книги из ГПНТБ / Стабильность свойств ферритов. (Анализ физических свойств при внешних воздействиях, прогнозирование. Элементы проектирования)

Характер влияния частоты электромагнитного поля на относительное изменение магнитной проницаемости для трех марок ферритов приведен на рис. 2.25. Из гра­

проницаемости ферритовых магнитопроводов практиче­ ски не зависит от частоты.

Анализируя результаты исследований Mn-Zn ферри­ товых магнитопроводов, можно отметить повторяющую­ ся картину временного изменения магнитной проницае­ мости для всех основных марок ферритов. При дли­ тельном совместном воздействии температуры и электромагнитного поля в феррите, наиболее вероятно,

57

происходят два процесса: старение при воздействии тем­ пературы и аккомодация проницаемости при воздейст­ вии электромагнитного поля.

В начальный момент времени эти два процесса про­ тиводействуют друг другу и характер изменения прони­ цаемости зависит от их интенсивности. Так как аккомо­ дационный процесс при постоянном значении электро­ магнитного поля сравнительно быстро приходит к насыщению, то в дальнейшем преобладает процесс старения или дезаккомодации. При высоких температу­ рах при тех же величинах поля скорость процесса дез­ аккомодации (старения) превышает скорость процесса

58

аккомодации и поэтому на графиках нет положительных величин относительного изменения магнитной проницае­ мости. Как уже отмечалось выше, при совместном воз­ действии на ферритовый магнитопровод положительной температуры и электромагнитного поля относительное изменение проницаемости уменьшается. При этом для некоторых режимов изменения проницаемости имеют минимальное значение. Этот факт можно использовать для оптимизации режимов и условий работы элемента на основе ферритового магнитопровода в составе радио­ электронной аппаратуры.

Статистическая обработка результатов эксперимента по испытанию марганец-цинковых ферритов марок

700НМ, 1000НМЗ, 1500НМЗ, 2000НМ1, 2000НМЗ, 3000НМ, 4000НМ и 6000НМ позволяет определить ха­ рактер изменения магнитной проницаемости и закон распределения значений относительного изменения маг­ нитной проницаемости. Это дает возможность разрабо­ тать математическую модель старения ферритов, приве­ сти аналитическое выражение для количественного определения относительного изменения магнитной про­ ницаемости при воздействии различных эксплуатацион­ ных факторов, а также разработать рекомендации по выбору оптимальных режимов работы ферритовых магнитопроводов.

Необходимо отметить, что закон распределения зна­ чений относительного изменения магнитной проницаемо­ сти в различных временных сечениях при разных нара­

где М (Др/ц), а — математическое ожидание и средне­ квадратическое отклонение относительного изменения магнитной проницаемости в рассматриваемом сечении времени.

Проверка согласия экспериментального закона /э(Дц/р) с теоретическим /т(Лр/р) проводилась по крите­ рию Пирсона X2 ПРИ ѵ = 0,05 и критерию Колмогорова Р. Результаты проверки для различных временных сечений на примере трех технологических партий приведены в табл. 7.

59

На нормальной вероятностной бумаге функция рас­ пределения вероятностей /ДДц/ц), подчиненная нормаль­ ному закону, представляется в виде прямой линии. Соответствие распределений /^(Лр/р) и ДДЛц/р) опре­ деляется с помощью критерия Колмогорова. Экспери­ ментальные значения Др/р наносятся на вероятностную бумагу и аппроксимируются прямой линией методом наи­ меньших квадратов. В зависимости от величины макси­ мального отклонения D = m ax|/73(Ap/p)—FT(Ap/p)| при­ нимается решение о соответствии экспериментального и теоретического распределений [19]. Для сравнения функ­ ций плотностей распределения f3 и /т вычисляется крите­

рий Пирсона / э, который сравнивается с теоретическим

критерием у. > найденным для тех же условии экспери-

мента из табл. [19]. В случае, если ув< '/ • принимается гипотеза о нормальности распределения.

Законы распределений относительных изменений магнитной проницаемости в различных временных се­ чениях на нормальной вероятностной бумаге для ферри­ та марки 2000НМ1 приведены на рис. 2.26. Из графи­ ков видно, что закон распределения остается нормаль­ ным во всех временных сечениях. Для других марок получены аналогичные результаты. При всех режимах испытаний в процессе обработки и анализа результа­ тов определялось математическое ожидание относитель­ ного изменения магнитной проницаемости, ее дисперсия

60

* Ji

=\

где п — число испытанных изделии.

Интересно знать характер изменения среднеквадра­ тического отклонения относительного изменения маг­ нитной проницаемости; это необходимо при прогнозиро­ вании на большие отрезки времени изменения прони­ цаемости по результатам испытаний в течение ограниченного промежутка времени. Из табл. 8 видно, что изменение среднеквадратического отклонения прак­

Это совпадает со временем максимального измене­ ния магнитной проницаемости.

По результатам исследования характера изменения магнитной проницаемости при воздействии положитель­

\

ферритов. Более подробно составление модели и про­ грамма ее разработки изложены в последующих главах. В общем виде модель выражается аналитическим вы­ ражением:

Ар/р = а (b + Kt2)т1,

где а — коэффициент, отражающий связь между техно­ логическими партиями одной и той же марки феррито­ вого магнитопровода ( а « 1 ); Ь, к, q — параметры моде­ ли, характеризующие данную марку ферритового магиитопровода; t — температура; т — время.

Значения коэффициентов Ь, к и q для основных ма­ рок марганец-цинковых ферритов приведены в табл. 9. Зная режим эксплуатации ферритовых магнитопроводов, можно определить величину относительного изменения магнитной проницаемости.

В условиях хранения относительное изменение маг­ нитной проницаемости определяется следующим выра­ жением:

Др,/р, = _ а (b -f k f j хч,

ры в процессе установления рабочего режима в аппа­ ратуре.

62

При воздействии положительной температуры и электромагнитного поля временная нестабильность уменьшается, эта нестабильность вычисляется с по­

мощью выражения: Др./ц. = р.а Af — а (b -J- kf)xiA-\-a.aH,

где ан— коэффициент амплитудной нестабильности маг­ нитной проницаемости, Н — напряженность электромаг­ нитного поля; А — множитель, характеризующий изме­ нение временной стабильности при данной температуре и напряженности электромагнитного поля. Он находится в пределах О^іАг^І в зависимости от напряженности электромагнитного поля и температуры. Для электро­ магнитных полей с напряженностью до 8 А/м А= 1. Зна­ чения этого коэффициента для различных полей, темпе­ ратур и марок ферритов, приведены на рис. 2.27.

з — 6000НМ. Цифровые индексы обозначают темперагу-

ры: 1 — 30 °С; 2 — 70°С; 3 — 100 °С и 4 — 125°С.

Приведенные аналитические выражения позволяют определить величину нестабильности для ферритовых магнитопроводов всех конфигураций, пользуясь извест­ ным соотношением:

=fra At - а (Ь+ K f ) тМ + ааН\.

Зная характер изменения магнитной проницаемости, можно рекомендовать предварительную «тренировку» магнитопроводов с целью повышения их временной ста­ бильности в режиме эксплуатации.

На рис. 2.28 показано, как повышается стабильность, если тренировка производится в течение 500 ч. Здесь же иллюстрируется характер изменения коэффициента А для марки 2000НМ1 при различных температурах и на­ пряженностях полей. На основе математического опи­ сания изменений проницаемости осуществлен теорети­ ческий расчет нестабильности, который хорошо согла­ суется с результатами эксперимента. На рис. 2.28,а при­ ведены относительные изменения начальной магнитной проницаемости магнитопровода без предварительной

63-

Рис. 2.27.

6 4

4 ”,%

ß1

тренировки, а на рис. 2.28,6 — изменения начальной маг­ нитной проницаемости после тренировки в режиме экс плуатации в течение 500 ч. Сплошные кривые соответ­ ствуют результатам эксперимента, штрихпунктирные — теоретическим кривым. Цифры на кривых обозначают режимы эксплуатации: 1 — воздействие «чистой» темпе­ ратуры; 2, 3, 4 — воздействие полей 0,8 А/м, 8 А/м, 16 А/м соответственно.

Магнитожесткие ферриты. Необходимо отметить вы­ сокую стабильность электромагнитных параметров фер­

Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Анализ эксплуатационной надежности радиоэлектронной аппа­ ратуры на основе ферритов с ППГ показал, что отказы последних из-за временного изменения электромагнит­ ных параметров ферритовых сердечников практически отсутствуют. Результаты проведенных работ подтверди­ ли высокую стабильность ферритов с ППГ. Изменения электромагнитных параметров этих ферритов как в ус­ ловиях хранения, так и при воздействии положительных температур (до 100°С) находятся в пределах погреш­ ности измерений, которая составляет ±10%.

Ферриты для сверхвысокой частоты. Стабильность па­ раметров ферритовых материалов СВЧ при воздействии на них различных климатических факторов имеет боль­ шое значение для повышения стабильности и надежно­ сти СВЧ устройств. В настоящее время разработан ряд марок СВЧ ферритов, успешно применяемых в различ­ ных устройствах. Среди них следует отметить ферриты

и магнитных потерь, а также других параметров СВЧ ферритов существенно зависит от длительности воздей­ ствия таких климатических факторов, как повышенная температура, повышенная влажность и циклическое воз­ действие высоких й низких температур.

66