溫度穩(wěn)定性概念

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有一個共同的規(guī)律，因此只表征材料主要參數(shù)的變化關(guān)系。通常用“正溫最大相對頻移”和“負(fù)溫最大相對頻移”的方法來表示壓電材料諧振頻率隨溫度的變化特性，其關(guān)系為：

正溫最大相對漂移=[△f_r(正溫最大)]/[f_r(25)]

負(fù)溫最大相對漂移=[△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，也可用上述方法來表示。

另外，還有一種用諧振頻率溫度系數(shù)來表示材料溫度穩(wěn)定性的方法。諧振頻率溫度系數(shù)是指每變化1°C時諧振頻率的相對變化值。這種方法對線性變化的材料是合適的，但對非線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性變化，因此，一般均不用后一種方法來表示。

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給定的頻率上振蕩。

為了提高穩(wěn)定性，在制造SAW器件時，必須在工作頻率范圍內(nèi)(例如300~400 MHz)進行老化試驗，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)噴涂單分子有機物或其他材料，以免影響諧振器長期工作性能或?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)定度的一個主要任務(wù)。無論是石英諧振器、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101或更小。這是因為諧振器是無源裝置，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，采用集成溫度補償、雙通道SAW諧振敏感元件以及先進的高真空封裝技術(shù)，可使頻率和溫度穩(wěn)定度達到很高水平。

如圖1所示是描述激光器輸出光功率

激光器

激光器的老化過程(圖2(b))與溫度升高的情況類似，除了閾值電流，

把壓電陶瓷材料放在各種環(huán)境溫度下進行性能測試，發(fā)現(xiàn)在不同溫度下，性能參數(shù)發(fā)生改變，改變的大小要看具體材料的具體參數(shù)而定，似乎沒有一個共同的規(guī)律．這種隨溫度而變化的情況，用“溫度穩(wěn)定性”來標(biāo)志．對溫度穩(wěn)定性的描述，有好幾種方法。

國外多采用性能參數(shù)的溫度系數(shù)或溫度變化率來描述。例如，諧振頻率溫度系數(shù)即所謂

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，磁體的磁通量Φ（TotalFlux）都會發(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，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，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（假設(shè)變化量不是很大），Br的變化是線性可逆的。

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)實中我們更常見到的是不可逆轉(zhuǎn)的變化，特別是在磁體開路狀態(tài)下測試其磁通量（TotalFlux）隨溫度變化至T1而產(chǎn)生的不可恢復(fù)的相對變化量，我們稱之為溫度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。但事實上在開路狀態(tài)下，對于特定工作點（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）。那么對于αBr和βHcj何者更重要呢？這取決于工作點的選擇，如果磁體的工作點較高，即B/H>>1時αBr起主要的影響作用，而當(dāng)B/H<<1時βHcj對磁場的穩(wěn)定性起主要影響作用。而對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，也就是說此時的磁性能損失雖不能通過恢復(fù)溫度來挽回，但通過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，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的，一般為10%）。老化處理的溫度和時間根據(jù)用途或用戶要求來做。例如：可在開水中沸煮3小時，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。另外還有一些辦法，可通過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，添加Co，可使3d亞點陣間的交換作用加強，從而使αBr得以提高。而加入Dy，盡管會降低居里溫度，但由于其磁矩與Fe亞點陣磁矩反平行耦合，故亦可改善αBr。如同時添加：用Co替代Fe，用Dy替代Nd，且當(dāng)比例適當(dāng)時，NdFeB磁體的αBr可降到0。如對成分為（Nd0.5Dy0.5）15.5Fe51Co26B7.5磁體，其磁性能即可達：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)定性電機磁鋼

再比如電機使用的磁鋼，對αBr沒有太大要求，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。故實際應(yīng)用中,主要是通過提高Hcj來提高βHcb,降低磁通不可逆損失。經(jīng)驗表明:工作點Pc=2,Hcj≥17KOe時,βHcb能從-0.6%/℃降到-0.2%/℃。

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

hirr=(其中Hd（T）為退磁場)

如假定αBr、βHcj隨溫度線性變化，則進一步有：

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，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。

一般都利用標(biāo)準(zhǔn)溫度與實測直行溫度平均值的偏差來反饋調(diào)節(jié)總煤氣量和總空氣量，以控制焦?fàn)t總供熱量，也有采用前饋計算需熱量的控制方法，其目的是保證全爐炭化室按推焦計劃表正常推焦 。

一種高阻抗高溫度穩(wěn)定性高壓分壓器專利目的

《一種高阻抗高溫度穩(wěn)定性高壓分壓器》的目的是提供一種高阻抗高溫度穩(wěn)定性高壓分壓器，具有輸入阻抗高，功耗低，溫度穩(wěn)定性好，輸出精度更高，體積小的特點。

一種高阻抗高溫度穩(wěn)定性高壓分壓器技術(shù)方案

《一種高阻抗高溫度穩(wěn)定性高壓分壓器》包括互相平行設(shè)置的高壓電極和低壓電極，在高壓電極和低壓電極之間安裝有高壓臂電阻器，其特征在于：高壓臂電阻器為片式電阻器，它傾斜放置于高壓電極和低壓電極之間，高壓臂電阻器一側(cè)靠近高壓電極，另一側(cè)靠近低壓電極，且高壓臂電阻器與高、低壓電極之間的夾角小于30度；高壓臂電阻器靠近高壓電極一側(cè)的引線接高壓電極，靠近低壓電極一側(cè)的引線從低壓電極附近引出；高壓臂電阻器的高壓臂電阻器電阻膜在高、低壓電極上與高、低壓電極垂直方向上的投影在所投影的電極平面范圍之內(nèi)；高壓電極和低壓電極之間及高壓臂電阻器周圍填充絕緣介質(zhì)。高壓臂電阻器的高壓臂電阻器電阻膜安裝在基片上，高壓臂電阻器電阻膜兩側(cè)連接有引線，高壓臂電阻器電阻膜上方有蓋片；基片和蓋片均為長條形片狀，兩者材質(zhì)和電氣性能相同。還包括設(shè)置于低壓電極外側(cè)的低壓臂電阻器，該低壓臂電阻器的電阻膜與高壓臂電阻器電阻膜的材料電阻率溫度系數(shù)相同；低壓臂電阻器一端引線與靠近低壓電極的高壓臂電阻器引線連接，另一端與低壓電極連接。

低壓臂電阻器為片式電阻器；其靠近低壓電極并與低壓電極平行；低壓臂電阻帶有與低壓電極相連接的屏蔽罩。高壓電極、低壓電極和高壓臂電阻器都是長方體形狀；高壓臂電阻器電阻膜在高、低壓電極上與高、低壓電極垂直方向上的投影的外邊沿與所投影電極外邊沿之間的距離不小于兩個電極之間距離的一半。在高壓電極和低壓電極外側(cè)，分別連接有向相對電極方向彎曲的金屬屏蔽罩；所述的金屬屏蔽罩與相對的電極絕緣。所述的絕緣介質(zhì)為硅橡膠。

一種高阻抗高溫度穩(wěn)定性高壓分壓器改善效果

《一種高阻抗高溫度穩(wěn)定性高壓分壓器》的積極效果在于：第一、電極間電場分布的梯度與電阻器上電壓分布的梯度基本一致，電阻器上各點與周圍等電勢，減弱了空間雜散電容和介質(zhì)電阻對輸出精度的影響，從而在保證輸出精度的的同時，可以設(shè)計更高的輸入阻抗。例如10千伏高壓分壓器輸入阻抗可設(shè)計到5兆歐，這樣耗散功率只有2瓦，節(jié)省了能耗，降低了設(shè)備工作溫度。第二、縮短了兩個電極間的距離，并填充同種絕緣介質(zhì)，減少了不同部位溫差造成的影響，從而獲得了較高的溫度穩(wěn)定性，并具有較低的溫度系數(shù)，在戶外嚴(yán)酷的工作環(huán)境中仍能保持較高的測量精度。第三、減少了高壓分壓器的體積，10千伏高壓分壓器體積可做到120×70×20毫米，方便集成到其他產(chǎn)品中。