Разработка системы определения перемещения движущегося предмета

курсовая работа

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ

При проектировании магнитных систем необходим анализ используемых материалов. Разнообразие материалов выдвигает задачу научно-технического обоснования состава магнитных параметров, обеспечивающих не только контроль качества готовой продукции, но и управление уровнем качества в технологическом процессе производства.

Для уменьшения потребляемой энергии и снижения габаритов датчика регистрации перемещений целесообразно применять постоянные магниты. При выборе материала для изготовления постоянного магнита необходимо учитывать многие факторы. Важнейшими из них является энергоемкость материала, наличие его в составе дефицитных компонентов, стоимость, температурная и временная стабильность. Кроме того, на выбор материала существенное влияние оказывают условия эксплуатации магнита и предполагаемый объём производства изделий. Энергоёмкость материала является основным критерием выбора, так как чем выше значение магнитной энергии, приходящейся на единицу объёма вещества, тем меньше объём магнита и рассеяние его потока.

В данном случае материалом постоянного магнита является феррит бария. Это магнитотвёрдый материал, который обладает очень высокой коэрцитивной силой и удельной энергией. Энергия в рабочем зазоре такого магнита достигает максимума, если длина магнита лишь незначительно превышает длину рабочего зазора. Магнит из феррита бария имеет большую гигантскую внутреннюю коэрцитивную силу, превосходные прочностные характеристики. Тем не менее, феррит бария не является наилучшим вариантом при выборе материала постоянного магнита. В качестве подтверждения рассмотрим и сравним параметры феррита бария со сплавом самарий-кобальт:

Таблица 1 - Сравнительная характеристика материалов магнитов.

Параметры

Материал

Коэрцитив-ная сила по индукции Нсв, А/м

Остаточная индукция Вr, Тл

Координата точки с максимально удельной энергией Нd, А/м

Координата точки с максимально удельной энергией Вd, Тл

Коэффициент возврата Кv, Гн

Феррит бария

5,4?105

0,77

2,86?105

0,385

1,35?10-6

Самарий-кобальт

1,85?105

0,39

1,08?105

0,15

1,36?10-6

Материал для концентраторов выбирается исходя из необходимости создания максимальной индукции в рабочем зазоре. Такому условию отвечают тонколистовые нелегированные электротехнические стали по ГОСТ 3836-73 типов 10895-20832. Эти материалы дают приемлемые результаты качества магнитной системы при минимальных затратах в производстве и являются наиболее пластичными по сравнению с электротехническими сталями, легированными кремнием по ГОСТ 21427-83. Выбираем сталь 10895.

В качестве материала тела магнитодиода используются материалы с низкой концентрацией собственных носителей заряда, т.е. с большой шириной запрещённой зоны, с высокой подвижностью носителей заряда. В нашем случае будет использоваться кремний. Его использование позволяет получать достаточно высокие уровни инжекции при больших значениях d/L. Недостатком кремния являются относительно низкие значения подвижности зарядов, что уменьшает магниточувствительность магнитодиодов на его основе. Сравним физические свойства некоторых полупроводниковых материалов:

Таблица 2 - Физические свойства некоторых полупроводниковых материалов.

Параметры

Материал

Плотность , кг/м3

Температура плавления tпл, ?С

Ширина запрещённой зоны е0, эВ

Подвижность электронов мn, м2/В?с

Подвижность дырок мр, м2/В?с

Ge

5326

937

0,66

0,39

0,19

Si

2328

1417

1,107

0,135

0,048

GaAs

5317

1238

1,428

0,8

0,04

Таким образом, кремний не обладает идеальными параметрами для магнитоэлектроники, но является наиболее применяемым материалом.

В качестве материала для подложки будем использовать ситалл. Он хорошо обрабатывается, выдерживает резкие перепады температуры, обладает высоким электрическим сопротивлением, газонепроницаем, механически прочен. Подложка будет основанием для расположения плёночных и навесных элементов.

В качестве резистивных материалов будем использовать металлосилицидные сплавы системы Cr-Si, легированных небольшими добавками никеля. Они обладают сравнительно небольшим ТКС, имеют высокую стабильность воспроизведения удельных поверхностных сопротивлений, а диапазон номиналов достаточно широк. Для создания гибридной микросхемы необходимы резистивные плёнки с удельным поверхностным сопротивлением от десятков до десятков тысяч Ом на квадрат. Чем меньше толщина плёнок, тем выше удельное поверхностное сопротивление, но одновременно повышается ТКС, ухудшается временная и температурная стабильность плёнок. Выбираем сплав РС-3710 (37,9% Cr, 9,4% Ni, 52,7% Si).

Проводники и контактные площадки в гибридных микросхемах, как правило, выполняют многослойными (основной слой с адгезионным слоем). Они должны иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к подложке, высокую коррозионную стойкость. Выбираем слой золота с подслоем хрома. Подслой хрома обеспечивает высокую адгезию, а золото - нужную проводимость, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки.

Корпус датчика изготавливается из полистирола ударопрочного ГОСТ 20282-86, позволяющего обеспечить защиту элементов магнитной системы от чужеродных частиц и воздействия окружающей среды. Кроме того, данный материал не искажает магнитное поле постоянного магнита, что обеспечивает стабильность и точность показаний датчика.

Делись добром ;)