Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2015
Скачать 2.44 Mb.
|
Характеристики термоэлектрических модулей ООО НПО «Кристалл»
10 15 20 25 30 35 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 ТЭМ 3 ТЭМ 2 ТЭМ 1 RТр, К/Вт ТС – Тст, К Рис. 3. Зависимость максимально возможного значения теплового сопротивления радиатора от температурного перепада между окружающей средой и термостатируемой поверхностью датчика для трех типов ТЭМ С помощью (5) также можно определить требуемое тепловое сопротивление радиатора в зависимости от величины тепловой мощности, отводимой от охлаждаемого устройства, при заданных температурах стабилизации и окружающей среды. Корпус рассматриваемого датчика магнитного поля выполнен из дюраля. Рассчитанное с помощью [9–12] среднее тепловое сопротивление датчика (от области электронной схемы до охлаждаемой поверхности) составляет 3,35 К/Вт. Поэтому средний перегрев поверхности электронной платы относительно охлаждаемой поверхности не превышает 0,85 К. В силу высокой теплопроводности дюраля температура магнита системы подмагничивания равна средней температуре корпуса датчика, поэтому перегрев магнита относительно охлаждаемой поверхности датчика для собственного тепловыделения 0,25 Вт не превышает 0,11 К. Перегрев ЖИГ-сферы будет несколько выше (0,44 К). Таким образом, ЖИГ-сфера и магнит системы подмагничивания при работе датчика имеют практически одинаковую температуру, мало отличающуюся от температуры охлаждаемой поверхности. Следовательно, вклад времени разогрева датчика за счет собственного тепловыделения во время тепловой готовности можно не учитывать. Основной вклад во время тепловой готовности вносит время тепловой стабилизации датчика при изменении температуры охлаждающей датчик поверхности ТЭМ. В качестве соответствующего примера на рис. 4 показано рассчитанное изменение во времени температуры датчика в месте расположения магнита при скачкообразном изменении температуры холодной грани ТЭМ от 22 до 32оС (кривая 1) и от 2 до 42оС (кривая 2). 0 50 100 150 200 250 300 20 24 28 32 36 40 2 1 Температура, оС Время, с Рис. 4. Изменение во времени температуры корпуса датчика при резком увеличении температуры теплоотводящей поверхности: 1 – на 10оС; 2 – на 20оС Как видно, время тепловой стабилизации датчика в этих случаях составляет около 180 с. Расчет проводился численно на основе модели датчика, показанной на рис. 2, с помощью программного комплекса ANSYS. Отметим, что аналитический расчет времени тепловой стабилизации датчика на основе метода регулярного теплового режима [13] дает несколько больший результат – 225 с. Таким образом, если позволяют масс-габаритные показатели и требуемые энергетические затраты, использование термоэлектрических модулей для термостабилизации гетеромагнитных датчиков магнитного поля вполне оправданно, а приведенная выше простая методика оценки эффективности используемых в этих целях ТЭМ дает возможность оптимизации конструкции в условиях повышенной температуры среды. Требования адиабатической изоляции термостабилизируемого датчика и минимизации всех промежуточных тепловых сопротивлений являются обязательными. При этом, как показывают результаты расчетов, для термостабилизации устройства с небольшим собственным тепловыделением ТЭМ не обязательно должен иметь максимальные ΔТm и QX. В первую очередь желательно рассматривать использование таких стандартных ТЭМ, генерация собственного тепла в которых минимальна. Использование ТЭМ в инверсном режиме для термостабилизации электронного устройства в условиях низких температур окружающей среды требует отдельного рассмотрения, поскольку радиатор приходится исключить из процесса теплообмена. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
УДК 537.622.4, 53.082.78 МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ЖЕЛЕЗОИТТРИЕВОГО ГРАНАТА В НЕНАСЫЩЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ А. В. Ляшенко, А. Л. Хвалин, Л. С. Сотов Саратовский государственный университет Россия, 410041, Саратов, Астраханская, 83 Е-mail: khvalin63@mail.ru Известно, что в пленках железоиттриевого граната с кристаллографическими индексами [111] и [110] даже при отсутствии внешних магнитных полей существуют макродоменные области, имеющие векторы намагниченности, ориентированные вдоль одной из осей легкого намагничивания. Авторами предложен метод анализа доменных структур, приведены результаты исследования магнитных свойств пленок железо-иттриевого граната в ненасыщенных состояниях. Такие структуры могут применяться при создании пленочных резонаторов, не требующих использования дополнительной системы подмагничивания. Ключевые слова: железоиттриевый гранат, ось легкого намагничивания, доменная граница по Неелю и Блоху, резонатор. Magnetic Properties of Iron Garnet Films in Unsaturated Conditions A. V. Lyashenko, A. L. Khvalin, L. S. Sotov It is known that the iron garnet films with crystallographic indexes the [111] and [110], even in the absence of external magnetic fields exist macrodomain area having a magnetization vector oriented along one of the axes of easy magnetization. In this paper, based on the analysis method proposed by the authors of domain structures, the magnetic properties of the films of iron-garnet in unsaturated conditions. Such structures can be used to create the film resonators that do not require the use of additional system bias. Key words: iron garnet, easy magnetization axis, domain wall by Neel and Bloch, resonator. Пленочные резонаторы из железоиттриевого граната (ЖИГ) широко используются в магнитоуправляемых устройствах, поскольку они компактны, технологичны и легко совмещаются с полупроводниковым кристаллом в одном корпусе. Представляет практический интерес использование резонаторов в ненасыщенном режиме (в слабых магнитных полях), поскольку при этом существенно упрощается (или вообще исключается) дополнительная система подмагничивания, что улучшает масс-габаритные характеристики магнитоуправляемых устройств. Однако в таких режимах ЖИГ имеет микродоменную структуру, что существенно усложняет решение задачи анализа. В работах [1−7] на примере решения известной задачи анализа доменной границы между двумя доменами 1 и 2 (рис. 1) предложен метод анализа доменных структур различных типов в пленках ЖИГ с использованием понятия магнитного диполя. В соответствии с данным методом исследуемый объем пленки ЖИГ (см. рис. 1) разбивается трехмерной сеткой на N элементарных объемов с координатами х(i), y(i), z(i), где i изменяется в пределах от 1 до N, и размерами Δх, Δy, Δz. Lд X Z Y S2 Sгp S1 y x Гpаница домeнов Домeн 2 Домeн 1 dпл Рис. 1. Разбиение доменов (S1 и S2) и доменной границы (Sгр) на элементарные объемы (Δх, Δу, Δz) Полагаем, что ось легкого намагничивания (ОЛН) направлена вдоль оси Х. В доменах 1 и 2 векторы Mi магнитных моментов элементарных объемов (магнитные диполи) направлены в противоположные стороны вдоль ОЛН, т. е. на общей границе доменов возникает 180-градусный поворот вектора намагниченности (180-градусная доменная граница). В зависимости от направления поворота вектора намагниченности большинство исследователей рассматривают два основных типа доменных границ (ДГ) – по Неелю и Блоху. При создании модели ДГ учитывались следующие виды энергии: магнитостатическая, обменного взаимодействия и магнитной анизотропии. Скалярный магнитостатический потенциал i, созданный i-м магнитным диполем в заданной точке наблюдения, выражается следующим образом:  ,где Ri1 и Ri2 − расстояния от магнитных зарядов, составляющих магнитный диполь, до точки наблюдения. Магнитостатический потенциал Ψ в месте расположения i-го диполя ДГ определяется суммой потенциалов, создаваемых всеми остальными диполями границы и доменами 1 и 2. Функция Ψ позволяет найти три компоненты вектора напряженности магнитного поля H в элементарном объеме. Для их определения воспользуемся выражением, связывающим H со скалярным магнитостатическим потенциалом Ψ: H = –grаdΨ. Магнитостатическая энергия (Wмс) ДГ равна сумме энергий отдельных диполей в магнитном поле, создаваемом доменами 1, 2 и всеми остальными диполями ДГ (соответствующие индексы опущены):  , где Mx, My, Mz, Hx, Hy, Hz – компоненты векторов М, H вдоль осей X, Y, Z (см. рис. 1). Объемная плотность энергии магнитной анизотропии А для кубического кристалла определяется следующим образом [3, 7]:  ,где 1, 2, 3 – косинусы направляющих углов вектора магнитного момента с ОЛН (поскольку рассматриваем одноосный кристалл, 2 и 3 полагаем равными нулю); K1 – константа магнитной анизотропии. Абсолютная величина энергии анизотропии WА ДГ определяется путем суммирования по всем элементарным объемам: WА = Аiхyz. Объемная плотность энергии обменного взаимодействия об для кубического кристалла определяется следующим образом [7]:  ,где  – оператор Гамильтона в декартовой системе координат; А – константа обменного взаимодействия.Абсолютная величина энергии обменного взаимодействия ДГ определяется путем суммирования по всем элементарным объемам:  .Таким образом, полная энергия ДГ определяется суммой трех видов энергий: W = Wмс + WА + Wоб, а поверхностная плотность энергии ДГ рассчитывается по формуле  .На основе решения одномерной задачи оптимизации min 1(Sгр) при варьировании толщины ДГ (Sгр) определяется значение толщины, соответствующее минимуму плотности энергии (т. е. целевой функции) 1. В [3] приведены относительные плотности энергии и относительные толщины ДГ по Неелю и Блоху в зависимости от относительной толщины пленки ЖИГ, которые согласуются с результатами известной монографии [8] и подтверждают достоверность предложенного метода анализа, на основе которого проведено моделирование магнитной микроструктуры полосовых доменов в пленках ЖИГ. Фотография ПДС, полученная экспериментально с помощью магнитооптического метода в НИИ материаловедения (г. Зеленоград), показана на рис. 2.  Рис. 2. Фотография полосовой доменной структуры в пленке ЖИГ толщиной 10 мкм Следует обратить внимание на тонкую структуру (ТС) ПДС, которая проявляется в виде тонких темных поперечных полос на светлом фоне ПДС и, очевидно, связана с наличием микродоменов, имеющих различные нормальные составляющие векторов намагниченности. Исследование ТС имеет важное практическое значение, поскольку позволяет объяснить магнитную микроструктуру ПДС и уточнить параметры ПДС при проектировании ряда устройств (резонаторов, фильтров, подавителей шума и пр.). В [9] предложено объяснение появления ТС, которое сводится к влиянию дислокаций в кристалле ЖИГ и наведенной (ростовой) анизотропии. Однако теоретическая модель этого явления отсутствует. Предлагаемая в настоящей статье модель ТС ПДС получена на основе решения задач анализа и синтеза распределения векторов намагниченности в ПДС. Модель ТС ПДС позволяет объяснить появление ТС в рамках предложенной модели ПДС. Для решения задачи анализа ПДС представляется в виде системы магнитных диполей (векторов магнитных моментов в соответствующих элементарных объемах). Порядковый номер элементарного объема при разбиении ДС на элементы вдоль осей ОХ, OY, OZ задается с помощью индексов i, j, k (i =  ; j =  ; k =  ) соответственно. Вектор магнитного момента М элементарного объема показан на рис. 3. Mz My Mx |
Похожие:
 | Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых |  | К38 Неправомерные действия должностных лиц налоговых органов. Саратов: Изд-во Сарат ун-та, 2008 376 с.: ил. 978-5-292-03835-1 |
| Лингвометодические проблемы преподавания иностранных языков в высшей школе: Межвуз сб науч тр. / Под ред. Л. И. Со | | Лингвометодические проблемы преподавания иностранных языков в высшей школе: Межвуз сб науч тр. / Под ред. Л. И. Со |
| Экономика. Теория и практика: материалы III международной научно-практической конференции (16 июня 2015 г.). Отв ред. Зарайский А.... | | О. В. Бессчетнова : под ред. Г. В. Дыльнова. — Саратов : Научная книга, 2008. — 288 с |
| Для преподавателей, научных работников и студентов, обучающихся по специальности «Социально-культурный сервис и туризм» | | Для преподавателей, научных работников и студентов, обучающихся по специальности «Социально-культурный сервис и туризм» |
| «Педагогика и психология» Пензенского государственного технологического университета О. А. Вагаева | | «Педагогика и психология» Пензенского государственного технологического университета О. А. Вагаева |