混凝土穩(wěn)定溫度

中文名稱(chēng)

混凝土穩(wěn)定溫度

英文名稱(chēng)

stable temperature of concrete

定　　義

在澆筑完成后的一定時(shí)間內(nèi)，混凝土內(nèi)部不再發(fā)生較大變化時(shí)的溫度。

應(yīng)用學(xué)科

水利科技（一級(jí)學(xué)科），水利工程施工（二級(jí)學(xué)科），水工混凝土施工（水利）（三級(jí)學(xué)科）

為了提高SAW諧振敏感元件的頻率穩(wěn)定性，需要在電路中加入一定的補(bǔ)償電路。這樣，在很寬的溫度范圍內(nèi)，SAW諧振敏感元件就能以高精度在一個(gè)給定的頻率上振蕩。

為了提高穩(wěn)定性，在制造SAW器件時(shí)，必須在工作頻率范圍內(nèi)(例如300~400 MHz)進(jìn)行老化試驗(yàn)，以確定SAW器件老化特性的幾種因素的影響。例如，為減小老化的影響，必須采取密封裝置、真空烘干和抽真空封裝等措施。另外，在安裝SAW器件的密封盒中，不應(yīng)該有會(huì)放出氣體的物質(zhì)，也不要在SAW空腔諧振器內(nèi)噴涂單分子有機(jī)物或其他材料，以免影響諧振器長(zhǎng)期工作性能或?qū)е骂l率漂移及穩(wěn)定性的降低。所有這些措施都將會(huì)大大提高SAW諧振敏感元件的頻率穩(wěn)定度。

定量分析諧振器的老化情況是分析研究穩(wěn)定度的一個(gè)主要任務(wù)。無(wú)論是石英諧振器、體波諧振器還是SAW諧振敏感元件，它們的特性隨時(shí)間的變化都是很小的。在它們工作一年以后，其頻率穩(wěn)定精度仍可達(dá)101或更小。這是因?yàn)橹C振器是無(wú)源裝置，一般都是將諧振器作為頻率反饋元件而構(gòu)成諧振器電路。另外，采用集成溫度補(bǔ)償、雙通道SAW諧振敏感元件以及先進(jìn)的高真空封裝技術(shù)，可使頻率和溫度穩(wěn)定度達(dá)到很高水平。

溫度穩(wěn)定性是指壓電材料的性能隨溫度變化的特性。不同材料的各種性能隨溫度變化沒(méi)有一個(gè)共同的規(guī)律，因此只表征材料主要參數(shù)的變化關(guān)系。通常用“正溫最大相對(duì)頻移”和“負(fù)溫最大相對(duì)頻移”的方法來(lái)表示壓電材料諧振頻率隨溫度的變化特性，其關(guān)系為：

正溫最大相對(duì)漂移=[△f_r(正溫最大)]/[f_r(25)]

負(fù)溫最大相對(duì)漂移=[△f_r(負(fù)溫最大)]/[f_r(25)]

式中f_r(25)表示在常溫(通常指25°C)測(cè)得的頻率值，△f_r(正溫最大)表示正溫范圍內(nèi)(如25～85°C)相對(duì)于f_r(25)的頻率最大變化值，△f_r(負(fù)溫最大)表示負(fù)溫范圍內(nèi)(如-55~25°C)相對(duì)于f_r(25)的頻率最大變化值。

壓電材料其它參數(shù)的溫度穩(wěn)定性，也可用上述方法來(lái)表示。

另外，還有一種用諧振頻率溫度系數(shù)來(lái)表示材料溫度穩(wěn)定性的方法。諧振頻率溫度系數(shù)是指每變化1°C時(shí)諧振頻率的相對(duì)變化值。這種方法對(duì)線(xiàn)性變化的材料是合適的，但對(duì)非線(xiàn)性變化的材料是不合理的。由于壓電陶瓷的溫度特性基本上都屬非線(xiàn)性變化，因此，一般均不用后一種方法來(lái)表示。

當(dāng)釹鐵硼永磁體工作環(huán)境的溫度在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，磁體的磁通量Φ（TotalFlux）都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,如下圖示:

我們用剩磁可逆溫度系數(shù)αBr、Hcj溫度系數(shù)βHcj和磁通不可逆損失hirr來(lái)衡量釹鐵硼磁性能隨溫度而發(fā)生的變化。

磁穩(wěn)定性剩磁溫度系數(shù)

剩磁可逆溫度系數(shù)αBr：當(dāng)工作環(huán)境溫度自室溫T0升至溫度T1時(shí)，釹鐵硼的剩磁Br也從B0降至B1；當(dāng)環(huán)境溫度恢復(fù)至室溫時(shí)，Br并不能恢復(fù)到B0，而只能到B0'。此后當(dāng)環(huán)境溫度在T0和T1間變化時(shí)（假設(shè)變化量不是很大），Br的變化是線(xiàn)性可逆的。

同理，我們可以得出內(nèi)稟矯頑力Hcj的溫度系數(shù)βHcj如下：

溫度系數(shù)α和β所衡量的只是磁性能的可逆變化，即是恢復(fù)溫度即可恢復(fù)磁性能。

磁穩(wěn)定性磁通公式

現(xiàn)實(shí)中我們更常見(jiàn)到的是不可逆轉(zhuǎn)的變化，特別是在磁體開(kāi)路狀態(tài)下測(cè)試其磁通量（TotalFlux）隨溫度變化至T1而產(chǎn)生的不可恢復(fù)的相對(duì)變化量，我們稱(chēng)之為溫度T1下磁通的不可逆損失hirr，公式為：

從使用的角度看，是希望αBr、βHcj和hirr都是越小越好。但事實(shí)上在開(kāi)路狀態(tài)下，對(duì)于特定工作點(diǎn)（即磁體元件的尺寸和形狀）的NdFeB磁體，其αBr較高，一般為-0.11-0.12%/℃；βHcj也較高，一般為-0.6-0.7%/℃（但其與溫度段有直接關(guān)系）。那么對(duì)于αBr和βHcj何者更重要呢？這取決于工作點(diǎn)的選擇，如果磁體的工作點(diǎn)較高，即B/H>>1時(shí)αBr起主要的影響作用，而當(dāng)B/H<<1時(shí)βHcj對(duì)磁場(chǎng)的穩(wěn)定性起主要影響作用。而對(duì)于磁通的不可逆損失hirr，通常要求>1，在該磁體材料允許使用的最高溫度下，該磁體的hirr應(yīng)≤5%.比如33SH性能標(biāo)準(zhǔn)塊（2″×2″×1″）在恒溫150℃×1小時(shí)后恢復(fù)至常溫，其hirr<5%.

當(dāng)外界溫度自室溫上升，磁性能初始的損失是可逆的，恢復(fù)溫度即可恢復(fù)磁性能；其后包括了不可逆但可恢復(fù)的損失，也就是說(shuō)此時(shí)的磁性能損失雖不能通過(guò)恢復(fù)溫度來(lái)挽回，但通過(guò)再充磁還是可以恢復(fù)的；若溫度升至磁體的居里溫度以上時(shí)，磁體的組織結(jié)構(gòu)遭到不可恢復(fù)的破壞，即為不可逆且不可恢復(fù)的磁性能損失。

磁穩(wěn)定性研究進(jìn)展

一般使用情況下，解決溫度穩(wěn)定性的辦法是做老化處理，以消除磁體不穩(wěn)定的因素（當(dāng)然，這是以損失部分磁性為代價(jià)的，一般為10%）。老化處理的溫度和時(shí)間根據(jù)用途或用戶(hù)要求來(lái)做。例如：可在開(kāi)水中沸煮3小時(shí)，或在烘箱中附鐵板加熱老化，也可在高真空燒結(jié)爐中準(zhǔn)確恒溫125℃×1.5小時(shí)。另外還有一些辦法，可通過(guò)添加某些元素直接提高磁體本身的溫度穩(wěn)定性。如微波通訊器件的應(yīng)用領(lǐng)域，要求磁感應(yīng)強(qiáng)度溫度系數(shù)αBr越低越好，近幾年此方面的研究有了很大進(jìn)展：

①添加Co，能有效地提高居里溫度（一般加入1at.%Co,可提高Tc約10℃）；同時(shí)，添加Co，可使3d亞點(diǎn)陣間的交換作用加強(qiáng)，從而使αBr得以提高。而加入Dy，盡管會(huì)降低居里溫度，但由于其磁矩與Fe亞點(diǎn)陣磁矩反平行耦合，故亦可改善αBr。如同時(shí)添加：用Co替代Fe，用Dy替代Nd，且當(dāng)比例適當(dāng)時(shí)，NdFeB磁體的αBr可降到0。如對(duì)成分為（Nd0.5Dy0.5）15.5Fe51Co26B7.5磁體，其磁性能即可達(dá)：Br=0.88T；Hcj=1.23MA/M-1（15KOe），Hcb=525.4KAM-1；BHm=119.4KJ/M3，αBr=0.00%/℃；磁通不可逆損失≤5%.

②在此基礎(chǔ)上，添加Ga，W，可得到低αBr的燒結(jié)NdFeB磁體。

③而磁體中添加Tb，則不僅可得到低的αBr，而且能保持高的Hcj和BHm。

磁穩(wěn)定性電機(jī)磁鋼

再比如電機(jī)使用的磁鋼，對(duì)αBr沒(méi)有太大要求，但卻要求βHcj越低越好。βHcj改善很難，但也有一些研究成果表明：

①添加Dy、Tb、Ga，能改善燒結(jié)磁體的βHcj;

②添加Sn，能改善燒結(jié)磁體的βHcj:NdFeB磁體或含Al、Dy的NdFeB磁體添加Sn，使局部有效退磁因子Neff減小，從而使矯頑力溫度系數(shù)βHcj得以降低。但βHcj值的降低效果有限。故實(shí)際應(yīng)用中,主要是通過(guò)提高Hcj來(lái)提高βHcb,降低磁通不可逆損失。經(jīng)驗(yàn)表明:工作點(diǎn)Pc=2,Hcj≥17KOe時(shí),βHcb能從-0.6%/℃降到-0.2%/℃。

③關(guān)于磁通不可逆損失hirr:運(yùn)用磁學(xué)唯象理論知識(shí)，可推導(dǎo)磁通不可逆損失的計(jì)算公式為：

hirr=(其中Hd（T）為退磁場(chǎng))

如假定αBr、βHcj隨溫度線(xiàn)性變化，則進(jìn)一步有：

磁通不可逆損失hirr=(CGS)

磁穩(wěn)定性降低磁通途徑

據(jù)上面的公式可知，要降低磁通不可逆損失，可有以下幾個(gè)途徑：

·添加Dy、Nb、V、Ga等微量元素，以降低βHcj，從而降低磁通不可逆損失。

·添加微量元素，降低Neff：既降低D值，也降低βHcj，從而最終降低磁通不可逆損失：研究表明：釹鐵硼磁體中添加微量Sn，可降低合金內(nèi)部的局域有效退磁場(chǎng)，也可降低矯頑力溫度系數(shù)βHcj，從而使磁體磁通不可逆損失得以降低。

·通過(guò)改善磁體粒度分布及晶粒一致性，以減小Br-Mk的差值，從而降低磁通不可逆損失。

·選擇合適的長(zhǎng)徑比，得到合適的D值。

·選擇合適的使用溫度，使磁通不可逆損失控制在所需的范圍。