Добавлен: 03.05.2024
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В некоторых случаях для уменьшения расходов цветных металлов в проводниковых конструкциях выгодно применять так называемый проводниковый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно по всей поверхности их соприкосновения. Для изготовления биметалла применяют два способа: горячий (стальную болванку ставят в форму, а промежуток между болванкой и стенками формы заливают расплавленной медью; полученную после охлаждения биметаллическую болванку подвергают прокатке и протяжке) и холодный, или электролитический. Холодный способ обеспечивает равномерность толщины медного покрытия, но требует значительного расхода электроэнергии; кроме того, при холодном способе не обеспечивается столь прочное сцепление слоя меди со сталью, как при горячем способе.
Константан
Константан – это сплав на основе меди (58-60%) с большим содержанием никеля (32-40%) и незначительной долей легирующего компонента – марганца (1-2%). Плавится он при температуре 1260 ᵒС. Плотность константана составляет 8,9 г/см3.
Название он получил благодаря своему постоянному оммическому сопротивлению, значение которого остается неизменным даже при воздействии значительных температур. Например, если измерить этот параметр при температуре 20 ᵒС (его значение 0,48 мкОм×м), а после этого провести стабилизирующий отжиг константана, данные останутся неизменными. Повыситься температурный коэффициент омического сопротивления, но не само омическое сопротивление.
Константан – это твердый сплав, твердость которого составляет 650-720 МПа, но, после проведения стабилизирующего отжига, её значение понижается до 400-500 МПа. Недостатком данного материала является невысокая термо-ЭДС, которая находится в приделах от 40 до 50 мкВ/ᵒС. При нагреве на поверхности константана, особенно при контакте с медью, появляются паразитные токи, которые искажают показания, что является недопустимым в приборах с высокой точностью. Из-за этого недостатка область применения данного сплава ограничена. В высокоточном приборостроении отдают предпочтение манганину.
Чаще всего константан представлен проволокой, диаметр которой представлен целым рядом стандартных значений в приделах от 0,03 мм до 5 мм, и лентой, толщина которой превышает 0,1 мм. В паре с медью константан используется редко, что объясняется его недостатком – невысокой термо-ЭДС. Сплав применяют в процессах, рабочая температура которых не превышает 500 ᵒС. Константан, в качестве отрицательного электрода, используют в паре с железом, медью и хромелью, из которых изготавливают положительные электроды. Из данного сплава производят компенсационные провода, нагревательные приборы, реостаты.
ЗАДАЧА 3
Исходные данные
Наименование полупроводниковых материалов:
0. Германий
2. Терморезистор
1. Дайте определение полупроводника.
2. Приведите классификацию полупроводниковых материалов.
3. Укажите, от каких факторов зависит электропроводность полупроводников.
4. Кратко опишите заданный материал, укажите области его использования.
5. Укажите назначение полупроводникового прибора, опишите принцип его действия.
6. Укажите полупроводниковые материалы, используемые в данном приборе.
Решение
1. К полупроводникам относят вещества, которые характеризуются сильной зависимостью удельного сопротивления от воздействия внешних факторов (температуры, электрического поля, света и т.д.). Удельное сопротивление полупроводников может изменяться в широких пределах (
Омсм). Они, как и металлы, обладают электронной электропроводностью, которая при нормальной температуре меньше, чем у проводников, но больше, чем у диэлектриков.2. Полупроводники, использующиеся на практике, можно разделить на простые и сложные. Полупроводники, образованные атомами одного химического элемента, называют простыми. Полупроводники, образованные атомами двух или большего числа химических элементов, называют сложными.
Сложные полупроводники разделяются на химические соединения и композиции (комплексы).
Полупроводниковыми химическими соединениями являются соединения элементов разных групп таблицы Менделеева, например, бинарные соединения, соответствующие общим формулам AIVBIV (например, карбид кремния SiC), AinBv (антимонид индия InSb, арсенид галлия GaAs, фосфид галлия GaP), A"BIV (сульфид свинца PbS, теллурид кадмия CdTe, ZnSe), а также некоторые оксиды (например, Cu20) и вещества сложного состава.
К полупроводниковым композициям или полупроводниковым комплексам относятся материалы с полупроводящей или проводящей фазой, например, из карбида кремния и графита, сцепленных глинистой, стеклянной, керамической или другой связкой. Наиболее распространенными из них являются вилит, тирит, силит и др.
3. Электропроводность полупроводников в большой степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в полупроводнике. Наличие в кристаллах полупроводника даже небольшого количества примесей, как правило, увеличивает электропроводность полупроводника и изменяет характер ее температурной зависимости.
В отличие от проводников, у полупроводников при уменьшении температуры их удельная электрическая проводимость уменьшается и при стремлении температуры к 0К полупроводники прекращают проводить электрический ток. Они становятся диэлектриками.
Электропроводностью полупроводников можно управлять посредством воздействия на них температуры, света, ядерного излучения, электрического и магнитного поля и механических усилий. Зависимость проводимости от названных выше факторов положена в основу принципа действия терморезисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов) и тензорезисторов.
0. Германий
Германий- элемент четвертой группы периодической системы элементов Менделеева. Германий имеет ярко-серебристый цвет. Температура плавления германия 937,2° С. В природе он встречается часто, но в весьма малых количествах. Присутствие германия обнаружено в цинковых рудах и в золах разных углей. Основным источником получения германия является зола углей и отходы металлургических заводов.
Полученный в результате ряда химических операций слиток германия еще не представляет собой вещества, пригодного для изготовления из него полупроводниковых приборов. Он содержит нерастворимые примеси, не является еще монокристаллом и в него не введена легирующая примесь, обусловливающая необходимый вид электропроводности.
Для очистки слитка от нерастворимых примесей широко применяется метод зонной плавки. Этим методом могут быть удалены лишь те примеси, которые различно растворяются в данном твердом полупроводнике и в его расплаве.
Германий обладает большой твердостью, но чрезвычайно хрупок и раскалывается на мелкие куски при ударах. Однако при помощи алмазной пилы или других устройств его можно распилить на тонкие пластинки. Отечественной промышленностью изготовляется легированный германий с электронной электропроводностью различных марок с удельным сопротивлением от 0,003 до 45 ом х см и германий легированный с дырочной электропроводностью с удельным сопротивлением от 0,4 до 5,5 ом х см и выше. Удельное же сопротивление чистого германия при комнатной температуре ρ = 60 ом х см.
Германий как полупроводниковый материал широко используется не только для диодов и триодов, из него изготовляются мощные выпрямители на большие токи, различные датчики, применяемые для измерения напряженности магнитного поля, термометры сопротивления для низких температур и др.
2.Терморезистор
Терморезисторы (термисторы) - это резисторы, сопротивление которых сильно изменяется в зависимости от температуры. Термисторы изготавливаются на основе полупроводникового материала и имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. Термисторы с положительным температурным коэффициентов сопротивления (ТКС) называются позисторами. Благодаря чувствительности к температуре термисторы используются для измерения температуры и построения систем управления температурой в технологическом и лабораторном оборудовании.
Терморезисторы изготавливаются на основе полупроводникового оксида металлов, спрессованного для получения заданной формы. Механическая прочность и защита от воздействий окружающей среды обеспечивается с помощью металлического корпуса или защитного изолирующего слоя. Термисторы имеют нелинейную вольт-амперную характеристику и очень высокую температурную чувствительность по сравнению с другими типами датчиков температуры. Типовое значение ТКС для термисторов составляет -5% на градус, в то время как для платинового термопреобразователя (RTD) он составляет 0,4% на градус.
Типовой диапазон температур термисторов достаточно узок (-60...+150 С), для некоторых образцов он расширен до (-60...+300 С).
При протекании тока через терморезистор он нагревается, что увеличивает погрешность измерений. Поэтому при выборе терморезистора необходимо учитывать его коэффициент рассеяния, который определяется как мощность, приводящая к нагреву терморезистора на 1 градус относительно температуры окружающей среды. Для снижения погрешности, вызванной собственным разогревом термистора, необходимо увеличивать площадь его поверхности, однако это приводит к увеличению тепловой инерционности, которая характеризуется величиной постоянной времени. Постоянная времени терморезистора равна времени, в течение которого его температура изменяется в е раз (на 63%) при перенесении термистора из воздушной среды с температурой 0 град. Цельсия в воздушную среду с температурой 100 град. Типовые значения постоянных времени лежат в диапазоне от десятых долей секунды до нескольких минут.
В связи с сильной нелинейностью температурной зависимости терморезисторы не могут быть использованы без компенсации нелинейности (линеаризации) их характеристики. Для этой цели используют нелинейные аппроксимирующие функции, коэффициенты которых подбирают методом наименьших квадратов или другими методами параметрической идентификации. Этот недостаток термисторов сильно ограничивал их применение до появления средств измерения температуры, построенных на базе компьютера. Применение компьютера позволяет легко скомпенсировать нелинейность программным путем. Эта особенность увеличила интерес к применению термисторов в последние годы и инициировала дальнейшие исследования в направлении улучшения их стабильности, точности и взаимозаменяемости.
По существу термисторы представляют собой полупроводниковую керамику. Они изготавливаются на основе порошков окислов металлов (обычно окислов никеля и марганца), иногда с добавкой небольшого количества других окислов. Порошкообразные окислы смешиваются с водой и различными связующими веществами для получения жидкого теста, которому придаётся необходимая форма и которое обжигается при температурах свыше 1000 оС. Приваривается проводящее металлическое покрытие (обычно серебряное), и
подсоединяются выводы. Законченный термистор обычно покрывается эпо сидной смолой или стеклом или заключается в какой-нибудь другой корпус.
ЗАДАЧА 4
Исходные данные
Альсифер Н (кА/м) 0,01; 0,02; 0.03; 0,04: 0.05; 0,06
В (Тл) 1,44; 1,50; 2,10; 2,60: 3,00; 3,40
Сплав ЮНДК24 Н (кА/м) 0;00; 10,0; 20,0; 30,0; 40,0; 44,0
В (Тл) 1,23; 1,22; 1.17; 1,03; 0,80; 0,00
Дайте определение магнитного материала. Приведите классификацию магнитных материалов. Назовите основные параметры магнитных материалов и кратко поясните их физический смысл. Кратко опишите сами материалы, определите их место по приведенной классификации. Приведите примерные числовые значения основных магнитных параметров заданных материалов. Назовите основные области использования заданных материалов.
Рассчитайте и постройте зависимости магнитной проницаемости µ от напряженности магнитного поля Н (для магнитно-мягкого материала), магнитной индукции В от магнитной энергии WL (для магнитно-твердого материала).
Магнитным называется материал, используемый в технике с учетам его магнитных свойств. Магнитные материалы в электрических машинах и аппаратах выполняют роль проводников магнитного потока, или, как их называют, магнитопроводов. Они же могут служить и источниками магнитного потока.
По своим свойствам магнитные материалы делятся на магнитно-мягкие и магнитно-твердые. Магнито-мягкие материалы — это такие материалы, которые обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Они используются в качестве магнитопроводов (сердечников) вращающихся электрических машин, трансформаторов, электромагнитов и в измерительных приборах, когда необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции.
К магнитно-твердым относятся материалы, имеющие большую коэрцитивную силу.
Основные параметры:
- плотность магнитного потока
