Kalıcı mıknatıs manyetik alan koruması, alternatif manyetik alan koruması

Sabit bir mıknatısın veya uzayın belirli bir bölgesinde alternatif akımlara sahip düşük frekanslı bir alternatif manyetik alanın manyetik alan gücünü azaltmak için, manyetik ekranlama… Uygulama tarafından oldukça kolay bir şekilde korunan bir elektrik alanıyla karşılaştırıldığında Faraday hücreleri, manyetik alan tamamen perdelenemez, ancak belirli bir yerde bir dereceye kadar zayıflatılabilir.

Uygulamada, bilimsel araştırma amaçları için, tıpta, jeolojide, uzay ve nükleer enerji ile ilgili bazı teknik alanlarda, çok zayıf manyetik alanlar genellikle korumalıdır, indüksiyon nadiren 1 nT'yi aşar.

Geniş bir frekans aralığında hem kalıcı manyetik alanlardan hem de değişken manyetik alanlardan bahsediyoruz. Örneğin, Dünya'nın manyetik alan indüksiyonu ortalama olarak 50 μT'yi geçmez; Böyle bir alanın, yüksek frekanslı gürültüyle birlikte, manyetik korumayla zayıflatılması daha kolaydır.

Güç elektroniği ve elektrik mühendisliğinde (sabit mıknatıslar, transformatörler, yüksek akım devreleri) başıboş manyetik alanların korunması söz konusu olduğunda, genellikle manyetik alanı tamamen ortadan kaldırmaya çalışmak yerine önemli bir kısmını yerelleştirmek yeterlidir. ferromanyetik kalkan — kalıcı ve düşük frekanslı manyetik alanları korumak için

Manyetik alanı korumanın ilk ve en kolay yolu, silindir, levha veya küre şeklinde bir ferromanyetik kalkanın (gövde) kullanılması. Böyle bir kabuğun malzemesi, yüksek manyetik geçirgenlik Ve düşük zorlayıcı kuvvet.

Böyle bir kalkan harici bir manyetik alana yerleştirildiğinde, kalkanın ferromıknatısındaki manyetik indüksiyon, indüksiyonun buna uygun olarak daha düşük olacağı korumalı alanın içinden daha güçlü olur.

İçi boş bir silindir şeklindeki bir ekran örneğini ele alalım.

Şekil, ferromanyetik ekranın duvarına nüfuz eden harici manyetik alanın indüksiyon hatlarının onun içinde ve doğrudan silindir boşluğunda kalınlaştığını, bu nedenle indüksiyon hatlarının daha seyrek olacağını göstermektedir. Yani silindir içindeki manyetik alan minimum düzeyde kalacaktır. İstenilen etkinin yüksek kalitede performansı için, yüksek manyetik geçirgenliğe sahip ferromanyetik malzemeler kullanılmaktadır. permaloid veya mu-metal.

Bu arada, ekranın duvarını kalınlaştırmak, kalitesini artırmanın en iyi yolu değildir.Kalkanı oluşturan katmanlar arasında boşluklar olan çok katmanlı ferromanyetik kalkanlar çok daha etkilidir; burada koruma katsayısı, tek tek katmanlar için koruma katsayılarının ürününe eşit olacaktır — çok katmanlı bir kalkanın koruma kalitesi, kalkanın etkisinden daha iyi olacaktır. üst katmanların toplamına eşit kalınlıkta sürekli bir katman.

Çok katmanlı ferromanyetik ekranlar sayesinde çeşitli çalışmalar için manyetik korumalı odalar oluşturmak mümkündür. Bu tür ekranların dış katmanları, bu durumda yüksek indüksiyon değerlerinde doygun olan ferromanyetlerden yapılırken, iç katmanları mu metal, permaloid, metglass vb. — daha düşük manyetik indüksiyon değerlerinde doygun olan ferromanyetlerden.

Bakır kalkan — alternatif manyetik alanları korumak için

Alternatif bir manyetik alanın korunması gerekiyorsa, yüksek elektrik iletkenliğine sahip malzemeler kullanılır, örn. Bal.

Bu durumda değişen dış manyetik alan, korunan hacmin alanını kaplayacak olan iletken ekranda indüksiyon akımlarını indükleyecek ve bu indüksiyon akımlarının ekrandaki manyetik alanlarının yönü dış manyetik alanın tersi olacaktır. , bu şekilde düzenlenen koruma. Bu nedenle, dış manyetik alan kısmen telafi edilecektir.

Ayrıca akımların frekansı ne kadar yüksek olursa ekranlama katsayısı da o kadar yüksek olur. Buna göre, daha düşük frekanslar ve hatta sabit manyetik alanlar için ferromanyetik ekranlar en uygunudur.

Alternatif manyetik alanın frekansına (f), elek boyutuna (L), elek malzemesinin iletkenliğine ve d kalınlığına bağlı olarak eleme katsayısı K, yaklaşık olarak aşağıdaki formülle bulunabilir:

Süper iletken ekranların uygulanması

Bildiğiniz gibi, bir süper iletken manyetik alanı tamamen kendisinden uzaklaştırabilir. Bu fenomen olarak bilinir Meissner etkisi… Buna göre Lenz'in kuralı, manyetik alandaki herhangi bir değişiklik süper iletkende manyetik alanlarıyla süperiletkendeki manyetik alandaki değişikliği telafi eden indüksiyon akımları üretir.

Sıradan bir iletkenle karşılaştırırsak, o zaman bir süper iletkende endüksiyon akımları zayıflamaz ve bu nedenle sonsuz (teorik olarak) uzun bir süre boyunca dengeleyici bir manyetik etki uygulayabilir.

Yöntemin dezavantajları, yüksek maliyeti, malzemenin süper iletken bir duruma geçişinden önce ekran içinde kalan bir artık manyetik alanın varlığının yanı sıra süper iletkenin sıcaklığa duyarlılığı olarak kabul edilebilir. Bu durumda, süperiletkenler için kritik manyetik indüksiyon onlarca teslaya ulaşabilir.

Aktif kompanzasyonlu ekranlama yöntemi

Dış manyetik alanı azaltmak için, belirli bir alanın korunacağı dış manyetik alana eşit büyüklükte ancak zıt yönde ek bir manyetik alan özel olarak yaratılabilir.

Bu, uygulama yoluyla elde edilir özel dengeleme bobinleri (Helmholtz bobinleri) - bobin yarıçapının bir mesafesi ile ayrılmış, eş eksenli olarak düzenlenmiş bir çift özdeş akım taşıyan bobin. Bu tür bobinler arasında oldukça düzgün bir manyetik alan elde edilir.

Belirli bir alanın tüm hacmini telafi etmek için, belirli bir göreve göre yerleştirilmiş en az altı bu tür bobine (üç çift) ihtiyacınız vardır.

Böyle bir kompanzasyon sisteminin tipik uygulamaları, elektrik şebekeleri (50 Hz) tarafından üretilen düşük frekanslı bozulmalara karşı koruma ve ayrıca dünyanın manyetik alanının korunmasıdır.

Tipik olarak, bu tür sistemler manyetik alan sensörleri ile birlikte çalışır. Kalkanın sınırladığı tüm hacimdeki gürültüyle birlikte manyetik alanı azaltan manyetik kalkanların aksine, kompanzasyon bobinlerini kullanan aktif koruma, yalnızca ayarlandığı yerel alandaki manyetik bozulmaları ortadan kaldırmaya izin verir.

Anti-manyetik girişim sisteminin tasarımından bağımsız olarak, ekranın ve sensörün titreşimleri, titreşimli ekranın kendisinden ek manyetik girişimin oluşmasına katkıda bulunduğundan, her birinin titreşim önleyici korumaya ihtiyacı vardır.