Zaštita od magnetskog polja trajnim magnetom, zaštita od izmjeničnog magnetskog polja

Da biste smanjili jakost magnetskog polja trajnog magneta ili niskofrekventnog izmjeničnog magnetskog polja s izmjeničnim strujama u određenom području prostora, koristite magnetska zaštita… U usporedbi s električnim poljem, koje se prilično lako štiti aplikacijom Faradayeve ćelije, magnetsko polje se ne može potpuno zaštititi, može se samo donekle oslabiti na određenom mjestu.

U praksi, za potrebe znanstvenog istraživanja, u medicini, u geologiji, u nekim tehničkim područjima vezanim za svemir i nuklearnu energiju, vrlo slaba magnetska polja se često štite, indukcija koja rijetko prelazi 1 nT.

Govorimo io stalnim magnetskim poljima io promjenjivim magnetskim poljima u širokom frekvencijskom rasponu. Indukcija Zemljinog magnetskog polja, na primjer, u prosjeku ne prelazi 50 μT; takvo polje, zajedno s visokofrekventnim šumom, lakše je prigušiti magnetskom zaštitom.

Kada se radi o zaštiti lutajućih magnetskih polja u energetskoj elektronici i elektrotehnici (permanentni magneti, transformatori, strujni krugovi velike struje), često je dovoljno jednostavno lokalizirati značajan dio magnetskog polja umjesto da ga pokušavate potpuno eliminirati. Feromagnetski štit — za zaštitu od stalnih i niskofrekventnih magnetskih polja

Prvi i najlakši način zaštite od magnetskog polja je korištenje feromagnetskog štita (tijela) u obliku cilindra, lista ili kugle. Materijal takve školjke mora imati visoka magnetska permeabilnost i mala prisilna sila.

Kada se takav štit postavi u vanjsko magnetsko polje, magnetska indukcija u feromagnetu samog štita ispada da je jača nego unutar zaštićenog područja, gdje će indukcija biti odgovarajuće niža.

Razmotrimo primjer zaslona u obliku šupljeg cilindra.

Slika pokazuje da su indukcijske linije vanjskog magnetskog polja koje prodiru kroz stijenku feromagnetskog zaslona zadebljane unutar njega i izravno u šupljini cilindra, stoga će indukcijske linije biti rjeđe. To jest, magnetsko polje unutar cilindra ostat će minimalno. Za kvalitetno izvođenje traženog učinka koriste se feromagnetski materijali visoke magnetske permeabilnosti kao npr. permaloid ili mu-metal.

Usput, jednostavno podebljavanje stijenke zaslona nije najbolji način za poboljšanje njegove kvalitete.Mnogo su učinkovitiji višeslojni feromagnetski štitovi s razmacima između slojeva koji čine štit, gdje će koeficijent zaštite biti jednak umnošku koeficijenata zaštite za pojedinačne slojeve — kvaliteta zaštite višeslojnog štita bit će bolja od učinka kontinuirani sloj debljine jednake zbroju gornjih slojeva.

Zahvaljujući višeslojnim feromagnetskim ekranima, moguće je stvoriti magnetski oklopljene sobe za različite studije. Vanjski slojevi takvih zaslona izrađeni su u ovom slučaju od feromagneta, koji zasićuju pri visokim vrijednostima indukcije, dok su njihovi unutarnji slojevi od mu metala, permaloida, metglassa itd. — od feromagneta koji zasićuju pri nižim vrijednostima magnetske indukcije.

Bakreni štit — za zaštitu izmjeničnih magnetskih polja

Ako je potrebno zaštititi izmjenično magnetsko polje, tada se koriste materijali visoke električne vodljivosti, kao npr. med.

U tom će slučaju promjenjivo vanjsko magnetsko polje inducirati indukcijske struje u vodljivom ekranu, koje će prekriti prostor štićenog volumena, a smjer magnetskih polja tih indukcijskih struja u ekranu bit će suprotan vanjskom magnetskom polju. , zaštita od koje je tako uređena. Zbog toga će vanjsko magnetsko polje biti djelomično kompenzirano.

Osim toga, što je veća frekvencija struja, to je veći koeficijent zaštite. U skladu s tim, za niže frekvencije, a još više za konstantna magnetska polja, feromagnetski zasloni su najprikladniji.

Koeficijent prosijavanja K, ovisno o frekvenciji izmjeničnog magnetskog polja f, veličini zaslona L, vodljivosti materijala sita i njegovoj debljini d, može se približno pronaći po formuli:

Primjena supravodljivih zaslona

Kao što znate, supravodič je u stanju u potpunosti odmaknuti magnetsko polje od sebe. Ovaj fenomen je poznat kao Meissnerov učinak… Prema Lenzovo pravilo, svaka promjena u magnetskom polju u supravodiču stvara indukcijske struje koje svojim magnetskim poljima kompenziraju promjenu magnetskog polja u supravodiču.

Ako ga usporedimo s običnim vodičem, tada u supravodiču indukcijske struje ne slabe i stoga mogu vršiti kompenzacijski magnetski učinak beskonačno (teoretski) dugo vremena.

Nedostaci metode mogu se smatrati njezinom visokom cijenom, prisutnost zaostalog magnetskog polja unutar zaslona koji je postojao prije prijelaza materijala u supravodljivo stanje, kao i osjetljivost supravodiča na temperaturu. U tom slučaju kritična magnetska indukcija za supravodiče može doseći desetke tesla.

Metoda zaštite s aktivnom kompenzacijom

Kako bi se smanjilo vanjsko magnetsko polje, može se posebno stvoriti dodatno magnetsko polje jednako po veličini, ali suprotnog smjera od vanjskog magnetskog polja od kojeg se određeno područje želi zaštititi.

To se postiže implementacijom posebne kompenzacijske zavojnice (Helmholtzove zavojnice) — par identičnih koaksijalno postavljenih zavojnica kojima teče struja koji su odvojeni udaljenošću polumjera zavojnice. Između takvih zavojnica dobiva se prilično jednolično magnetsko polje.

Da biste postigli kompenzaciju cjelokupnog volumena određenog područja, potrebno vam je najmanje šest takvih zavojnica (tri para), koje se postavljaju u skladu s određenim zadatkom.

Tipične primjene takvog kompenzacijskog sustava su zaštita od niskofrekventnih smetnji koje stvaraju električne mreže (50 Hz), kao i zaštita zemljinog magnetskog polja.

Tipično, sustavi ove vrste rade zajedno sa senzorima magnetskog polja. Za razliku od magnetskih štitova, koji smanjuju magnetsko polje zajedno sa šumom u cijelom volumenu omeđenom štitom, aktivna zaštita pomoću kompenzacijskih zavojnica omogućuje uklanjanje magnetskih smetnji samo u lokalnom području na koje je podešena.

Bez obzira na dizajn sustava protiv magnetskih smetnji, svaki od njih treba antivibracionu zaštitu, budući da vibracije zaslona i senzora doprinose stvaranju dodatnih magnetskih smetnji od samog vibrirajućeg zaslona.