Nuolatinio magnetinio magnetinio lauko ekranavimas, kintamo magnetinio lauko ekranavimas

Norėdami sumažinti nuolatinio magneto arba žemo dažnio kintamo magnetinio lauko su kintamosiomis srovėmis magnetinio lauko stiprumą tam tikroje erdvės srityje, naudokite magnetinis ekranavimas… Palyginti su elektriniu lauku, kuris yra gana lengvai apsaugotas naudojant programą Faradėjaus ląstelės, magnetinis laukas negali būti visiškai ekranuotas, jį galima tik tam tikru mastu susilpninti tam tikroje vietoje.

Praktikoje mokslinių tyrimų tikslais, medicinoje, geologijoje, kai kuriose techninėse srityse, susijusiose su kosmosu ir branduoline energija, labai silpni magnetiniai laukai dažnai yra ekranuojami, indukcija kuris retai viršija 1 nT.

Kalbame ir apie nuolatinius magnetinius laukus, ir apie kintamuosius magnetinius laukus plačiame dažnių diapazone. Pavyzdžiui, Žemės magnetinio lauko indukcija vidutiniškai neviršija 50 μT; tokį lauką kartu su aukšto dažnio triukšmu lengviau slopinti magnetiniu ekranavimu.

Kalbant apie galios elektronikos ir elektros inžinerijos paklaidžiojančių magnetinių laukų ekranavimą (nuolatiniai magnetai, transformatoriai, didelės srovės grandinės), dažnai pakanka tiesiog lokalizuoti didelę magnetinio lauko dalį, o ne bandyti ją visiškai pašalinti. Feromagnetinis ekranas — nuolatiniams ir žemo dažnio magnetiniams laukams ekranuoti

Pirmasis ir lengviausias būdas apsaugoti magnetinį lauką yra feromagnetinio ekrano (kūno) naudojimas cilindro, lakšto ar sferos pavidalu. Tokio apvalkalo medžiaga turi turėti didelis magnetinis pralaidumas ir maža prievartos jėga.

Kai toks ekranas yra dedamas į išorinį magnetinį lauką, magnetinė indukcija paties ekrano feromagnete pasirodo esanti stipresnė nei ekranuoto ploto viduje, kur indukcija bus atitinkamai mažesnė.

Panagrinėkime tuščiavidurio cilindro formos ekrano pavyzdį.

Paveikslėlyje parodyta, kad išorinio magnetinio lauko indukcijos linijos, prasiskverbiančios į feromagnetinio ekrano sienelę, yra sustorėjusios jo viduje ir tiesiai cilindro ertmėje, todėl indukcijos linijos bus labiau retesnės. Tai yra, magnetinis laukas cilindro viduje išliks minimalus. Norint kokybiškai atlikti reikiamą efektą, naudojamos feromagnetinės medžiagos, turinčios didelį magnetinį laidumą, pvz. permaloidas arba mu-metalas.

Beje, tiesiog pastorinti ekrano sienelę nėra geriausias būdas pagerinti jo kokybę.Daug efektyvesni yra daugiasluoksniai feromagnetiniai ekranai su tarpais tarp sluoksnių, sudarančių ekraną, kai ekranavimo koeficientas bus lygus atskirų sluoksnių ekranavimo koeficientų sandaugai – daugiasluoksnio ekrano ekranavimo kokybė bus geresnė už ekrano efektą. ištisinis sluoksnis, kurio storis lygus viršutinių sluoksnių sumai.

Daugiasluoksnių feromagnetinių ekranų dėka galima sukurti magnetiškai ekranuotas patalpas įvairiems tyrimams. Išoriniai tokių ekranų sluoksniai šiuo atveju yra pagaminti iš feromagnetų, kurie prisisotina esant didelėms indukcijos vertėms, o vidiniai jų sluoksniai yra iš metalo, permaloido, metstiklo ir kt. - iš feromagnetų, kurie prisotinami esant mažesnėms magnetinės indukcijos vertėms.

Varinis skydas – kintamiems magnetiniams laukams apsaugoti

Jei reikia ekranuoti kintamąjį magnetinį lauką, tada naudojamos didelio elektros laidumo medžiagos, pvz. medus.

Tokiu atveju kintantis išorinis magnetinis laukas laidžiame ekrane sukels indukcines sroves, kurios uždengs saugomo tūrio erdvę, o šių indukcinių srovių magnetinių laukų kryptis ekrane bus priešinga išoriniam magnetiniam laukui. , apsauga nuo kurios taip sutvarkyta. Todėl išorinis magnetinis laukas bus iš dalies kompensuotas.

Be to, kuo didesnis srovių dažnis, tuo didesnis ekranavimo koeficientas. Atitinkamai, žemesniems dažniams ir juo labiau pastoviems magnetiniams laukams labiausiai tinka feromagnetiniai ekranai.

Sijojimo koeficientą K, priklausomai nuo kintamo magnetinio lauko dažnio f, ekrano dydžio L, sieto medžiagos laidumo ir jo storio d, galima apytiksliai rasti pagal formulę:

Superlaidžių ekranų taikymas

Kaip žinote, superlaidininkas gali visiškai nukreipti magnetinį lauką nuo savęs. Šis reiškinys žinomas kaip Meisnerio efektas… Pagal Lenzo taisyklė, bet koks magnetinio lauko pasikeitimas superlaidininke sukuria indukcines sroves, kurios savo magnetiniais laukais kompensuoja magnetinio lauko pokytį superlaidininke.

Jei lygintume jį su įprastu laidininku, tai superlaidininkyje indukcijos srovės nesusilpnėja ir todėl gali be galo (teoriškai) ilgą laiką daryti kompensuojamąjį magnetinį efektą.

Metodo trūkumai gali būti laikomi didelėmis sąnaudomis, liekamojo magnetinio lauko buvimu ekrano viduje, kuris buvo prieš medžiagos perėjimą į superlaidžią būseną, taip pat superlaidininko jautrumą temperatūrai. Tokiu atveju kritinė superlaidininkų magnetinė indukcija gali siekti keliasdešimt teslų.

Ekranavimo būdas su aktyvia kompensacija

Siekiant sumažinti išorinį magnetinį lauką, galima specialiai sukurti papildomą magnetinį lauką, kurio dydis yra lygus išoriniam magnetiniam laukui, nuo kurio reikia apsaugoti tam tikrą sritį, bet priešinga kryptimi.

Tai pasiekiama įgyvendinant specialios kompensacinės ritės (Helmholtz ritės) — pora identiškų koaksiališkai išdėstytų srovę nešančių ritių, kurios yra atskirtos ritės spindulio atstumu. Tarp tokių ritinių gaunamas gana vienodas magnetinis laukas.

Norint kompensuoti visą tam tikros srities tūrį, reikia mažiausiai šešių tokių ritinių (trijų porų), kurios yra dedamos pagal konkrečią užduotį.

Tipiškas tokios kompensavimo sistemos pritaikymas yra apsauga nuo žemo dažnio trikdžių, kuriuos sukelia elektros tinklai (50 Hz), taip pat žemės magnetinio lauko ekranavimas.

Paprastai tokio tipo sistemos veikia kartu su magnetinio lauko jutikliais. Skirtingai nuo magnetinių ekranų, kurie sumažina magnetinį lauką kartu su triukšmu visame ekrano apribotame tūryje, aktyvi apsauga naudojant kompensacines rites leidžia pašalinti magnetinius trikdžius tik toje vietinėje zonoje, kuriai ji yra suderinta.

Nepriklausomai nuo antimagnetinių trukdžių sistemos konstrukcijos, kiekvienam iš jų reikia apsaugos nuo vibracijos, nes ekrano ir jutiklio vibracijos prisideda prie papildomų magnetinių trikdžių generavimo iš paties vibruojančio ekrano.