Permanent magnetisk magnetfeltskjerming, vekselmagnetisk feltskjerming

For å redusere magnetfeltstyrken til en permanent magnet eller et lavfrekvent vekselmagnetisk felt med vekselstrømmer i et bestemt område av rommet, bruk magnetisk skjerming… Sammenlignet med et elektrisk felt, som ganske enkelt skjermes av applikasjonen Faraday-celler, magnetfeltet kan ikke skjermes fullstendig, det kan bare svekkes til en viss grad på et bestemt sted.

I praksis, for vitenskapelig forskning, innen medisin, i geologi, i noen tekniske felt relatert til rom og kjerneenergi, er svært svake magnetiske felt ofte skjermet, induksjon som sjelden overstiger 1 nT.

Vi snakker både om permanente magnetiske felt og variable magnetiske felt over et bredt frekvensområde. Jordens magnetfeltinduksjon overstiger for eksempel ikke 50 μT i gjennomsnitt; et slikt felt, sammen med høyfrekvent støy, er lettere å dempe med magnetisk skjerming.

Når det gjelder å skjerme forvillede magnetiske felt i kraftelektronikk og elektroteknikk (permanente magneter, transformatorer, høystrømkretser), er det ofte nok å ganske enkelt lokalisere en betydelig del av magnetfeltet i stedet for å prøve å eliminere det fullstendig. Ferromagnetisk skjold — for å skjerme permanente og lavfrekvente magnetiske felt

Den første og enkleste måten å beskytte magnetfeltet på er bruken av et ferromagnetisk skjold (kropp) i form av en sylinder, ark eller kule. Materialet til et slikt skall må ha høy magnetisk permeabilitet og lav tvangskraft.

Når et slikt skjold plasseres i et eksternt magnetfelt, viser den magnetiske induksjonen i ferromagneten til selve skjoldet seg å være sterkere enn inne i det skjermede området, hvor induksjonen vil være tilsvarende lavere.

La oss vurdere et eksempel på en skjerm i form av en hul sylinder.

Figuren viser at induksjonslinjene til det eksterne magnetfeltet som penetrerer veggen til den ferromagnetiske skjermen er fortykket inne i den og direkte i sylinderhulen, derfor vil induksjonslinjene bli mer sjeldne. Det vil si at magnetfeltet inne i sylinderen forblir minimalt. For høykvalitets ytelse av den nødvendige effekten, brukes ferromagnetiske materialer med høy magnetisk permeabilitet, som f.eks. permaloid eller mu-metall.

Forresten, å tykkere veggen på skjermen er ikke den beste måten å forbedre kvaliteten på.Mye mer effektive er flerlags ferromagnetiske skjold med hull mellom lagene som utgjør skjoldet, hvor skjermingskoeffisienten vil være lik produktet av skjermingskoeffisienten for de enkelte lagene - skjermingskvaliteten til et flerlagsskjold vil være bedre enn effekten av et sammenhengende lag med tykkelse lik summen av de øvre lagene.

Takket være de flerlags ferromagnetiske skjermene er det mulig å lage magnetisk skjermede rom for ulike studier. De ytre lagene av slike skjermer er i dette tilfellet laget av ferromagneter, som metter ved høye induksjonsverdier, mens deres indre lag er av mu-metall, permaloid, metglass, etc. - fra ferromagneter som metter ved lavere verdier av magnetisk induksjon.

Kobberskjerm – for å skjerme vekslende magnetiske felt

Dersom det er nødvendig å skjerme et vekslende magnetfelt, brukes materialer med høy elektrisk ledningsevne, som f.eks. honning.

I dette tilfellet vil det endrede eksterne magnetfeltet indusere induksjonsstrømmer i den ledende skjermen, som vil dekke rommet til det beskyttede volumet, og retningen til magnetfeltene til disse induksjonsstrømmene i skjermen vil være motsatt av det eksterne magnetfeltet , beskyttelsen som er således ordnet. Derfor vil det eksterne magnetfeltet bli delvis kompensert.

I tillegg, jo høyere frekvensen til strømmene er, desto høyere er skjermingskoeffisienten. Følgelig, for lavere frekvenser og enda mer for konstante magnetiske felt, er ferromagnetiske skjermer mest egnet.

Siktingskoeffisienten K, avhengig av frekvensen til det vekslende magnetiske feltet f, størrelsen på skjermen L, ledningsevnen til siktmaterialet og dets tykkelse d, kan tilnærmet finnes ved formelen:

Påføring av superledende skjermer

Som du vet, er en superleder i stand til å flytte magnetfeltet fullstendig bort fra seg selv. Dette fenomenet er kjent som Meissner-effekt… I følge Lenz sin regel, enhver endring i magnetfeltet i superlederen genererer induksjonsstrømmer som med sine magnetiske felt kompenserer for endringen i magnetfeltet i superlederen.

Hvis vi sammenligner det med en vanlig leder, så svekkes ikke induksjonsstrømmene i en superleder og er derfor i stand til å utøve en kompenserende magnetisk effekt i uendelig (teoretisk) lang tid.

Ulempene med metoden kan betraktes som dens høye pris, tilstedeværelsen av et gjenværende magnetfelt inne i skjermen som var der før overgangen av materialet til en superledende tilstand, samt følsomheten til superlederen for temperatur. I dette tilfellet kan den kritiske magnetiske induksjonen for superledere nå titalls tesla.

Skjermingsmetode med aktiv kompensasjon

For å redusere det eksterne magnetfeltet, kan det spesifikt opprettes et ekstra magnetfelt som er like i størrelse, men motsatt i retning av det eksterne magnetfeltet som et bestemt område skal skjermes fra.

Dette oppnås gjennom implementering spesielle kompensasjonsspoler (Helmholtz spoler) — et par identiske koaksialt anordnede strømførende spoler som er adskilt med en avstand fra spolens radius. Et ganske jevnt magnetfelt oppnås mellom slike spoler.

For å oppnå kompensasjon for hele volumet av et gitt område, trenger du minst seks slike spoler (tre par), som plasseres i samsvar med en spesifikk oppgave.

Typiske bruksområder for et slikt kompensasjonssystem er beskyttelse mot lavfrekvente forstyrrelser generert av elektriske nettverk (50 Hz), samt skjerming av jordens magnetfelt.

Vanligvis fungerer systemer av denne typen sammen med magnetfeltsensorer. I motsetning til magnetiske skjold, som reduserer magnetfeltet sammen med støyen i hele volumet avgrenset av skjoldet, tillater aktiv beskyttelse ved bruk av kompensasjonsspoler å eliminere magnetiske forstyrrelser bare i det lokale området som det er innstilt på.

Uavhengig av utformingen av det antimagnetiske interferenssystemet, trenger hver av dem antivibrasjonsbeskyttelse, siden vibrasjonene til skjermen og sensoren bidrar til generering av ytterligere magnetisk interferens fra selve vibrasjonsskjermen.