Pastāvīgā magnēta magnētiskā lauka ekranēšana, mainīga magnētiskā lauka ekranēšana

Lai samazinātu pastāvīgā magnēta vai zemas frekvences mainīga magnētiskā lauka ar maiņstrāvu magnētiskā lauka stiprumu noteiktā telpas reģionā, izmantojiet magnētiskais ekranējums… Salīdzinājumā ar elektrisko lauku, ko lietojumprogramma diezgan viegli aizsargā Faradeja šūnas, magnētisko lauku nevar pilnībā ekranēt, to var tikai zināmā mērā vājināt noteiktā vietā.

Praksē zinātnisko pētījumu nolūkos, medicīnā, ģeoloģijā, dažās tehniskajās jomās, kas saistītas ar kosmosu un kodolenerģiju, ļoti vāji magnētiskie lauki bieži tiek ekranēti, indukcija kas reti pārsniedz 1 nT.

Mēs runājam gan par pastāvīgiem magnētiskajiem laukiem, gan mainīgiem magnētiskajiem laukiem plašā frekvenču diapazonā. Zemes magnētiskā lauka indukcija, piemēram, vidēji nepārsniedz 50 μT; šādu lauku kopā ar augstfrekvences troksni ir vieglāk vājināt ar magnētisko ekranējumu.

Runājot par klaiņojošu magnētisko lauku ekranēšanu jaudas elektronikā un elektrotehnikā (pastāvīgie magnēti, transformatori, lielas strāvas ķēdes), bieži vien pietiek vienkārši lokalizēt ievērojamu magnētiskā lauka daļu, nevis mēģināt to pilnībā novērst. Feromagnētiskais vairogs — pastāvīgu un zemas frekvences magnētisko lauku ekranēšanai

Pirmais un vienkāršākais veids, kā aizsargāt magnētisko lauku, ir feromagnētiskā vairoga (korpusa) izmantošana cilindra, loksnes vai sfēras formā. Šādas čaulas materiālam jābūt augsta magnētiskā caurlaidība un zems piespiedu spēks.

Ievietojot šādu vairogu ārējā magnētiskajā laukā, magnētiskā indukcija paša vairoga feromagnētā izrādās spēcīgāka nekā ekranētās zonas iekšpusē, kur indukcija būs attiecīgi mazāka.

Apskatīsim ekrāna piemēru doba cilindra formā.

Attēlā redzams, ka ārējā magnētiskā lauka indukcijas līnijas, kas iekļūst feromagnētiskā ekrāna sieniņā, ir sabiezinātas tā iekšpusē un tieši cilindra dobumā, tāpēc indukcijas līnijas būs retāk sastopamas. Tas ir, magnētiskais lauks cilindra iekšpusē paliks minimāls. Nepieciešamā efekta kvalitatīvai izpildei tiek izmantoti feromagnētiski materiāli ar augstu magnētisko caurlaidību, piemēram, permaloīds vai mu-metāls.

Starp citu, vienkārša ekrāna sienas sabiezēšana nav labākais veids, kā uzlabot tā kvalitāti.Daudz efektīvāki ir daudzslāņu feromagnētiskie vairogi ar atstarpēm starp vairogu veidojošajiem slāņiem, kur ekranēšanas koeficients būs vienāds ar atsevišķu slāņu ekranēšanas koeficientu reizinājumu — daudzslāņu vairoga ekranēšanas kvalitāte būs labāka par vairogu. nepārtraukts slānis, kura biezums ir vienāds ar augšējo slāņu summu.

Pateicoties daudzslāņu feromagnētiskajiem ekrāniem, iespējams izveidot magnētiski ekranētas telpas dažādiem pētījumiem. Šādu ekrānu ārējie slāņi šajā gadījumā ir izgatavoti no feromagnētiem, kas piesātinās pie lielām indukcijas vērtībām, savukārt iekšējie slāņi ir no metāla, permaloīda, metstikla utt. — no feromagnētiem, kas piesātinās ar zemākām magnētiskās indukcijas vērtībām.

Vara vairogs — lai aizsargātu mainīgos magnētiskos laukus

Ja nepieciešams ekranēt mainīgu magnētisko lauku, tad tiek izmantoti materiāli ar augstu elektrovadītspēju, piemēram, medus.

Šajā gadījumā mainīgais ārējais magnētiskais lauks inducēs indukcijas strāvas vadošajā ekrānā, kas nosegs aizsargājamā tilpuma telpu, un šo indukcijas strāvu magnētisko lauku virziens ekrānā būs pretējs ārējam magnētiskajam laukam. , no kura tādējādi tiek sakārtota aizsardzība. Tāpēc ārējais magnētiskais lauks tiks daļēji kompensēts.

Turklāt, jo augstāka ir strāvu frekvence, jo lielāks ir ekranēšanas koeficients. Attiecīgi zemākām frekvencēm un vēl jo vairāk pastāvīgiem magnētiskajiem laukiem vispiemērotākie ir feromagnētiskie ekrāni.

Sijāšanas koeficientu K atkarībā no mainīgā magnētiskā lauka frekvences f, ekrāna izmēra L, sieta materiāla vadītspējas un tā biezuma d var aptuveni noteikt pēc formulas:

Supravadošu ekrānu pielietojums

Kā zināms, supravadītājs spēj pilnībā novirzīt magnētisko lauku prom no sevis. Šī parādība ir pazīstama kā Meisnera efekts… Saskaņā ar Lenca likums, jebkuras izmaiņas magnētiskajā laukā supravadītājā ģenerē indukcijas strāvas, kas ar saviem magnētiskajiem laukiem kompensē magnētiskā lauka izmaiņas supravadītājā.

Ja salīdzinām ar parastu vadītāju, tad supravadītājā indukcijas strāvas nevājina un līdz ar to spēj bezgalīgi (teorētiski) ilgu laiku iedarboties ar kompensējošu magnētisko efektu.

Par metodes trūkumiem var uzskatīt tās augstās izmaksas, atlikušā magnētiskā lauka klātbūtni ekrāna iekšpusē, kas atradās pirms materiāla pārejas uz supravadītāju stāvokli, kā arī supravadītāja jutību pret temperatūru. Šajā gadījumā supravadītāju kritiskā magnētiskā indukcija var sasniegt desmitiem teslu.

Ekranēšanas metode ar aktīvo kompensāciju

Lai samazinātu ārējo magnētisko lauku, var īpaši izveidot papildu magnētisko lauku, kas ir vienāds ar lielumu, bet ir pretējs ārējam magnētiskajam laukam, no kura paredzēts aizsargāt noteiktu apgabalu.

Tas tiek panākts, īstenojot īpašas kompensācijas spoles (Helmholca spoles) — pāris identisku koaksiāli izvietotu strāvu nesošu spoļu, kas ir atdalītas ar spoles rādiusa attālumu. Starp šādām spolēm tiek iegūts diezgan vienmērīgs magnētiskais lauks.

Lai panāktu kompensāciju par visu noteiktā laukuma tilpumu, ir nepieciešami vismaz seši šādi spoles (trīs pāri), kas tiek novietoti saskaņā ar konkrētu uzdevumu.

Tipiski šādas kompensācijas sistēmas pielietojumi ir aizsardzība pret zemfrekvences traucējumiem, ko rada elektriskie tīkli (50 Hz), kā arī zemes magnētiskā lauka ekranēšana.

Parasti šāda veida sistēmas darbojas kopā ar magnētiskā lauka sensoriem. Atšķirībā no magnētiskajiem vairogiem, kas samazina magnētisko lauku kopā ar troksni visā vairoga ierobežotajā tilpumā, aktīvā aizsardzība, izmantojot kompensācijas spoles, ļauj novērst magnētiskos traucējumus tikai lokālajā zonā, uz kuru tā ir noregulēta.

Neatkarīgi no antimagnētisko traucējumu sistēmas konstrukcijas katram no tiem ir nepieciešama pretvibrācijas aizsardzība, jo ekrāna un sensora vibrācijas veicina papildu magnētisko traucējumu rašanos no paša vibrējošā ekrāna.