3.6. Сплави високого опору

Сплави високого опору - це провідникові матеріали з питомим опором в нормальних умовах не меншим 0,3 мк·Ом·м. Вони засто­совуються для електровимірювальних приладів (шунти, компен-

саційні, додаткові та зразкові опори), для реостатів і електрона­грівальних елементів. В електровимірювальних приладах ці спла­ви повинні мати якнайменше значення температурного коефіцієн­та електроопору та малу термоелектрорушійну силу відносно міді. Найбільш поширені сплави на мідній основі - ►манганін і ►конс­тантан та сплави на хромонікелевій основі і залізохромоалюмінієвій, які використовуються в електронагрівальних приладах та повинні довготривало працювати на повітрі за температур до 800 -1100 °С.

Манганін - сплав на мідній основі (86 % Сu, 12 % Мn, 2 % Ni), жовтуватого відтінку, питомий опір 0,42 - 0,48 мкОм·м, макси­мальна робоча температура 100 - 200 °С, добре витягується в тон­кий дріт до діаметра 0,02 мм. З манганіну виготовляють також стрічку товщиною 0,01 - 1 мм і шириною 10 - 300 мм. Високий питомий опір манганіну слабо залежить від температури (в межах 15-35 °С). Використовується для виготовлення еталонних опорів і елементів електровимірювальних приладів. До манганінів відно­сять також деякі сплави на основі срібла з добавками Мn (до 17 %), Sn (до 7 %) та інших елементів. Для отримання високої стабільно­сті опору і малого а_с манганін відпалюють за 350 - 550 °С у ваку­умі з наступним повільним охолодженням і витримкою при кімна­тній температурі.

Константан (від латинського constans - постійний, незмінний) -сплав міді і нікелю (60 % Сu, 40 % Ni), має високий питомий елек­тричний опір, який мало залежить від температури. Значення а константану близьке до нуля і, звичайно, має від'ємний знак. Вміст нікелю в сплаві відповідає максимуму р і мінімуму а (рис. 3.15). Константан добре протягується в дріт і прокатується в стрічку.

Константан застосовується для виготовлення реостатів і електронагрівальних елементів з робочими температурами не вище 400 - 450 °С. Для отримання на поверхні константану достатньо гнучкої і міцної електроізоляційної плівки константан швидко і короткочасово (не більше 3 с) нагрівають до температури 900 °С і охолоджують на повітрі. Покритий такою плівкою константановий дріт можна щільно намотувати, без додаткової ізоляції між витками, якщо напруга між сусідніми витками не перевищує 1 В.

У місцях контакту константанових провідників з мі­дними виникає термо- е.р.с, яка може викликати похибки при нульових вимірюваннях в мостових і потенціометри­чних схемах. Це є недоліком за використання константанових резисторів у вимірю­вальних схемах. У той же час велике значення термо - е.р.с. дозволяє усішно використо­вувати константан для виго­товлення мідь- константанових термопар.

Хромонікелеві сплави (ніхроми) та хромоалюмінієві сплави (фехралі) використо­вують для виготовлення нагрівальних елементів електричних пе­чей, плиток і тощо. їх склад та електротехнічні властивості наве­дено в табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Склад і властивості сплавів високого електроопору

* решта залізо

З них виготовляють дріт діаметром до 0, 02 мм, стрічку перері­зом 0,1 - 1мм і більше. Згадані сплави стійкі проти хімічного руй-

нування поверхні в газових середовищах за температур 550 °С і вище в ненавантаженому і слабонавантаженому станах. У резуль­таті легування сталі хромом, алюмінієм чи кремнієм в процесі окиснення на поверхні сталі утворюються щільні оксиди Сr₂0₃, Аl₂0₃, або Si0₂, дифузія крізь які утруднена. Тому тонка оксидна плівка гальмує процес подальшого окиснення. Чим вищий вміст легую­чих елементів, тим вища окалиностійкість сплаву і тим вищою може бути робоча температура.

Виникнення терморушійної сили. В області контакту двох різ­них металів між ними виникає контактна різниця потенціалів, зу­мовлена різними рівнями в них енергії Фермі Е_F За контакту має місце більш інтенсивний перехід електронів з металу з більшим значенням рівня енергії Фермі у метал з нижчим рівнем. У резуль­таті такого переходу перший метал заряджається позитивно, а другий - негативно. Між ними виникає різниця потенціалів, яка унеможливлює подальший перехід електронів. Енергія Фермі в металах може сягати декількох eлектронвольт, тому й контактна різниця потенціалів між двома металами перебуває в межах від десятих часток до кількох вольт.