Магнитомягкие материалы. Ферриты

Основные виды испытаний ферритов следующие: 1) статические испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение; 2) динамические испытания нп ударную прочность (вязкость); 3) испытания на твердость; 4) определение упругих постоянных динамическим способом.

Необходимо отметить, что при испытаниях образцов из ферритов наблюдается большой разброс результатов. Этот разброс в первую очередь объясняется различными технологическими факторами (различным давлением при прессовании, различием температуры обжига, наличием микротрещин, неоднородной зернистостью и т.п.)

Таблица 6. Сводная таблица механических характеристик некоторых марок ферритов

5.2 Способы измерения и контроля магнитных свойств ферритовых материалов и изделий из них

Все возрастающее разнообразие применяемых в автоматике, телемеханике и вычислительной технике ферритовых элементов вызывают необходимость усовершенствования старых и изыскания новых методов измерений их магнитных и механических свойств. Некоторые методы являются общими для большинства ферромагнитных материалов; к ним относятся большая часть испытаний на постоянном токе. По мере же появления новых областей использования магнитных элементов увеличивается разновидность самих элементов и методов их испытаний, разрабатываются специфические измерительные устройства. Причем методы испытаний приближены к условиям работы элемента в конкретном устройстве, а параметры отражают специфику поведения ферритовых материалов в каких-либо особых условиях.

5.2.1 Методы измерения статических свойств ферритовых изделий

Статические характеристики ферритовых элементов определяются в постоянных и близких к постоянным полях. При испытании ферритового образца на постоянном токе происходит очень медленный переход сердечника из одного магнитного состояния в другое, и перемагничивание протекает по статической петле гистерезиса. Параметры статической петли гистерезиса определяются баллистическим, магнитометрическим методами, методом осциллографирования петли гистерезиса и импульсного считывания.

Баллистический метод. Баллистический метод успешно применяется для определения статических петель гистерезиса любых магнитных материалов. Блок-схема баллистической установки приведена на рис.14. Процесс изменения индукции при изменении внешнего намагничивающего поля (т.е. снятие петли гистерезиса) определяется по отклонению рамки баллистического гальванометра. Угол отклонения пропорционален количеству электричества, протекающего через рамку гальванометра. Зная этот угол, можно определить изменение индукции образца при данном значении напряженности, или изменение напряженности поля пи изменении коэрцитивной силы.

Баллистический метод позволяет строить по отдельным точкам петлю гистерезиса ферромагнитных материалов при различных напряженностях внешнего магнитного поля и определять соответствующие статические параметры образцов с точностью до 1-3 %. Основными недостатками этого метода являются большая трудоемкость, невозможность непрерывного произведения измерений и автоматизации этого процесса.

Магнитометрический метод. Для определения магнитых характеристик на постоянном токе в технике широко применяется также магнитометрический метод. В его основу положен эффект воздействия исследуемого образца на стрелку магнитометра. По углу отклонения магнитной стрелки прибора измеряется магнитный момент образца. Магнитометрический метод позволяет определить основную кривую намагничивания, петлю гистерезиса, магнитный момент, магнитную восприимчивость исследуемых образцов.

Метод осциллографирования петли гистерезиса. Этот метод основан на непосредственном визуальном наблюдении петли гистерезиса на экране осциллографа. Подобного рода приборы условно разделены на ферротестеры (проводят грубую качественную оценку параметров путем сопоставления на экране петли гистерезиса испытуемого образца с эталонной) и феррографы, гистерографы, петлескопы (для количественной оценки).

При таком методе измерения статических параметров ферромагнтных образцов внешнее магнитное поле не является постоянным. Однако частота изменения поля такова, что с некоторой погрешностью создаваемое поле можно приравнивать к постоянному.

К достоинствам метода осциллографирования можно отнести оперативность оценки свойств отдельных малогабаритных сердечников путем наблюдения как частных, так и предельных петель гистерезиса.

Метод импульсного считывания. Метод заключается в том, что в испытываемом образце создается поочередно поток от напряженности поля постоянного тока и поток "считывания" от импульсного тока, направленный навстречу. При этом поле импульса должно быть достаточным для перемагничивания по предельной петле гистерезиса. Сигнал с измерительой обмотки подается на импульсный милливольтметр.

Точки восходящего участка петли гистерезиса получаются последовательным увеличением намагниченности постоянного поля и фиксацией соответствующего сигнала.

Чувствительность этого метода на несколько порядков выще баллистического. Однако погрешность измерений выше и составляет величину порядка 5-10 %.

К достоинствам этого метода следует отнести возможость автоматизации автоматизации измерения статических характеристик ферритов.

Блок-схема установки для измерения статических характеристик ферритов методом импульсного считывания приведена на рис.16.

5.2.2 Методы измерения импульсных свойств ферритовых изделий и способы их автоматизации

Методы испытаний магнитомягких ферритов в импульсных полях определены ГОСТ 12635-67 "Методы испытаний в диапазоне частот от 10 кГц до 1 МГц" и ГОСТ 12636-67 "Методы испытаний в диапазоне частот от 1 до 200 МГц". При этом в диапазоне частот от 1 до 200 МГц измеряют, как правило, в слабых полях, следующие параметры: начальную магнитную проницаемость _н, тангенс угла диэлектрических потерь , температурный коээффициент начальной магнитной проницаемости ТК, а в диапазоне выше 200 МГц - параматры СВЧ, т.е. ширину резонансной кривой, напряженность резонансного поля.

Для измерения tg и ТК резонансным и индукционным методами используют различные стандартные приборы и установки: низкочастотный измеритель индуктивности ЭМ18-2 (с рабочей частотой до 10 кГц), установку для измерения индуктивности и сопротивления УИМ-1 (с диапазоном частот от 10 кГц до 1 МГц), установки для испытания магнитных материалов УИММ-2 и УИММ-3 (с диапазоном частот от 20 кГц до 1 МГц), измеритель добротности Е9-4 ( с диапазоном частот от 50 кГц до 35 МГц).

Испытания на частотах свыше 200 МГц проводятся на ферритах, применеяемых для устройств СВЧ диапазона. Методы и аппаратура для испытания в СВЧ диапазоне отличается повышенной сложностью и трудны для упрощенного описания. Поэтому ограничимся лишь указанием нормативных документов, определяющих методики испытания образцов в СВЧ диапазоне: ГОСТ 12637-67 и нормаль НПО.707.006.

Рассмотренные выше методы измерения магнитных характеристик в постоянном и переменном магнитных полях имеют ряд общих недостатков:

а) сложность и длительность измерений и вычислений;

б) необходимость испытания образцов определенной формы и размеров и нанеснения многовитковых обмоток.

Объемы же производства и специфики использования изделий из магнитомягких ферритов требуют проведения массового контроля их магнитных параметров. Проведение такого контроля невозможно без применения автоматических средств измерения.

Рассмотрим кратко автоматические средства для измерения характеристик магнитомягких ферритов.

Для измерения магнитной проницаемости, потерь, температурной стабильности, коэрцитивной силы и остаточной индукции магнитомягких материалов применяются автоматические установки. В качестве намагничивающей и измерительной обмоток в этих установках служит раздвоенная игла, которая обеспечивает одновременно его намагничивание и снятие сигнала с выходной обмотки. Если при этом обеспечивается автоматическая подача образцов на измерительный столик, автоматическое опускание и подъем иглы, то такое устройство обеспечивает быстрый автоматический контроль параметров всех изготовляемых деталей. В таком устройстве величина измеряемого параметра не расчитывается, а выводится в необходимых единицах измерения на цифровой прибор с одновременной автоматической записью его на ленту печатающего устройства. Необходимые импульсные программы поступают автоматически с соответствующего блока.

Выводы

Ферриты и изделия из них начиная с момента их изобретения нашли наиболее широкое применение в радиоэлектронике и вычислительной технике среди других магнитомягких материалов. Кроме того, что ферритовые изделия в большинстве случаев могут эффективно заменить изделия из других материалов, они обладают рядом уникальных физико-химических, магнитных и электрических свойств, не присущих ни одному другому материалу.

Применение ферритовых изделий в вычислительной технике позволило значительно ускорить процесс вычислений благодаря возможности значительной миниатюризации запоминающих устройств и устройств переключения.

Несмотря на значительный прогресс в области производства интегральных схем высокой степени миниатюризации и связанное с этим некоторое падение интереса к ферритовым сердечникам как к устройствам памяти, изделия подобного рода все еще находят довольно широкое применение в устройствах управления различными процессами и контроля выпускаемых изделий в промышленности.

С другой стороны, прогресс в области производства интегральных схем и производство автоматов на их основе позволило значительно улучшить контроль качества при производстве ферритов, что в свою очередь позволило выпускать ферритовые изделия с более точными характеристиками.

Применение ферритовых сердечников в радиоэлектронной аппаратуре в качестве сердечников катушек и основ для магнитных головок воспроизводящей и записывающей аппаратуры на данный момент является наиболее обширным. По своим характеристикам ферритовые сердечники не имеют аналогов по соотношению цена/качество среди других материалов и применяются в очень широком диапазоне приборов: от любительской техники до высокоточных промышленных аппаратов.

Литература

1. З.Фактор и др. Магнитомягкие материалы. М.: Энергия, 1964 -- 312 с.

2. Э.А.Бабич и др. Технология производства ферритовых изделий. М.: Высшая школа, 1978, 1978 -- 224 с.

3. В.А.Злобин и др. Ферритовые материалы. Л.: Энергия, 1970 --112 с.

4. В.В.Пасынков, В.С.Сорокин. Материалы электронной техники, М.: Высшая школа, 1986 -- 367 с.

5. Ю.В.Корицкий и др. Справочник по электротехническим материалам. Т.3, Л.: Энергоатомиздат, 1988 -- 728 с.

Размещено на Allbest.ru