Разработка магнитодиода (стр. 3 из 8)
большая чувствительность магнитных свойств к механическим напряжениям (особенно у высоконикелевых пермаллоев), что требует специальных мер защиты:
возможность получения высоких магнитных свойств лишь в результате отжига готовых изделий в вакууме или в водороде после их механической обработки;
пониженные значения индукции насыщения (в 1,5-2 раза ниже, чем у электротехнической стали);
сравнительно высокая стоимость и дефицитность отдельных компонентов (прежде всего, никеля).
Электромагнитные свойства аморфных сплавов и пермаллоев близки, но первые меньше подвержены влиянию механических напряжений, обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью и твердостью при сохранении пластичности.
Вследствие отсутствия кристаллической решетки аморфные сплавы имеют малую магнитную анизотропию, что способствует получению магнитомягких материалов с очень малой коэрцитивной силой Нси большой магнитной проницаемостью μ. При этом удельное электрическое сопротивление аморфных сплавов примерно в 2-3 раза больше, чем у пермаллоев, а следовательно, значительно меньше потери на вихревые токи.
Многие аморфные сплавы характеризуются высокой прямоугольностью петли гистерезиса.
В табл.2.6 приведены параметры аморфных сплавов трех составов. [1]
Таблица 2.6
| Состав,% | Вs, Тл | Нс, А/м, | ρ, мкОм·м, |
| 80 Fe,20 В | 1,6 | 3,2 | 1,4 |
| 80 Fe, 16 Р, 3 С, 1 В | 1,49 | 4 | 1,5 |
| 72 Со, 3 Fe.16 Р, 6 В, 3 А1 | 0,63 | 1,2 | 1,4 |
Анализирую выше приведенные виды магнитомягких материалов и их характеристик для изготовления концентраторов будем использовать низконикелевые пермаллои (Bs =1÷1.5 Тл), что обеспечит не перенасыщение концентраторов под действием постоянного магнита.
Для фиксирования магнита и концентраторов на штоке будем использовать клей ВК-9 ОСТ 180215-84 основываясь на том, что у него высокая клеящая способность, обладает прозрачностью и рабочая температура его до 373К. [3]
В качестве легирующей примеси используем бор, его целесообразно использовать тогда, когда требуется, чтобы примесь была неподвижна на последующих высокотемпературных операциях или для изготовления слоев с резким профилем легирования.
Для формирования контактной области n+-типа в качестве донорной примеси используем фосфор обладающий повышенным коэффициентом диффузии и повышенной растворимостью.
Основными материалами при получении соединений для полупроводниковых ИМС является золото и алюминий. В некоторых случаях находят применения никель, хром, серебро. В качестве материала для разводки и контактных площадок будем применять алюминий А99, который обладает хорошей адгезией к арсениду галлия, хорошей электропроводностью, легко наносится на поверхность ИМС в виде тонкой плёнке, дешевле. В качестве внешних выводов будем применять золотую проволоку ГОСТ 7222-75, поскольку алюминий характеризуется пониженной механической прочностью. [3] Для хорошей механической прочности и лучшей адгезии с припоем ПОС61 на поверхность алюминия будем наносить хром электролитический ЭРХ и сплав олово висмут.
Для герметизации кристалла в корпусе будем использовать эпоксидный герметик марки УП-5-105-2 применяемый в радиотехнической аппаратуре. Данный герметик сохраняет работоспособность в условиях тропической влажности, при вибрационных и ударных нагрузках, длительно работают при температуре от минус 60 до 140°С. Предел прочности 6-55 МПа.
Для материала корпуса измерительной системы выбирает полиамид ПА66 литьевой ОТС 6-06-369-74, так как материал при высоких температурах не теряет своих механических свойств.
Для соединения датчика с системами обработки сигналов будем использовать герметичный разъем на два контакта CS1206-ND.
3. Конструкторские расчеты
3.1 Расчет магнитной системы датчика
При расчете магнитов с арматурой приемлемую точность дает метод отношений. В этом методе магнитная цепь условно приводится к двухузловой эквивалентной электрической схеме с сосредоточенными параметрами. Распределение магнитного напряжения вдоль магнита принимается линейным, а магнитное сопротивление арматуры (если ее состояние далеко от насыщения) считается равным нулю. При этом характеристика магнита определяется не участком на кривой размагничивания, а точкой.
Исходными данными расчета дипольной МС (рис.3.1) являются:
характеристики материала магнита: коэрцитивная сила по индукции HcB, остаточная индукция Br, координаты точки с максимальной удельной энергией Hd и Bd, коэффициент возврата Kv (табл.3.1)
Таблица 3.1
Характеристики материала магнитов
| параметрматериал | HcB, А/м | Br, Тл | Hd, А/м | Bd, Тл | Kv, Гн |
| SmCo5 | 5,4·105 | 0,77 | 2,86·105 | 0,385 | 1,35·10-6 |
L, С, A - соответственно длина, высота и ширина магнита;
Z - длина рабочего зазора;
геометрические размеры концентраторов: Lк - длина прямой части концентратора, Ак - ширина концентратора, Вк - толщина концентратора;
α - угол между изгибной частью концентратора и вертикалью.
Вк =0,001м; Lк =0,005м;
Ак=0,003м; Z =0,002м;
L=0,003м; С=0,004м;
A=0,003м; α=30º.
Для расчета системы концентратор магнитного потока условно разбивается на участки, ограниченные пунктирными линиями. Границы деления выбраны с учетом упрощения дальнейшего расчета.
 |
Рис. 3.1 Дипольная магнитная система. Схема путей рассеяния магнитного потока: I- магнит; II- концентраторы магнитного потока; III- рабочий зазор; проводимости а) магнита: 1 - Lm, б) концентраторов: 2 - Lа2 - между боковыми торцами; 3 - Lа3 - между прямыми участками наружных (внешних) поверхностей; 4 - Lа4 - между боковыми поверхностями прямых участков; 5 - Lа5 - между секторными участками боковых поверхностей; 6 - Lа6 - между внутренними участками изогнутых поверхностей; 7 и 8 - Lа7 и Lа8 - между боковыми участками изогнутых поверхностей; 9 - Lа9 - между внутренними прямыми участками; 10 и 11 - Lа10 - между внешними участками изогнутых поверхностей; 12 - Lа12 - между внешними участками изгиба; в) рабочего зазора: 13 - Lр
Расчет:
Общая проводимость магнита определяется с учетом того, что проводимость умножается на 4 за счет учета четырех плоскостей рассеивания
, (3.1)где μ0 - магнитная постоянная (μ0=4π·10-7 Гн/м).
Определяется проводимость рассеяния арматуры, соответствующая путям 2 и 4 (рис.3.1), причем для путей 4 проводимость удваивается за счет учета обоих сторон системы
, (3.2) 
(3.3) 
Проводимость рассеяния арматуры, соответствующая путям 3
, (3.4)где g1 и g2 определяются из графиков (рис.3.2). Параметры g1 и g2 зависят соответственно от Lк /С и Aк /С.
 |
Рис. 3.2. Проводимость между параллельными прямоугольными поверхностями, обращенными в противоположные стороны:
g’=f(m’,n’), где
, 
g”=f(m”,n”), где
, 
 |
Рис. 3.3. Замена секторов квадратами: Т1 – расстояние между квадратами, Х1 – сторона квадрата
Для определения проводимости рассеяния 5 между секторными частями секторы заменяются квадратами, эквивалентными по площади секторам, причем центры квадратов расположены на линиях центров масс секторов (рис.3.3) (проводимость удваивается за счет обоих сторон системы) \
, (3.5)где X1 и T1 - соответственно сторона квадрата и расстояние между ними.
Площадь сектора
, (3.6) 
Сторона квадрата Х1 и расстояние между квадратами Т1
(3.7) 
Расстояние между квадратами
, (3.8)