Материалы с высоким удельным сопротивлением

К материалам данной группы относятся сплавы на основе меди - манганин, константан; на основе тройных сплавов Fe-Cr-Ac–фехраль и хромаль, а на основе Ni-Cr-Fe-нихром. Они предназначены для изготовления резисторов, электро­нагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т.д.

Основными параметрами этих материалов являются удель­ное сопротивление и его температурный коэффициент, а также предельная температура (Т_пред), при которой электронагреватель­ный элемент может длительно работать на воздухе без изменения своих свойств. Количественные параметры наиболее употребляе­мых материалов приведены в табл.2.2.

Манганин выпускается в виде проволоки диаметром от 0,02 до 1 мм и применяется для изготовления проволочных сопротив­лений и в электроизмерительной технике. Достоинство его - сла­бая зависимость сопротивления от температуры, что необходимо для обеспечения постоянства сопротивления в электроизмери­тельных устройствах. Кроме того, манганин имеет малое значение термо-э.д.с. в контакте с медью, благодаря чему снижается по­грешность при точных измерениях. Манганиновая проволока вы­пускается также с эмалевой и шелковой изоляцией и применяет­ся для изготовления образцовых сопротивлений.

Константан обладает весьма малой величиной температур­ного коэффициента сопротивления, часто принимаемой равной нулю. Однако в паре с медью он создает большую термо-э.д.с, что не позволяет использовать его в точных сопротивлениях и элек­троизмерительных приборах. Константановая проволока используется для изготовления реостатов и термопар. Образование на поверхности проволоки под действием температуры сплошной ок­сидной пленки позволяет использовать ее в качестве естественной изоляции между витками в реостатах.

Константановая проволока выпускается также с эмалевой, эмалево-шелковой и эмалево-хлопчатобумажной изоляцией.

Нихром и фехраль являются жаростойкими материалами, применяемыми в электронагревательных приборах и печах, где необходима длительная работа при температурах от 800 до 1200 °С, что обеспечивается стойкостью к окислению при высо­ких температурах. В процессе работы на поверхности проволоки или ленты образуется плотная защитная оксидная пленка, предо­храняющая материал от дальнейшего окисления и разрушения. Для повышения длительности работы электронагревательных элементов жаростойкий материал помещают в трубку из металла, стойкого к окислению, и заполняют промежуток между проволо­кой и трубкой диэлектриком с высокой теплопроводностью (MgO). За счет дополнительной протяжки трубки ее внешний диаметр уменьшается, а диэлектрик уплотняется, образуя прочную изоля­цию проводника высокого сопротивления. Таким методом изго­тавливают теплонагревательные элементы печей, элементы быто­вых приборов (утюгов, кипятильников).

Таблица 2.2

Количественные параметры материалов с высоким удельным сопротивлением

Материал, состав	Удельное сопротивление ρ, ×106 Ом·м	Температурный коэффициент ТКρ, К-1	Предельная температура Тпред, °С
Манганин: Cu – 33...86%; Mn – 67...12; Добавки Fe,Al	0,4...1,88	±4·10-5... 4·10-6	200
Константан: Сu – 55...60% Ni – 45...40%	0,48...0,52	-5·10-6	450
Нейзильбер: Cu – 65% Ni – 15% Zn – 20%	0,28…0,35	3∙10-4	150
Никелин: Cu – 62% Ni – 18% Zn – 20%	0,39…0,45	2∙10-5	150
Нихром: Ni – 55...80% Cr – 15...25% Добавки Ti, Fe	1,02...1,36	9...12·10-5	900...1100
Фехраль: Сr – 12...27% Al – 0,6% Fe - остальное	1,2...1,5	5...15·10-5	800...1200
Хромаль: Сr – 13...27% Al – 4…5% Fe - остальное	1,37…1,47	(1,3…15)∙10-5	750…1400

Недостатком рассматриваемых материалов является повы­шенная хрупкость и твердость, зависящая от процентного содер­жания хрома и железа. Поэтому проволоку диаметром от 0,01 до 0,2 мм изготавливают из сплава с содержанием хрома менее 20%. Проволоку диаметром больше 0,2 мм и ленты толщиной более 0,2 мм изготавливают из нихромов других марок или из фехралей. Проволоку и ленты больших сечений используют в электро­нагревательных устройствах большой мощности и промышленных электронагревательных печах.

Задача №14.

Вычислить величину индуктивности обмотки и магнитный поток Ф в кольцевом сердечнике из магнетика с размерами: площадь сечения S =1,5∙10^-4 м²_, длина средней силовой линии l_ср= 0,2 м, число витков обмотки w=100, ток намагничивания в обмотке I= 1А. Следует учесть, что магнитный поток Ф определяется по формуле:

Ф=L∙I [Вб], где L- индуктивность [Гн], а I- ток намагничивания в [A]. Индуктивность обмотки вычисляется по формуле:

где μ₀ – магнитная постоянная.

Значение относительной магнитной проницаемости μ для различных материалов пронумерованы и даны в таблице. Следует решить задачу для двух образцов заданных в варианте задания и объяснить, как влияет величина μ на индуктивность L и магнитный поток Ф.

№ образц.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
μ	50	55	60	65	150	1500	2000	3000	8000	60000
мате-риал	Магнитодиэлектрики				Магнито-мягкие ферриты			Электротехн. сталь		Пермаллой

14-3) Индуктивность обмотки

L = μ_o·μ·S·w²/l_ср = 1,25·10^-6·60·1,5·10^-4·100²/0,2 = 0,56·10^-3 Гн.

Магнитный поток

Ф = L·I = 0,56·10^-3 · 1 = 0,56·10^-3 Вб.

14-8) Индуктивность обмотки

L = μ_o·μ·S·w²/l_ср = 1,25·10^-6·3000·1,5·10^-4·100²/0,2 = 0,028 Гн;

Магнитный поток

Ф = L·I = 0,028 · 1 = 0,028 Вб.

Выводы:

L ~ μ,

Ф~ μ

13