热敏磁性材料的特性及应用

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如果你在自动电饭锅中加好水和米,开启开关后就上班去了,当你下班回家时,掀开锅盖一看,香喷喷的饭已烧好了。这不是传说中的田螺姑娘帮的忙,而是热敏磁性元件制成的限温器控制的结果。

目前,国内外研制和生产的热敏磁性材料分为金属热敏磁和铁氧体热敏磁两大类。它们的主要磁特性与温度有密切的关系,即在居里温度Q\(_{f}\)附近,磁特性明显下降。例如,Qf100的热敏材料,在低于100℃时,材料具有典型的磁特性,在高于100℃时,材料基本上失去磁性。图1描述了Q\(_{f}\)40~Qf200的铁氧体热敏材料的μ\(_{i}\)~Tc的曲线。

图1
图1 🔍原图 (884×548)

我们厂研究和生产的热敏铁氧体材料,在正常温度下具有锰锌铁氧体材料的一般属性。此外,还具有热敏材料的特性,如1.热敏铁氧体具有稳定的居里温度,不管环境温度升高多少次,居里温度不会改变,十分稳定可靠。2.热敏材料的μ\(_{i}\)—Tc曲线在居里温度处迅速下降,即曲线在Q\(_{f}\)附近斜率很大。从图中可以看出,定义20%初导时的温度为T1,80%初导时为T\(_{2}\),T2-T\(_{1}\)=ΔT,通常ΔT不超过5℃。3.热敏材料的饱和磁感应强度在Qf时迅速下降。此外,热敏材料还具有较好的热传导性和快的热反应速度,以保证器件的灵敏度。

由于热敏磁性元件具有可靠性高、热传感性强、体积小、成本低、结构简单、使用方便等特点,所以在限温、控温、监示、报警等自动控制领域中的应用将越来越广泛。

图2
图2 🔍原图 (300×355)

热敏铁氧体在自动电饭锅中作限温器用,其基本结构如图2所示。它的工作原理是:限温器上部紧靠盛米的锅底部,加热盘在限温器的周围,打开开关,连杆向上推,克服弹簧的弹力,使永磁铁与热敏磁块接触。由于热敏磁块是导磁的,所以被永磁铁吸住(设计时吸力应大于弹力)。当锅内的水烧干后,热敏块的温度迅速上升,当锅内温度达到101℃~105℃时,热敏磁块失去磁性,永磁体对热敏磁块不再有吸力,由于弹簧的推力将连杆推开,断开电源,保证锅内的饭不稀不糊。

图3
图3 🔍原图 (449×427)

设备过载保护器电路见图3。在热敏铁氧体磁环上绕上线圈,线圈的初级串入设备的各电源电路中,次级的感应电压用于控制继电器。正常时,电路导通,当设备电流超过正常电流时,初级线圈发热、达到额定功率时,热量超过磁环的居里温度。磁环失去磁性,次级无感应电压,继电器释放,切断电源,起到过载保护作用。线圈的线径、磁环的居里温度选择应根据设备功率大小而定。

图4
图4 🔍原图 (386×231)

热敏磁控干簧开关结构如图4,中间是一只干簧管,在干簧管中段套上一只热敏环,热敏环的两侧再分别套上永磁环。当环境温度低于热敏环的居里温度时,通过热敏环与干簧管的两个簧片磁力线形成一个回路,两个簧片上呈现不同的极性,因异性相吸而闭合。当环境温度高于居里温度时,热敏环不导磁,永磁环的磁力线不能回集到干簧片,簧片弹开,干簧开关开路。随温度变化,可以反复循环。

图5
图5 🔍原图 (525×212)

利用热敏磁干簧开关,可以制成各种温度报警器,如图5所示。将RQ\(_{f}\)40℃热敏干簧开关作探头插入粮堆中,可以早期发现粮堆是否发热;利用RQf65℃的探头可制成火警自动报警仪;将RQ\(_{f}\)100℃的探头插入水壶中,水烧开后可自动报警。利用热敏干簧开关还可以控制暖房、烘房的温度,便于催芽、育苗。(柏维正 等)