Permanent magnetisk magnetfeltafskærmning, vekslende magnetfeltafskærmning

For at reducere magnetfeltstyrken af ​​en permanent magnet eller et lavfrekvent vekselmagnetisk felt med vekselstrømme i et bestemt område af rummet, skal du bruge magnetisk afskærmning… Sammenlignet med et elektrisk felt, som ret nemt afskærmes af applikationen Faraday celler, kan magnetfeltet ikke afskærmes fuldstændigt, det kan kun svækkes til en vis grad på et bestemt sted.

I praksis, med henblik på videnskabelig forskning, inden for medicin, i geologi, inden for nogle tekniske områder relateret til rum- og kerneenergi, er meget svage magnetiske felter ofte afskærmet, induktion som sjældent overstiger 1 nT.

Vi taler både om permanente magnetfelter og variable magnetfelter over et bredt frekvensområde. Jordens magnetfeltinduktion overstiger for eksempel ikke 50 μT i gennemsnit; et sådant felt sammen med højfrekvent støj er lettere at dæmpe ved magnetisk afskærmning.

Når det kommer til at afskærme omstrejfende magnetiske felter i kraftelektronik og elektroteknik (permanente magneter, transformere, højstrømskredsløb), er det ofte nok blot at lokalisere en væsentlig del af magnetfeltet i stedet for at forsøge at eliminere det fuldstændigt. Ferromagnetisk skjold — til afskærmning af permanente og lavfrekvente magnetiske felter

Den første og nemmeste måde at beskytte magnetfeltet på er brugen af ​​et ferromagnetisk skjold (legeme) i form af en cylinder, plade eller kugle. Materialet i en sådan skal skal have høj magnetisk permeabilitet og lav tvangskraft.

Når et sådant skjold placeres i et eksternt magnetfelt, viser den magnetiske induktion i selve skjoldets ferromagnet sig at være stærkere end inde i det afskærmede område, hvor induktionen vil være tilsvarende lavere.

Lad os overveje et eksempel på en skærm i form af en hul cylinder.

Figuren viser, at induktionslinjerne i det ydre magnetfelt, der trænger ind i væggen af ​​den ferromagnetiske skærm, er fortykket inde i den og direkte i cylinderhulrummet, derfor vil induktionslinjerne blive mere sjældne. Det vil sige, at magnetfeltet inde i cylinderen forbliver minimalt. Til højkvalitetsydelse af den krævede effekt anvendes ferromagnetiske materialer med høj magnetisk permeabilitet, som f.eks. permaloid eller mu-metal.

Forresten, blot at fortykke skærmens væg er ikke den bedste måde at forbedre kvaliteten på.Meget mere effektive er flerlags ferromagnetiske skjolde med mellemrum mellem lagene, der udgør skjoldet, hvor skærmningskoefficienten vil være lig med produktet af skærmningskoefficienterne for de enkelte lag — skærmningskvaliteten af ​​en flerlags skærm vil være bedre end effekten af et sammenhængende lag med tykkelse lig summen af ​​de øverste lag.

Takket være de flerlagede ferromagnetiske skærme er det muligt at skabe magnetisk afskærmede rum til forskellige undersøgelser. De ydre lag af sådanne skærme er i dette tilfælde lavet af ferromagneter, som mætter ved høje induktionsværdier, mens deres indre lag er af mu-metal, permaloid, metglas osv. - fra ferromagneter, der mætter ved lavere værdier af magnetisk induktion.

Kobberskærm — for at skærme vekslende magnetiske felter

Hvis det er nødvendigt at afskærme et vekslende magnetfelt, så anvendes materialer med høj elektrisk ledningsevne, som f.eks. honning.

I dette tilfælde vil det skiftende eksterne magnetfelt inducere induktionsstrømme i den ledende skærm, som vil dække rummet af det beskyttede volumen, og retningen af ​​magnetfelterne af disse induktionsstrømme i skærmen vil være modsat det eksterne magnetfelt , hvis beskyttelse således er indrettet. Derfor vil det eksterne magnetfelt blive delvist kompenseret.

Desuden, jo højere frekvensen af ​​strømmene er, jo højere er afskærmningskoefficienten. Derfor er ferromagnetiske skærme bedst egnede til lavere frekvenser og endnu mere for konstante magnetiske felter.

Sigtningskoefficienten K, afhængig af frekvensen af ​​det vekslende magnetfelt f, størrelsen af ​​skærmen L, ledningsevnen af ​​sigtematerialet og dets tykkelse d, kan tilnærmelsesvis findes ved formlen:

Anvendelse af superledende skærme

Som du ved, er en superleder i stand til fuldstændig at flytte magnetfeltet væk fra sig selv. Dette fænomen er kendt som Meissner effekt… Ifølge Lenz' regel, enhver ændring i magnetfeltet i superlederen genererer induktionsstrømme, som med deres magnetfelter kompenserer for ændringen i magnetfeltet i superlederen.

Hvis vi sammenligner det med en almindelig leder, så svækkes induktionsstrømmene i en superleder ikke og er derfor i stand til at udøve en kompenserende magnetisk effekt i uendelig (teoretisk) lang tid.

Ulemperne ved metoden kan betragtes som dens høje omkostninger, tilstedeværelsen af ​​et resterende magnetfelt inde i skærmen, der var der før overgangen af ​​materialet til en superledende tilstand, samt superlederens følsomhed over for temperatur. I dette tilfælde kan den kritiske magnetiske induktion for superledere nå op på snesevis af tesla.

Afskærmningsmetode med aktiv kompensation

For at reducere det ydre magnetfelt kan der specifikt skabes et yderligere magnetfelt af samme størrelse, men i modsat retning af det ydre magnetfelt, som et bestemt område skal afskærmes fra.

Dette opnås gennem implementering specielle kompensationsspoler (Helmholtz-spoler) — et par identiske koaksialt anbragte strømførende spoler, der er adskilt med en afstand af spolens radius. Et ret ensartet magnetfelt opnås mellem sådanne spoler.

For at opnå kompensation for hele volumen af ​​et givet område har du brug for mindst seks sådanne spoler (tre par), som placeres i overensstemmelse med en specifik opgave.

Typiske anvendelser for et sådant kompensationssystem er beskyttelse mod lavfrekvente forstyrrelser genereret af elektriske netværk (50 Hz), samt afskærmning af jordens magnetfelt.

Typisk arbejder systemer af denne type sammen med magnetfeltsensorer. I modsætning til magnetiske skjolde, som reducerer magnetfeltet sammen med støjen i hele volumen afgrænset af skjoldet, tillader aktiv beskyttelse ved hjælp af kompensationsspoler kun at eliminere magnetiske forstyrrelser i det lokale område, som det er indstillet til.

Uanset designet af det anti-magnetiske interferenssystem, har hver af dem brug for anti-vibrationsbeskyttelse, da vibrationerne fra skærmen og sensoren bidrager til genereringen af ​​yderligere magnetisk interferens fra selve den vibrerende skærm.