Püsimagnetiga magnetvälja varjestus, vahelduva magnetvälja varjestus

Püsimagneti või madalsagedusliku vahelduvmagnetvälja vahelduvvooluga magnetvälja tugevuse vähendamiseks teatud ruumipiirkonnas magnetiline varjestus… Võrreldes elektriväljaga, mis on rakendusega üsna kergesti varjestatud Faraday rakud, magnetvälja ei saa täielikult varjata, seda saab ainult teatud kohas teatud määral nõrgendada.

Praktikas varjestatakse teaduslike uuringute, meditsiini, geoloogia, mõnes kosmose- ja tuumaenergiaga seotud tehnikavaldkonnas sageli väga nõrku magnetvälju, induktsioon mis harva ületab 1 nT.

Jutt käib nii püsimagnetväljadest kui ka muutuvatest magnetväljadest laias sagedusvahemikus. Näiteks Maa magnetvälja induktsioon ei ületa keskmiselt 50 μT; sellist välja koos kõrgsagedusliku müraga on kergem summutada magnetvarjestuse abil.

Kui tegemist on hajuvate magnetväljade varjestusega jõuelektroonikas ja elektrotehnikas (püsimagnetid, trafod, kõrge vooluahelad), piisab sageli sellest, kui märkimisväärne osa magnetväljast lihtsalt lokaliseeritakse, selle asemel et püüda seda täielikult kõrvaldada. Ferromagnetiline varjestus — püsi- ja madalsageduslike magnetväljade varjestamiseks

Esimene ja lihtsaim viis magnetvälja kaitsmiseks on ferromagnetilise varje (keha) kasutamine silindri, lehe või sfääri kujul. Sellise kesta materjal peab olema kõrge magnetiline läbilaskvus ja madal sunnijõud.

Kui selline varjes asetatakse välisesse magnetvälja, osutub magnetiline induktsioon varjestuse enda ferromagnetis tugevamaks kui varjestatud ala sees, kus induktsioon on vastavalt väiksem.

Vaatleme näidet õõnsa silindri kujul olevast ekraanist.

Joonisel on näha, et ferromagnetilise ekraani seina läbiva välise magnetvälja induktsioonijooned on selle sees ja otse silindri õõnsuses paksenenud, mistõttu induktsioonijooned muutuvad harvemaks. See tähendab, et silindri sees olev magnetväli jääb minimaalseks. Nõutava efekti kvaliteetseks täitmiseks kasutatakse suure magnetilise läbilaskvusega ferromagnetilisi materjale, näiteks permaloid või mu-metall.

Muide, lihtsalt ekraani seina paksendamine ei ole parim viis selle kvaliteedi parandamiseks.Palju tõhusamad on mitmekihilised ferromagnetilised varjed, mille varje moodustavate kihtide vahel on tühimikud, kus varjestuskoefitsient on võrdne üksikute kihtide varjestuskoefitsientide korrutisega – mitmekihilise varjestuse varjestus on parem kui varjestuse efekt. pidev kiht, mille paksus on võrdne ülemiste kihtide summaga.

Tänu mitmekihilistele ferromagnetilistele ekraanidele on võimalik luua magnetiliselt varjestatud ruume erinevateks uuringuteks. Selliste ekraanide välimised kihid on antud juhul valmistatud ferromagnetitest, mis küllastuvad kõrgel induktsiooniväärtusel, samas kui nende sisemised kihid on metallist, permaloidist, metklaasist jne. — ferromagnetitest, mis küllastuvad madalamate magnetinduktsiooni väärtustega.

Vase kilp – vahelduvate magnetväljade varjestamiseks

Kui on vaja vahelduvat magnetvälja varjestada, siis kasutatakse kõrge elektrijuhtivusega materjale, nt. kallis.

Sel juhul indutseerib muutuv väline magnetväli juhtivas ekraanis induktsioonivoolud, mis katavad kaitstud ruumala ja nende induktsioonivoolude magnetväljade suund ekraanil on vastupidine välisele magnetväljale. , mille eest kaitsmine on seega korraldatud. Seetõttu kompenseeritakse osaliselt väline magnetväli.

Lisaks, mida suurem on voolude sagedus, seda suurem on varjestuskoefitsient. Sellest tulenevalt on madalamate sageduste ja veelgi enam pidevate magnetväljade jaoks sobivaimad ferromagnetilised ekraanid.

Sõelumiskoefitsiendi K, sõltuvalt vahelduva magnetvälja sagedusest f, ekraani suurusest L, sõela materjali juhtivusest ja selle paksusest d, saab ligikaudselt leida valemiga:

Ülijuhtivate ekraanide rakendamine

Nagu teate, on ülijuht võimeline magnetvälja endast täielikult eemale nihutama. Seda nähtust tuntakse kui Meissneri efekt… Vastavalt Lenzi reegel, kõik muutused magnetväljas ülijuhis tekitab induktsioonivoolusid, mis oma magnetväljadega kompenseerivad ülijuhi magnetvälja muutust.

Kui võrrelda seda tavalise juhiga, siis ülijuhis induktsioonivoolud ei nõrgene ja on seetõttu võimelised avaldama kompenseerivat magnetefekti lõpmata (teoreetiliselt) pikka aega.

Meetodi puudusteks võib pidada selle kõrget hinda, jääkmagnetvälja olemasolu ekraani sees, mis oli seal enne materjali üleminekut ülijuhtivasse olekusse, aga ka ülijuhi tundlikkust temperatuuri suhtes. Sel juhul võib ülijuhtide kriitiline magnetiline induktsioon ulatuda kümnete teslateni.

Aktiivse kompensatsiooniga varjestusmeetod

Välise magnetvälja vähendamiseks saab spetsiaalselt luua täiendava magnetvälja, mille suurus on võrdne, kuid vastupidine välisele magnetväljale, mille eest teatud ala tahetakse varjestada.

See saavutatakse rakendamise kaudu spetsiaalsed kompenseerivad poolid (Helmholtzi mähised) — paar identset koaksiaalselt paigutatud voolu juhtivat pooli, mis on eraldatud pooli raadiuse vahemaaga. Selliste mähiste vahel saadakse üsna ühtlane magnetväli.

Antud ala kogu mahu kompenseerimiseks on vaja vähemalt kuut sellist mähist (kolm paari), mis asetatakse vastavalt konkreetsele ülesandele.

Sellise kompensatsioonisüsteemi tüüpilised rakendused on kaitse elektrivõrkude (50 Hz) tekitatud madalsageduslike häirete eest, samuti maa magnetvälja varjestus.

Tavaliselt töötavad seda tüüpi süsteemid koos magnetvälja anduritega. Erinevalt magnetkilpidest, mis vähendavad magnetvälja koos müraga kogu varjega piiratud mahus, võimaldab aktiivne kaitse kompensatsioonimähiste abil kõrvaldada magnetilisi häireid ainult lokaalses piirkonnas, millele see on häälestatud.

Sõltumata antimagnetiliste häirete süsteemi konstruktsioonist vajab igaüks neist vibratsioonivastast kaitset, kuna ekraani ja anduri vibratsioon soodustab täiendavate magnetiliste häirete tekitamist vibreeriva ekraani enda poolt.