fā)生電解成氫和氫氧根離子，氫氧根負(fù)離子在電場(chǎng)作用下趨向電阻器施加電壓的正極（或高電位），分別與導(dǎo)電膜中的鉻和鎳產(chǎn)生反應(yīng)，生成三氧化二鉻和氧化鎳，沉積在電阻器施加電壓正極端附近的刻槽表面導(dǎo)致導(dǎo)電膜的電解腐蝕。隨著導(dǎo)電膜中的部分鎳和鉻被氧化，使得該部分電阻繼續(xù)增大，溫度升高，電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步加劇，直至將該部分腐蝕斷裂，最后導(dǎo)致電阻器開路。電阻器陶瓷基體或者包封材料中如果含有K+、Cl-，均極易溶于水中，會(huì)降低水膜的電阻率，使電解腐蝕加劇。
開路失效經(jīng)典案例：
有一批現(xiàn)場(chǎng)儀表在某化工廠使用一年后，儀表紛紛出現(xiàn)故障。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)儀表中使用的厚膜貼片電阻阻值變大，甚至變成開路了。把失效的電阻放到顯微鏡下觀察，可以發(fā)現(xiàn)電阻電極邊緣出現(xiàn)了黑色結(jié)晶物質(zhì)，進(jìn)一步分析成分發(fā)現(xiàn)，黑色物質(zhì)是硫化銀晶體。原來電阻被來自空氣中的硫給腐蝕了!
據(jù)研究人員分析，電阻失效是由于電阻表面的二次保護(hù)層和焊接端頭不是嚴(yán)絲合縫，導(dǎo)致面電極部分暴露在空氣中。因此當(dāng)空氣中含有大量硫化氣體時(shí)，銀被硫化物反應(yīng)成硫化銀。由于硫化銀不導(dǎo)電，所以隨著電阻被硫化，電阻值逐漸增大，直至最終成為開路。
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2、電阻對(duì)焊失效分析
定義：電阻對(duì)焊是將兩工件端面始終壓緊，利用電阻熱將工件母材加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛壓力（或不加頂鍛壓力只保持焊接壓力）完成焊接的方法，電阻對(duì)焊時(shí)的接觸電阻取決于接觸面的表面狀態(tài)、溫度及壓力，對(duì)其進(jìn)行分析可從裂紋斷面外觀形貌、斷面金相組織、零件硬度測(cè)試、材料化學(xué)成分、焊接工藝參數(shù)這五個(gè)方面著手分析。
電阻對(duì)焊失效經(jīng)典案例：
某公司生產(chǎn)的某汽車零件材質(zhì)為70鋼絲，直徑為4.0mm，通過全自動(dòng)電阻對(duì)焊機(jī)對(duì)焊成環(huán)形，對(duì)焊工藝流程：線材彎曲-切斷-對(duì)焊-回火-修磨焊縫-敲擊試驗(yàn)-漲緊試驗(yàn)-浸油。焊接修磨后發(fā)現(xiàn)部分零件存在肉眼可見的細(xì)小裂紋，于是對(duì)部件進(jìn)行試驗(yàn)、分析，發(fā)現(xiàn)引起本次電阻失效的主要原因是零件的焊縫區(qū)出現(xiàn)了裂紋。以下是電阻對(duì)焊失效分析的發(fā)現(xiàn)過程：
1、 裂紋斷面外觀形貌
將產(chǎn)生裂紋的零件從裂紋處扳斷，用體視鏡觀察裂紋斷面形貌，斷面有一部分出現(xiàn)銹蝕，從顏色上看不出退火后應(yīng)有的顏色，初步推斷是焊接不完全，且斷面較粗糙晶粒粗大。
2、 斷面金相組織
將零件切割制樣后用金相顯微鏡觀察斷面處金相組織，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有殘留氧化物及貝氏體狀組織。
3、 零件硬度測(cè)試
取有裂紋產(chǎn)品及無裂紋產(chǎn)品各1件分別進(jìn)行硬度測(cè)試，以確認(rèn)有裂紋產(chǎn)品的硬度是否異常。
4、 材料化學(xué)成分
對(duì)有無裂紋產(chǎn)品的化學(xué)成分用光譜分析儀進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)化學(xué)成分是否有異常。
5、 焊接工藝參數(shù)分析
對(duì)焊接時(shí)的部分工藝參數(shù)進(jìn)行了分析。
測(cè)試結(jié)果及其失效分析：
宏觀形貌觀察：零件焊接區(qū)域內(nèi)的毛刺都很小，且外圈側(cè)幾乎沒有毛刺，則可初步判定焊接時(shí)接觸面不平整，焊接時(shí)加熱不均勻，擠出壓力小而導(dǎo)致無法充分將雜質(zhì)及氧化物擠出。
微觀形貌觀察：從金相組織分析看，內(nèi)部殘留氧化物未被完全擠出，可能是因?yàn)殡姌O夾持力小，且接觸面不平整，無法充分將電極或鋼絲上殘留的污垢及雜質(zhì)擠出，從而產(chǎn)生裂紋。組織中存在貝氏體組織，可能是由于退火溫度不足導(dǎo)致金相組織在相變過程中出現(xiàn)異常。
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第三講預(yù)告：
第三講將在電阻檢測(cè)、失效分析之后，進(jìn)行選型討論，并通過選型實(shí)例鞏固加深對(duì)知識(shí)的理解，幫助工程師快速設(shè)計(jì)產(chǎn)品。
