(5)材料熱敏感性要好。故要求熱傳導係數要高,比熱要小。
和其它熱敏磁性材料相比,熱敏鐵氧體具有如下一些優點:
(1)作開關用效能良好;
(2)工作溫度不隨時間而變化(相當於老化現象很輕微);
(3)根據使用要求可加工成各種複雜形狀的元件;
(4)居里溫度可由配方組成進行調整;
(5)不用貴重材料,工藝成熟簡單,成本低。
.磁性熱敏材料及其應用按照不同使用場合控溫的需要,利用熱敏鐵氧體材料的起始磁導率μi、飽和磁化強度b在居里溫度附近突變的特點,可設計成各種器件。
圖1 熱敏材料的μi-t曲線
圖2 熱敏材料的bs-t曲線
2.應用
隨著生產過程自動化程度的提高,對精度較高的測控元件的需求日益迫切,因此作為測控元件的新型敏感材料的研製已成為材料領域關注的課題。溫度的測量與控制在自動化領域中有著極其重要的地位,其測控元件發展較早,目前的種類也較多,如熱雙金屬控溫元件、熱能電阻控溫元件、形狀記憶合金控溫元件等。而利用軟磁鐵氧體材料的磁性能與溫度的關係,即磁導率μi在居里溫度tc附近發生突變這個特性製作的各種控溫元件是國際上近十多年才開發並迅速發展的控溫元件。
由於這類控溫元件具有無時效變化,可靠性高,精度高,體積小和成本低等特點,因而得到廣泛的重視。日本、前西德等國家較快地研製了磁性熱敏開關(trs),電子控制用熱敏固體繼電器(ftc),過熱監視器(ohd)等器件,並且實現了產品化、系列化,已開始廣泛用於工業機械、電子儀器、家用電器等很多領域內的溫度控制與監測。僅以日本東北金屬工業公司為例,80年代中期其磁性熱敏開關(trs)的產量已突破7000萬支,工作溫度在-40℃～+150℃的範圍內已系列化,每5℃為一間隔,並且工作溫度的精度也達到了±1.
5℃。trs應用廣泛,涉及工業和民用領域,例如電子食品貯藏罐,暖氣裝置,熱水保溫裝置、鍋爐、電爐、煤氣爐、空調機、汽車冷卻器、自動售貨機、電冰箱、工業機械等。國內對於熱敏材料的研製處於起步階段,範圍僅限於自動電飯煲、電水壺中的限溫器等。
不過這些年，國內對熱敏磁性材料的研究也取得了長足的進步，如上海特創磁電科技****已開發生產-40℃— +160℃溫度範圍內任何溫度區間的熱敏鐵氧體材料、熱敏磁性開關（又名溫控開關）和感測器，工作溫度精度最高可以做到正負0.2，填補了國內市場上多種產品規格的空白，大大縮短了與發達國家的差距，部分產品和部分指標已超過國際同類產品水平。產品廣泛應用於家用電器、汽車、工業機械和裝置、通訊、計算機、消防安全、航行裝置、農業等需要溫度監測與控制的領域。
下面具體介紹幾種熱敏開關及其應用。
2.1熱敏磁性開關
目前熱敏磁性材料主要用來製作熱敏磁性開關，熱敏磁性開關是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。和普通開關一樣，熱敏磁性開關也分為機電式和簧片式。標準的機電式開關是讓線圈通電，激勵金屬銜鐵閉合，機電式開關的優勢在於能承受和開關大於１ａ的負載。
基本的簧片開關結構是乙個兩端引出引線的玻璃管，在玻璃管內的兩根引線構成電觸點結構，這些引線或觸點相互間的隔離氣隙為０．００１英吋，電流或電壓的通斷控制通過磁場實現。簧片開關有著長壽命、高可靠性的優點，具體表現在：一，當簧片開關在小訊號狀態下工作時，可以工作１～２億次；二，它們能數年閒置，一旦觸點閉合也不出現接觸電阻方面的問題。
簧片開關不但可以在門窗監控等保安應用中見到，還可以用於印表機等應用中。在這些應用中，當機殼被開啟時，就應該切斷電源。簧片開關最大的應用領域之一是在汽車方面，具體使用部位包括油料系統監測、風擋玻璃噴洗器和剎車液壓系統等。
一些傳動、剎車及其他和安全相關的設計方面也以簧片作為接近敏感器件。簧片開關還可以應用於其它領域，空間、水下計算機和通訊等裝置的啟動和關閉已經用到簧片開關。
而熱敏磁性材料因其特點更適宜製作簧片開關，其中熱敏幹簧開關因其優良特性最受人們青睞，現在主要使用熱敏鐵氧體材料製作。熱敏磁性開關利用的是磁性材料的飽和磁感應強度在居里溫度附近發生突變的特性製成的。它由感溫磁環、恆磁環、幹簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。
熱敏幹簧開關不用線圈勵磁，而由恆磁環產生的磁力驅動開關動作。恆磁環能否向幹簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特性決定的。其結構及開關原理如圖3所示。
當溫度低於居里溫度時熱敏磁環2導磁,磁力線通過2與幹簧管的二簧片形成乙個迴路,使二簧片帶磁且極性相反,異極相吸的引力克服簧片彈力使二簧片接觸,幹簧管閉路,當磁環周圍環境溫度超過居里溫度時,熱敏磁環2不導磁。兩永磁環的磁力線不能集中與簧片形成迴路,當周圍溫度又低於tc時,熱敏環又導磁幹簧管又導通,可反覆迴圈。熱敏磁性開關有以下優點：
（1）可靠性高。具有準確的動作溫度重複性,不易老化,因為觸點由磁力啟動,動作非常迅速,所以壽命很長,在標準條件下能經受108次啟動。(2)耐環境效能優良。
開關是封裝在玻璃管內,管外是熱敏磁環,永磁環,因此具有優良的耐塵埃性,防爆性和耐蝕性。而且因為觸點部分的機械共振頻率很高,所以耐震性也很好。(3)溫控靈敏。
由於很少產生雜訊電壓和能對微小電流進行開、關操作,控溫精度可達±1℃。(4)溫控範圍廣。在-10℃～+150℃範圍內,任何動作溫度都可以控制(每5℃間隔為標準)。
1..永磁環 2.熱敏鐵氧體磁環 3.舌簧管
圖3.a. 外界溫度《熱敏鐵氧體居里溫度
圖3.b. 外界溫度》熱敏鐵氧體居里溫度圖
2.2 過熱監視器
眾多的電子裝置從小型化和電路設計的經濟性考慮，其安裝密度正在不斷地提高。然而，與此相應帶來的是放大器等電路所產生的發熱問題。利用熱敏幹簧開關就可以代替熱敏電阻和雙金屬片製作過熱監視器，對電路起到保護作用。
熱敏幹簧開關熱保護器開/關動作可靠，且無須對設定進行調整，因而電路設計相當簡單。其便於使用的結構、適用於多種安全要求和高可靠性，使這種熱保護器可以廣泛地應用於電源和變換器裝置等一類需要過熱監控的場合。
相對於採用其他溫度感測器的過熱監視器來說，使用熱敏電阻感測器的電路是需要調整的，而使用熱敏幹簧開關熱監視器的電路無須任何調整；雙金屬材料感測器在電流非常小的情況下有可能產生接點障礙，但幹簧開關熱監視器即使在小電流情況下也沒有任何問題。
1,2—恆磁源;3,4—熱敏磁性材料;5—銅墊片;6—幹簧管
圖4 熱敏磁材料過熱監視器感溫結構示意圖
熱敏磁材料過熱監視器的工作原理是通過熱敏幹簧開關的接通與斷開來實現的，而熱敏幹簧開關的接通和斷開主要是由恆磁源通過感溫導磁體後在幹簧管舌片處產生的漏磁場的大小來控制的。如圖4所示斷開型觸點ohd，在低溫時，通過觸點的磁通量大於幹簧開關觸點接通所需要的磁通量 on，觸點處於接通狀態。隨著溫度的公升高，感溫鐵氧體的飽和磁通密度逐漸減少，導致漏磁通 2增加，並使通過觸點的磁通量減少。
如果溫度進一步上公升，感溫鐵氧體的飽和磁通密度將急劇地減少，當磁通量減少到小於幹簧開關觸點斷開的磁通量 off時，觸點處於斷開狀態(動作溫度)。另外，一旦溫度從高於動作溫度的環境下開始下降時，由於感溫鐵氧體飽和磁通密度的增加，漏磁通減少，溫度進一步下降的話，感溫鐵氧體飽和磁通密度急劇地增加，當磁通量增大到大於幹簧開關觸點接通所需要的磁通量 on時，觸點恢復到接通狀態(恢復溫度)。從以上開關的工作情況可以看出,調集成適的漏磁場是控制開關工作的關鍵。
因此,在實際中根據管子的條件如何設計恆磁源磁場的大小和選擇材料是非常重要的。
不過熱敏式幹簧開關熱監視器是一種磁性式溫度開關，所以當我們將它安裝在強磁體附近或存在有漏磁通的場所時，它的動作溫度將會發生變化。另外，當它受到諸如跌落等一類強的機械衝擊時，其溫度特性也會產生變化，最終有可能導致動作不良。
2.3過電流保護繼電器
對於電機裝置,工作超負荷時容易燒壞或造成火災事故。圖7所示是乙個最簡單的裝置過電流保護線路,在熱敏鐵氧體磁環上繞上幾圈電源線作為初級,次級感應出電壓來控制繼電器,在裝置正常運轉時,線圈上發出的熱量不超過熱敏磁環的居里溫度,熱敏磁環有磁性,次級線圈能感應出電壓並足以控制繼電器,使電路通路;裝置電流超過額定電流時,初級線圈發出大量熱,磁環溫度上公升,並迅速超過居里溫度,磁環失去磁性,次級線圈上無感應電壓,繼電器釋放,電路自動開路,裝置停止運轉,起到自動保護的作用。
圖7 裝置過電流保護線路原理圖
2.4磁路補償
在電磁儀表儀器中，總是會碰到因為溫度變化產生的誤差問題，這就需要進行電或磁的補償。使用的模擬或數字補償方法都存在原理和結構複雜的問題，而且由於需要使用感測器，從而導致裝置的體積變大。而利用熱敏磁材料的感溫特性進行磁路補償就是乙個很好的替代解決方法。
以電子天平為例，我們來了解利用熱敏磁性材料進行溫度補償的原理。電子天平是國際上發展起來的一種概念與機械槓桿式天平完全不同的、並用於小稱量質量的稱重計量儀器。由於永久磁鐵的溫度係數的影響，對電子天平稱量準確性造成了用一般手段和無法無法彌補的困難，這就要求進行溫度補償，降低溫度對電子天平的影響。
利用熱敏磁材料進行磁補償就是一種行之有效並且簡單的方法。
這種方法主要採用熱敏金屬材料，這裡使用磁熱補償合金薄片，包在永久磁鐵的外圓周作為磁分流環。磁熱補償合金是具有負溫度係數的鐵鎳合金，其磁導率隨溫度的改變接近線性關係。由於磁分流環很薄，在正常溫度下處於磁飽和狀態，使永久磁鐵的磁通分流一部分。
如圖8，當溫度公升高時，永久磁鐵中的磁通密度bm因負溫度係數減小，氣隙磁通密度b有所下降。由於熱磁補償合金構成的磁路的磁阻隨溫度公升高而線性增大，使bn下降，磁分流環分流的磁通減小，從而補償氣隙磁通b。
圖8 電子天平熱敏合金磁路補償原理圖
3.總結
隨著工業生產和科學技術的發展,對精度較高的測控元件的需求日益突出。作為熱敏材料重要分支的熱敏磁性材料及其感測器的誕生、發展適應了現代化科技、工業和生活的需要。而且隨著技術進步，對熱敏磁性材料的研究的深入，將會發現熱敏磁性材料更奪得優越性能，並會有有更多的新型熱敏磁性材料出現，熱敏磁性材料將會有更廣泛的用途。
如近期日本長野縣工業試驗廠成功地開發了光熱磁電動機。該電動機採用在室溫附近磁特性變化大的新型熱敏磁性材料（合金），將光的熱能直接轉換成動能。若對該電動機照射雷射、太陽光、近紅外線等，則產生旋轉。
由於光熱磁電動機結構簡單，不需用電，故適用於微型機械。
磁性材料的應用
一 簡述 科學技術的飛速發展 通迅業 it業是最前沿的體現。磁性材料作為其不可缺少的一部分。也越來越顯示出它的重要性。分類 由於磁性材料的應用廣泛 故它有繁多的種類 根據它們的物理性質 大體上可分為兩類 一 硬磁材料。如 矽鋼片 矽鋼片 鎳鋼片等等。二 軟磁材料。如 mnzn材料 nizn材料 mg...
工業氣體在磁性材料生產中的應用
一 磁性材料的分類 永磁，軟磁，旋磁，矩磁和壓磁。在磁性材料生產過程中，需要惰性氣體保護的是永磁材料中的稀土永磁汝鐵硼 ndfeb 和軟磁材料中的高效能mnzn鐵氧體。二 稀土永磁合金的生產工藝 配料 金屬 熔煉 製粉 取向壓制 燒結 熱處理 磨製 充磁檢測 由於稀土金屬在空氣常溫下極易氧化，氧與稀...
金屬磁性材料的劃分
發布日期 2013 06 20瀏覽次數 485核心提示 金屬磁性材料分為永磁材料 軟磁材料二大類。通常將內稟矯頑力大於0.8ka m的材料稱為永磁材料，將內稟矯頑力小於0.8ka m的材料稱 金屬磁性材料分為永磁材料 軟磁材料二大類。通常將內稟矯頑力大於0.8ka m的材料稱為永磁材料，將內稟矯頑力...