La pr\u00e9cision et la stabilit\u00e9 des shunts d\u00e9pendent fortement des performances de leur mat\u00e9riau de base, l'alliage de r\u00e9sistance. L'alliage mangan\u00e8se-cuivre (manganin), le mat\u00e9riau de r\u00e9sistance de pr\u00e9cision le plus classique et le plus largement utilis\u00e9, a \u00e9t\u00e9 le mat\u00e9riau de choix pour les r\u00e9sistances standard et les shunts de haute pr\u00e9cision depuis son invention \u00e0 la fin du 19e si\u00e8cle. Dans cet article, les propri\u00e9t\u00e9s mat\u00e9rielles des alliages mangan\u00e8se-cuivre et le processus de fabrication avanc\u00e9 des shunts seront examin\u00e9s en profondeur.<\/p>\n
En 1888, Feussner et al. de l'Institut allemand de physique et de technologie ont d\u00e9couvert les excellentes propri\u00e9t\u00e9s des alliages mangan\u00e8se-cuivre dans le cadre de leur \u00e9tude des mat\u00e9riaux r\u00e9sistifs. Cet alliage ternaire de cuivre, de mangan\u00e8se et de nickel pr\u00e9sente un coefficient de r\u00e9sistance tr\u00e8s faible \u00e0 proximit\u00e9 de la temp\u00e9rature ambiante, ce qui le rend id\u00e9al pour la fabrication de composants de r\u00e9sistance de pr\u00e9cision. En raison de son nom allemand \u201dManganin\u201d, il est habituellement appel\u00e9 \u201dManganese Canning\u201d ou \u201dManganese Copper\u201d en chinois.<\/p>\n
En 1889, Weston, un inventeur am\u00e9ricain, a obtenu un brevet pour un alliage \u00e0 faible coefficient de temp\u00e9rature de r\u00e9sistance. Depuis lors, les alliages mangan\u00e8se-cuivre sont utilis\u00e9s dans le monde entier et sont devenus indispensables dans les domaines de la m\u00e9trologie \u00e9lectrique et des mesures de pr\u00e9cision.<\/p>\n
Apr\u00e8s plus de cent ans de d\u00e9veloppement, l'alliage mangan\u00e8se-cuivre a form\u00e9 un syst\u00e8me complet de mat\u00e9riaux. Selon la norme nationale chinoise GB\/T 6145-2010, les principales qualit\u00e9s sont les suivantes :<\/p>\n
La composition typique des alliages mangan\u00e8se-cuivre standard est Cu-12%Mn-2~4%Ni, formant une organisation de solution solide monophas\u00e9e \u03b3. Les atomes de mangan\u00e8se et de nickel sont dissous dans la matrice de cuivre, ce qui produit un fort effet de renforcement de la solution solide et un effet de diffusion des \u00e9lectrons.<\/p>\n
La r\u00e9sistivit\u00e9 de l'alliage (environ 0,45 \u03bc\u03a9-m) est principalement d\u00e9riv\u00e9e :<\/p>\n
La caract\u00e9ristique la plus remarquable des alliages mangan\u00e8se-cuivre est que leurs courbes r\u00e9sistance-temp\u00e9rature sont de forme parabolique, avec un point extr\u00eame pr\u00e8s de 20~25\u00b0C, ce qui se traduit par un coefficient de r\u00e9sistance-temp\u00e9rature extr\u00eamement faible (jusqu'\u00e0 \u00b15ppm\/\u00b0C) dans cette plage de temp\u00e9rature.<\/p>\n
Le m\u00e9canisme physique de cette propri\u00e9t\u00e9 est li\u00e9 \u00e0 la structure \u00e9lectronique de l'alliage. Pour des compositions sp\u00e9cifiques et des \u00e9tats de traitement thermique, deux m\u00e9canismes oppos\u00e9s de changement de r\u00e9sistance (am\u00e9lioration de la diffusion des phonons et changements de la surface de Fermi) s'annulent l'un l'autre, cr\u00e9ant un intervalle de coefficient \u00e0 basse temp\u00e9rature.<\/p>\n
Pr\u00e9cision Mangan\u00e8se Cuivre<\/strong>La plage de temp\u00e9rature de fonctionnement est de 0~45\u2103, et la variation de r\u00e9sistance est tr\u00e8s faible dans cette plage \u00e9troite, ce qui convient aux instruments de pr\u00e9cision \u00e0 faible \u00e9l\u00e9vation de temp\u00e9rature.<\/p>\n Type de s\u00e9parateur mangan\u00e8se-cuivre<\/strong>En ajustant la composition et le processus de traitement thermique, la courbe r\u00e9sistance-temp\u00e9rature est plus plate dans la plage de 0~100\u2103. Bien que le coefficient de temp\u00e9rature au point extr\u00eame soit l\u00e9g\u00e8rement plus grand, la performance globale sur une large plage de temp\u00e9rature est meilleure, ce qui la rend adapt\u00e9e aux applications de shunt avec une forte augmentation de la temp\u00e9rature \u00e0 des courants \u00e9lev\u00e9s.<\/p>\n Le cuivre Con est un alliage binaire Cu-40%Ni pr\u00e9sentant les caract\u00e9ristiques suivantes :<\/p>\n Cependant, le potentiel thermique \u00e9lev\u00e9 du ConocoPower par rapport au cuivre (environ 40\u03bcV\/\u00b0C) le rend inadapt\u00e9 aux mesures de pr\u00e9cision en courant continu, et il est principalement utilis\u00e9 pour la r\u00e9sistance en courant alternatif, le thermocouple et d'autres applications.<\/p>\n Les chercheurs ont d\u00e9velopp\u00e9 une vari\u00e9t\u00e9 d'alliages am\u00e9lior\u00e9s pour r\u00e9pondre \u00e0 des exigences de performance plus \u00e9lev\u00e9es :<\/p>\n Le processus d'usinage du corps de la r\u00e9sistance de shunt comprend g\u00e9n\u00e9ralement les \u00e9tapes suivantes :<\/p>\n Les bornes de shunt sont g\u00e9n\u00e9ralement fabriqu\u00e9es en cuivre violet ou en laiton, avec une bonne conductivit\u00e9 et une bonne soudabilit\u00e9. La connexion entre les bornes et le corps de la r\u00e9sistance est le processus cl\u00e9 de la fabrication des shunts, qui affecte directement la pr\u00e9cision et la fiabilit\u00e9 du produit.<\/p>\n Les principaux processus d'assemblage sont les suivants :<\/p>\n Brasage (brasage \u00e0 l'argent) :<\/strong>Proc\u00e9d\u00e9 conventionnel \u00e0 moindre co\u00fbt, mais avec une certaine r\u00e9sistance au contact et une instabilit\u00e9 de la temp\u00e9rature au niveau des joints.<\/p>\n Soudage par faisceau d'\u00e9lectrons :<\/strong>C'est le proc\u00e9d\u00e9 pr\u00e9f\u00e9r\u00e9 pour les shunts haut de gamme. R\u00e9alis\u00e9e dans un environnement sous vide, la soudure est de haute qualit\u00e9, avec une r\u00e9sistance de contact extr\u00eamement faible (n\u00e9gligeable) et une petite zone affect\u00e9e par la chaleur qui n'affecte pas les performances du corps de la r\u00e9sistance.<\/p>\n Soudage au laser :<\/strong>Entre les deux, il convient \u00e0 la production de masse de produits de pr\u00e9cision moyenne.<\/p>\n Le shunt de haute pr\u00e9cision est une construction \u00e0 quatre bornes (Kelvin) avec des bornes de courant et de tension s\u00e9par\u00e9es. Le point de mesure de la tension doit \u00eatre situ\u00e9 sur le corps de la r\u00e9sistance, en \u00e9vitant la zone de soudure pour \u00e9liminer l'effet de la r\u00e9sistance de contact.<\/p>\n Apr\u00e8s le traitement, le shunt doit \u00eatre vieilli pour lib\u00e9rer les contraintes r\u00e9siduelles et stabiliser la valeur de la r\u00e9sistance. Les processus de vieillissement typiques sont les suivants<\/p>\n Le cycle de vieillissement des shunts de haute pr\u00e9cision peut durer des semaines, voire des mois.<\/p>\n Les principaux param\u00e8tres de performance du d\u00e9viateur sont les suivants :<\/p>\n Un test de performance complet est requis avant que le shunt ne soit exp\u00e9di\u00e9 de l'usine :<\/p>\n Le shunt g\u00e9n\u00e8re de la chaleur \u00e0 des courants \u00e9lev\u00e9s, ce qui doit \u00eatre pris en compte dans la conception :<\/p>\n La sortie du shunt est un signal de tension faible, qui est sensible aux interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques. Recommandation :<\/p>\n L'alliage mangan\u00e8se-cuivre, avec ses excellentes propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectriques, a surv\u00e9cu pendant des si\u00e8cles et reste le mat\u00e9riau de base pour les shunts de haute pr\u00e9cision. Un processus de fabrication avanc\u00e9 et un contr\u00f4le de qualit\u00e9 strict sont essentiels pour garantir la performance des shunts. Safran s'appuie sur des ann\u00e9es de recherche sur les mat\u00e9riaux et d'accumulation de processus pour fournir \u00e0 ses clients une gamme compl\u00e8te de services allant des produits standard aux solutions personnalis\u00e9es.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Une exploration approfondie des propri\u00e9t\u00e9s physiques, des propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectriques et du processus de fabrication de l'alliage mangan\u00e8se-cuivre, le mat\u00e9riau de base du shunt, r\u00e9v\u00e8le la science des mat\u00e9riaux qui sous-tend le shunt de haute pr\u00e9cision.<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":750,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-603","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tech-articles"],"yoast_head":"\nIII. autres alliages r\u00e9sistifs<\/h2>\n
3.1 Cuivre (Constantan)<\/h3>\n
\n
3.2 Nouveaux mat\u00e9riaux d'alliage<\/h3>\n
\n
Quatri\u00e8mement, le processus de fabrication des shunts<\/h2>\n
4.1 Traitement des r\u00e9sistances<\/h3>\n
\n
4.2 Mat\u00e9riaux des terminaux et processus de connexion<\/h3>\n
4.3 Conception d'une structure \u00e0 quatre terminaux<\/h3>\n
4.4 Traitements de vieillissement et de stabilisation<\/h3>\n
\n
V. Contr\u00f4le de la qualit\u00e9 et tests de performance<\/h2>\n
5.1 Param\u00e8tres cl\u00e9s de performance<\/h3>\n
\n
5.2 M\u00e9thodes de d\u00e9tection<\/h3>\n
\n
VI. Lignes directrices pour la conception des applications<\/h2>\n
6.1 Consid\u00e9rations sur la conception thermique<\/h3>\n
\n
6.2 Conception de la CEM<\/h3>\n
\n
remarques finales<\/h2>\n