Ecranarea câmpului magnetic cu magnet permanent, ecranarea câmpului magnetic alternant

Pentru a reduce intensitatea câmpului magnetic al unui magnet permanent sau al unui câmp magnetic alternativ de joasă frecvență cu curenți alternativi într-o anumită regiune a spațiului, utilizați ecranare magnetică… În comparație cu un câmp electric, care este destul de ușor ecranat de aplicație Celulele Faraday, câmpul magnetic nu poate fi ecranat complet, el poate fi doar slăbit într-o anumită măsură într-o anumită locație.

În practică, în scopul cercetării științifice, în medicină, în geologie, în unele domenii tehnice legate de spațiu și energia nucleară, câmpurile magnetice foarte slabe sunt adesea ecranate, inducţie care rareori depăşeşte 1 nT.

Vorbim atât despre câmpuri magnetice permanente, cât și despre câmpuri magnetice variabile pe o gamă largă de frecvențe. Inducerea câmpului magnetic al Pământului, de exemplu, nu depășește în medie 50 μT; un astfel de câmp, împreună cu zgomotul de înaltă frecvență, este mai ușor de atenuat prin ecranare magnetică.

Când vine vorba de ecranarea câmpurilor magnetice parazite în electronica de putere și inginerie electrică (magneți permanenți, transformatoare, circuite de curent înalt), este adesea suficient să localizați pur și simplu o parte semnificativă a câmpului magnetic, mai degrabă decât să încercați să o eliminați complet. Scut ferromagnetic — pentru ecranarea câmpurilor magnetice permanente și de joasă frecvență

Primul și cel mai simplu mod de a proteja câmpul magnetic este utilizarea unui scut (corp) feromagnetic sub formă de cilindru, foaie sau sferă. Materialul unei astfel de carapace trebuie să aibă permeabilitate magnetică ridicată și forță coercitivă scăzută.

Atunci când un astfel de scut este plasat într-un câmp magnetic extern, inducția magnetică în feromagnetul scutului în sine se dovedește a fi mai puternică decât în ​​interiorul zonei ecranate, unde inducția va fi în mod corespunzător mai mică.

Să luăm în considerare un exemplu de ecran sub forma unui cilindru gol.

Figura arată că liniile de inducție ale câmpului magnetic extern care pătrund în peretele ecranului feromagnetic sunt îngroșate în interiorul acestuia și direct în cavitatea cilindrului, prin urmare liniile de inducție vor fi mai rarefiate. Adică câmpul magnetic din interiorul cilindrului va rămâne minim. Pentru performanța de înaltă calitate a efectului necesar, se folosesc materiale feromagnetice cu permeabilitate magnetică ridicată, cum ar fi permaloid sau mu-metal.

Apropo, pur și simplu îngroșarea peretelui ecranului nu este cea mai bună modalitate de a-i îmbunătăți calitatea.Mult mai eficiente sunt scuturile feromagnetice multistrat cu goluri între straturile care alcătuiesc scutul, unde coeficientul de ecranare va fi egal cu produsul coeficienților de ecranare pentru straturile individuale - calitatea de ecranare a unui ecran multistrat va fi mai bună decât efectul un strat continuu cu grosimea egală cu suma straturilor superioare.

Datorită ecranelor feromagnetice cu mai multe straturi, este posibil să se creeze încăperi ecranate magnetic pentru diverse studii. Straturile exterioare ale unor astfel de ecrane sunt realizate în acest caz din feromagneți, care se saturează la valori mari de inducție, în timp ce straturile lor interioare sunt din mu metal, permaloid, metglass etc. — din feromagneți care se saturează la valori mai mici ale inducției magnetice.

Scut de cupru — pentru a proteja câmpurile magnetice alternative

Dacă este necesar să se protejeze un câmp magnetic alternativ, atunci se folosesc materiale cu conductivitate electrică ridicată, cum ar fi Miere.

În acest caz, câmpul magnetic extern în schimbare va induce curenți de inducție în ecranul conductiv, care vor acoperi spațiul volumului protejat, iar direcția câmpurilor magnetice a acestor curenți de inducție în ecran va fi opusă câmpului magnetic extern. , a cărui protecţie este astfel dispusă. Prin urmare, câmpul magnetic extern va fi compensat parțial.

În plus, cu cât frecvența curenților este mai mare, cu atât coeficientul de ecranare este mai mare. În consecință, pentru frecvențe mai mici și cu atât mai mult pentru câmpuri magnetice constante, ecranele feromagnetice sunt cele mai potrivite.

Coeficientul de cernere K, în funcție de frecvența câmpului magnetic alternativ f, dimensiunea ecranului L, conductivitatea materialului sitei și grosimea acestuia d, poate fi găsit aproximativ prin formula:

Aplicarea ecranelor supraconductoare

După cum știți, un supraconductor este capabil să deplaseze complet câmpul magnetic de la sine. Acest fenomen este cunoscut ca efectul Meissner… Conform regula lui Lenz, orice modificare a câmpului magnetic în supraconductor generează curenți de inducție care, cu câmpurile lor magnetice, compensează modificarea câmpului magnetic din supraconductor.

Dacă îl comparăm cu un conductor obișnuit, atunci într-un supraconductor curenții de inducție nu slăbesc și, prin urmare, sunt capabili să exercite un efect magnetic compensator pentru un timp infinit (teoretic) lung.

Dezavantajele metodei pot fi considerate costul său ridicat, prezența unui câmp magnetic rezidual în interiorul ecranului care era acolo înainte de trecerea materialului la o stare supraconductivă, precum și sensibilitatea supraconductorului la temperatură. În acest caz, inducția magnetică critică pentru supraconductori poate ajunge la zeci de tesla.

Metoda de ecranare cu compensare activă

Pentru a reduce câmpul magnetic extern, se poate crea în mod specific un câmp magnetic suplimentar egal ca mărime, dar opus ca direcție câmpului magnetic extern de care urmează să fie protejată o anumită zonă.

Acest lucru se realizează prin implementare bobine speciale de compensare (bobine Helmholtz) — o pereche de bobine purtătoare de curent, dispuse coaxial, identice, care sunt separate de o distanță de raza bobinei. Între astfel de bobine se obține un câmp magnetic destul de uniform.

Pentru a obține compensarea întregului volum al unei anumite zone, aveți nevoie de cel puțin șase astfel de bobine (trei perechi), care sunt plasate în conformitate cu o sarcină specifică.

Aplicațiile tipice pentru un astfel de sistem de compensare sunt protecția împotriva perturbațiilor de joasă frecvență generate de rețelele electrice (50 Hz), precum și ecranarea câmpului magnetic al pământului.

De obicei, sistemele de acest tip funcționează împreună cu senzori de câmp magnetic. Spre deosebire de scuturile magnetice, care reduc câmpul magnetic împreună cu zgomotul în întregul volum delimitat de scut, protecția activă prin bobine de compensare permite eliminarea perturbațiilor magnetice doar în zona locală la care este reglat.

Indiferent de designul sistemului de interferență antimagnetică, fiecare dintre ele are nevoie de protecție anti-vibrații, deoarece vibrațiile ecranului și ale senzorului contribuie la generarea de interferențe magnetice suplimentare de la ecranul vibrant în sine.