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溫敏軟磁鐵氧體在溫度傳感器中的應用開發

發表時間：2009-09-11 文章來源：

一、引言軟磁鐵氧體的磁導率在其居里點溫度附近將發生急劇下降現象，利用這一特點制作的溫敏器件被廣泛應用于控溫、限溫和預警等領域，在汽車、空調、辦公自動化和家用電器等行業中作用很大，這類溫敏器件的優點是：①高的可靠性；②優良的耐環境性；③噪聲電壓小；④安裝使用簡便；⑤適合批量生產。本文研究了溫敏錳鋅鐵氧體的制備工藝，制出了3℃～10℃、83℃～90℃、108℃～115℃變化的溫敏軟磁材料，并成功地應用于汽車冷起動傳感器、水箱溫度傳感器、熱起動傳感器的研制。
二、實驗 1. 對溫度鐵氧體材料的要求（1）軟磁材料的居里溫度與所要求控制的溫度接近；（2）控制溫區的磁導率變化率大于200%/℃，磁導率要求降到100以下；（3）非控制溫區的磁導率變化率要小于10%/℃，并且磁導率要求保持400以上。 2. 配方設計根據上述性能要求，我們以碳酸錳、氧化鋅、氧化鐵為原料，添加少量的氧化銅、氧化鈣，采用一般氧化物陶瓷工藝制備，經混合→球磨→預燒→二次球磨→壓制成型→燒結等工藝流程，制成的樣品用CD-16磁性參數測試儀配合高低溫實驗箱測量材料的磁導率以及磁導率與溫度（μ-T）的關系曲線。在材料制備過程中，通過調整配方原料的比例，優化工藝參數，得到的實驗結果如下。（1）Fe2O3與ZnO的含量變化引起的居里溫度的變化趨勢相反，這是因為隨著Fe2O3含量的增加，使間接交換作用增強，而ZnO的增加所起的作用恰恰相反。（2）氧化銅的適量加入可以降低燒結溫度，并可以在空氣中燒結，其它材料及工藝參數相同。（3）錳含量增加可提高磁導率，同時使居里點溫度附近磁導率的變化加劇。（4）另外在實驗中我們發現加入適量的氧化鈣或氧化鉻，可以提高低溫區的磁導率，大約可以提高50%～80%。通過上述實驗，我們確定了3℃～10℃溫敏鐵氧體的配方為： Mn0.2ZnxCu0.8－xFe2O4，最佳工藝為：球磨后700℃～800℃溫度下馬福爐中進行預燒結處理，以1∶1.2的料水
二次球磨，造粒成型后在1000℃～1100℃下空氣氣氛中燒結而成。
三、應用溫敏軟磁鐵氧體材料在應用領域較為廣泛，下面就汽車用冷起動傳感器（3℃～10℃）和熱起動傳感器（108℃～115℃）為例作一簡單介紹。 1、汽車冷起動傳感器是在3℃時斷開，10℃（±3℃）時導通的感溫磁性開關，主要核心部件為軟磁環、永磁環、干簧管、銅環墊片。 2、汽車熱起動傳感器是在115℃（±3℃）時斷開，108℃導通，且常溫導通的感溫磁性開關，主要核心部件為軟磁環、永磁環、干簧管。以上應用實例的工作原理是：當外界溫度由低升高穿越居里溫度時，軟磁環的磁導率迅速下降，通過干簧管的磁通密度減小，使干簧管的狀態發生改變（簧片接通或斷開）；當外界溫度由高降低穿越居里溫度時，軟磁環的磁導率迅速增加，通過干簧管的磁通密度增大，使干簧管的狀態發生改變（簧片接通或斷開），從而實現其溫度控制開關狀態。四、小結利用普通的陶瓷工藝，制備成功了具有良好的溫敏特性的軟磁鐵氧體材料，并應用于汽車冷起動傳感器和熱起動傳感器的研制。另外，在實驗過程中，同時研制出了從－30℃～115℃溫敏范圍的系列溫敏鐵氧體材料，其中83℃～90℃溫敏鐵氧體正在用于研制汽車水箱溫度控制傳感器。隨著應用工作的不斷發展，溫敏軟磁材料的應用范圍還將不斷擴大，在自動控制以及家用電器領域必將發揮更大的作用。

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