Zaščita pred magnetnim poljem s trajnim magnetom, zaščita pred izmeničnim magnetnim poljem

Če želite zmanjšati jakost magnetnega polja trajnega magneta ali nizkofrekvenčnega izmeničnega magnetnega polja z izmeničnimi tokovi v določenem območju prostora, uporabite magnetna zaščita… V primerjavi z električnim poljem, ki ga aplikacija zlahka zaščiti Faradayeve celice, magnetnega polja ni mogoče popolnoma zasloniti, lahko ga le do neke mere oslabimo na določeni lokaciji.

V praksi, za namene znanstvenih raziskav, v medicini, v geologiji, na nekaterih tehničnih področjih, povezanih z vesoljem in jedrsko energijo, so zelo šibka magnetna polja pogosto zaščitena, indukcija ki le redko preseže 1 nT.

Govorimo tako o trajnih magnetnih poljih kot o spremenljivih magnetnih poljih v širokem frekvenčnem območju. Indukcija zemeljskega magnetnega polja na primer v povprečju ne presega 50 μT; tako polje, skupaj z visokofrekvenčnim šumom, je lažje oslabiti z magnetno zaščito.

Ko gre za zaščito pred blodečimi magnetnimi polji v močnostni elektroniki in elektrotehniki (trajni magneti, transformatorji, visokotokovna vezja), je pogosto dovolj, da preprosto lokaliziramo pomemben del magnetnega polja, namesto da ga poskušamo popolnoma odstraniti. Feromagnetni ščit — za zaščito trajnih in nizkofrekvenčnih magnetnih polj

Prvi in ​​najlažji način zaščite pred magnetnim poljem je uporaba feromagnetnega ščita (telesa) v obliki valja, lista ali krogle. Material takšne lupine mora imeti visoka magnetna prepustnost in nizka prisilna sila.

Ko je tak ščit postavljen v zunanje magnetno polje, se izkaže, da je magnetna indukcija v feromagnetu samega ščita močnejša kot v oklopljenem območju, kjer bo indukcija ustrezno nižja.

Oglejmo si primer zaslona v obliki votlega valja.

Na sliki je razvidno, da so indukcijske črte zunanjega magnetnega polja, ki prodirajo skozi steno feromagnetnega zaslona, ​​odebeljene znotraj nje in neposredno v votlini cilindra, zato bodo indukcijske črte bolj redke. To pomeni, da bo magnetno polje znotraj cilindra ostalo minimalno. Za kakovostno izvedbo zahtevanega učinka se uporabljajo feromagnetni materiali z visoko magnetno prepustnostjo, kot npr. permaloid ali mu-kovina.

Mimogrede, preprosto odebelitev stene zaslona ni najboljši način za izboljšanje njegove kakovosti.Veliko bolj učinkoviti so večplastni feromagnetni ščiti z režami med plastmi, ki sestavljajo ščit, kjer bo zaščitni koeficient enak zmnožku zaščitnih koeficientov za posamezne plasti – kakovost zaščitnosti večplastnega ščita bo boljša od učinka neprekinjena plast z debelino, ki je enaka vsoti zgornjih plasti.

Zahvaljujoč večslojnim feromagnetnim zaslonom je mogoče ustvariti prostore z magnetno zaščito za različne študije. Zunanje plasti takih zaslonov so v tem primeru izdelane iz feromagnetov, ki se nasičijo pri visokih vrednostih indukcije, medtem ko so njihove notranje plasti iz kovine mu, permaloida, metglassa itd. — iz feromagnetov, ki se nasičijo pri nižjih vrednostih magnetne indukcije.

Bakreni ščit — za zaščito izmeničnih magnetnih polj

Če je potrebno zaščititi izmenično magnetno polje, se uporabljajo materiali z visoko električno prevodnostjo, kot npr. med.

V tem primeru bo spremenljivo zunanje magnetno polje v prevodnem zaslonu induciralo indukcijske tokove, ki bodo pokrivali prostor varovane prostornine, smer magnetnih polj teh indukcijskih tokov v zaslonu pa bo nasprotna zunanjemu magnetnemu polju. , zaščita pred katerimi je tako urejena. Zato bo zunanje magnetno polje delno kompenzirano.

Poleg tega višja kot je frekvenca tokov, višji je zaščitni koeficient. Zato so za nižje frekvence in še bolj za konstantna magnetna polja najbolj primerni feromagnetni zasloni.

Koeficient sejanja K, ki je odvisen od frekvence izmeničnega magnetnega polja f, velikosti zaslona L, prevodnosti materiala sita in njegove debeline d, lahko približno najdemo po formuli:

Uporaba superprevodnih zaslonov

Kot veste, lahko superprevodnik popolnoma premakne magnetno polje stran od sebe. Ta pojav je znan kot Meissnerjev učinek… Po navedbah Lenzovo pravilo, kakršna koli sprememba magnetnega polja v superprevodniku ustvarja indukcijske tokove, ki s svojimi magnetnimi polji kompenzirajo spremembo magnetnega polja v superprevodniku.

Če ga primerjamo z navadnim prevodnikom, potem v superprevodniku indukcijski tokovi ne oslabijo in zato lahko izvajajo kompenzacijski magnetni učinek neskončno (teoretično) dolgo časa.

Slabosti metode se lahko štejejo za visoke stroške, prisotnost preostalega magnetnega polja znotraj zaslona, ​​​​ki je bilo tam pred prehodom materiala v superprevodno stanje, pa tudi občutljivost superprevodnika na temperaturo. V tem primeru lahko kritična magnetna indukcija za superprevodnike doseže več deset tesla.

Metoda zaščite z aktivno kompenzacijo

Da bi zmanjšali zunanje magnetno polje, je mogoče posebej ustvariti dodatno magnetno polje, ki je enako po velikosti, vendar nasprotno v smeri zunanjega magnetnega polja, pred katerim je določeno območje zaščiteno.

To se doseže z izvajanjem posebne kompenzacijske tuljave (Helmholtz tuljave) — par enakih soosno razporejenih tokovnih tuljav, ki sta ločeni z razdaljo polmera tuljave. Med takimi tuljavami dobimo precej enakomerno magnetno polje.

Da bi dosegli kompenzacijo celotne prostornine določenega območja, potrebujete vsaj šest takih tuljav (trije pari), ki so nameščeni v skladu z določeno nalogo.

Tipične uporabe takšnega kompenzacijskega sistema so zaščita pred nizkofrekvenčnimi motnjami, ki jih povzročajo električna omrežja (50 Hz), kot tudi zaščita zemeljskega magnetnega polja.

Običajno tovrstni sistemi delujejo v povezavi s senzorji magnetnega polja. Za razliko od magnetnih ščitov, ki zmanjšajo magnetno polje skupaj s šumom v celotnem volumnu, ki ga omejuje ščit, aktivna zaščita s pomočjo kompenzacijskih tuljav omogoča odpravo magnetnih motenj le v lokalnem območju, na katerega je nastavljena.

Ne glede na zasnovo sistema za zaščito pred magnetnimi motnjami, vsak od njih potrebuje zaščito pred vibracijami, saj tresljaji zaslona in senzorja prispevajo k ustvarjanju dodatnih magnetnih motenj iz samega vibracijskega zaslona.