المغناطيس الدائم المجال المغناطيسي التدريع ، بالتناوب التدريع المجال المغناطيسي

لتقليل شدة المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم أو مجال مغناطيسي متناوب منخفض التردد مع التيارات المتناوبة في منطقة معينة من الفضاء ، استخدم التدريع المغناطيسي... مقارنة بالمجال الكهربائي ، والذي يمكن حمايته بسهولة بواسطة التطبيق خلايا فاراداي، لا يمكن فحص المجال المغناطيسي بالكامل ، يمكن فقط إضعافه إلى حد ما في موقع معين.

في الممارسة العملية ، لأغراض البحث العلمي ، في الطب ، في الجيولوجيا ، في بعض المجالات التقنية المتعلقة بالفضاء والطاقة النووية ، غالبًا ما يتم حماية المجالات المغناطيسية الضعيفة جدًا ، تعريفي التي نادرا ما تتجاوز 1 nT.

نحن نتحدث عن كل من المجالات المغناطيسية الدائمة والمجالات المغناطيسية المتغيرة على نطاق تردد واسع. لا يتجاوز تحريض المجال المغناطيسي للأرض ، على سبيل المثال ، 50 μT في المتوسط ​​؛ مثل هذا المجال ، إلى جانب الضوضاء عالية التردد ، يسهل تخفيفه عن طريق التدريع المغناطيسي.

عندما يتعلق الأمر بحماية المجالات المغناطيسية الشاردة في إلكترونيات الطاقة والهندسة الكهربائية (المغناطيس الدائم ، والمحولات ، ودوائر التيار العالي) ، فغالبًا ما يكفي ببساطة تحديد موقع جزء كبير من المجال المغناطيسي بدلاً من محاولة القضاء عليه تمامًا. درع مغناطيسي - لتدريع المجالات المغناطيسية الدائمة ومنخفضة التردد

الطريقة الأولى والأسهل لحماية المجال المغناطيسي هي استخدام درع (جسم) حديدي مغناطيسي على شكل أسطوانة أو صفيحة أو كرة. يجب أن تحتوي مادة مثل هذه القشرة نفاذية مغناطيسية عالية و قوة قسرية منخفضة.

عندما يتم وضع مثل هذا الدرع في مجال مغناطيسي خارجي ، فإن الحث المغناطيسي في المغناطيس الحديدي للدرع نفسه يكون أقوى من داخل المنطقة المحمية ، حيث يكون الحث أقل في المقابل.

لنفكر في مثال لشاشة على شكل أسطوانة مجوفة.

يوضح الشكل أن خطوط الحث للمجال المغناطيسي الخارجي التي تخترق جدار الشاشة المغناطيسية الحديدية تكون سميكة بداخلها ومباشرة في تجويف الأسطوانة ، وبالتالي فإن خطوط الحث ستكون أكثر تخلخلًا. أي أن المجال المغناطيسي داخل الأسطوانة سيبقى ضئيلاً. للحصول على أداء عالي الجودة للتأثير المطلوب ، يتم استخدام مواد مغناطيسية ذات نفاذية مغناطيسية عالية ، مثل بيرمالويد أو ميتال.

بالمناسبة ، ببساطة سماكة جدار الشاشة ليس هو أفضل طريقة لتحسين جودته.أكثر فاعلية هي الدروع المغناطيسية متعددة الطبقات مع وجود فجوات بين الطبقات التي تشكل الدرع ، حيث يكون معامل التدريع مساويًا لمنتج معاملات التدريع للطبقات الفردية - ستكون جودة التدريع للدرع متعدد الطبقات أفضل من تأثير طبقة متصلة بسمك يساوي مجموع الطبقات العليا.

بفضل الشاشات المغناطيسية متعددة الطبقات ، من الممكن إنشاء غرف محمية مغناطيسيًا لإجراء دراسات مختلفة. تصنع الطبقات الخارجية لهذه الشاشات في هذه الحالة من المغناطيسات الحديدية ، والتي تتشبع بقيم عالية من الحث ، في حين أن طبقاتها الداخلية مصنوعة من معدن mu ، و permaloid ، و metglass ، وما إلى ذلك. - من المغناطيسات الحديدية التي تتشبع عند القيم المنخفضة للحث المغناطيسي.

درع نحاسي - لحماية المجالات المغناطيسية المتناوبة

إذا كان من الضروري حماية مجال مغناطيسي متناوب ، فسيتم استخدام المواد ذات الموصلية الكهربائية العالية ، مثل عسل.

في هذه الحالة ، سيحفز المجال المغناطيسي الخارجي المتغير تيارات الحث في الشاشة الموصلة ، والتي ستغطي مساحة الحجم المحمي ، وسيكون اتجاه المجالات المغناطيسية لهذه التيارات الحثية في الشاشة عكس المجال المغناطيسي الخارجي ، ومن ثم يتم ترتيب الحماية. لذلك ، سيتم تعويض المجال المغناطيسي الخارجي جزئيًا.

بالإضافة إلى ذلك ، كلما زاد تواتر التيارات ، زاد معامل التدريع. وفقًا لذلك ، بالنسبة للترددات المنخفضة وحتى بالنسبة للمجالات المغناطيسية الثابتة ، فإن الشاشات المغناطيسية الحديدية هي الأنسب.

يمكن العثور على معامل الغربلة K ، اعتمادًا على تردد المجال المغناطيسي المتناوب f ، وحجم الشاشة L ، وموصلية مادة الغربال وسمكها d ، تقريبًا بواسطة الصيغة:

تطبيق الشاشات فائقة التوصيل

كما تعلم ، فإن الموصل الفائق قادر على تحويل المجال المغناطيسي بالكامل بعيدًا عن نفسه. تُعرف هذه الظاهرة باسم تأثير مايسنر… وفق حكم لينز، أي تغيير في المجال المغناطيسي في الموصل الفائق يولد تيارات تحريضية تعوض ، بحقولها المغناطيسية ، التغيير في المجال المغناطيسي في الموصل الفائق.

إذا قارناه بموصل عادي ، فعندئذٍ في الموصل الفائق ، لا تضعف التيارات الحثية ، وبالتالي فهي قادرة على ممارسة تأثير مغناطيسي تعويضي لفترة طويلة (نظريًا) بلا حدود.

يمكن اعتبار عيوب هذه الطريقة كلفتها العالية ، ووجود مجال مغناطيسي متبقي داخل الشاشة كان موجودًا قبل انتقال المادة إلى حالة التوصيل الفائق ، فضلاً عن حساسية الموصل الفائق لدرجة الحرارة. في هذه الحالة ، يمكن أن يصل الحث المغناطيسي الحرج للموصلات الفائقة إلى عشرات التسلا.

طريقة الحماية مع التعويض النشط

من أجل تقليل المجال المغناطيسي الخارجي ، يمكن على وجه التحديد إنشاء مجال مغناطيسي إضافي مساوٍ للحجم ولكن عكس اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي الذي سيتم حماية منطقة معينة منه.

يتم تحقيق ذلك من خلال التنفيذ ملفات تعويض خاصة (لفائف هيلمهولتز) - زوج من الملفات المتماثلة المحورية التي تحمل التيار والتي يتم فصلها بمسافة نصف قطر الملف. يتم الحصول على مجال مغناطيسي موحد إلى حد ما بين هذه الملفات.

لتحقيق تعويض عن الحجم الكامل لمنطقة معينة ، تحتاج على الأقل ستة ملفات من هذا القبيل (ثلاثة أزواج) ، والتي يتم وضعها وفقًا لمهمة محددة.

التطبيقات النموذجية لنظام التعويض هذا هي الحماية من اضطرابات التردد المنخفض الناتجة عن الشبكات الكهربائية (50 هرتز) ، فضلاً عن حماية المجال المغناطيسي للأرض.

عادةً ما تعمل أنظمة من هذا النوع جنبًا إلى جنب مع مستشعرات المجال المغناطيسي. على عكس الدروع المغناطيسية ، التي تقلل المجال المغناطيسي إلى جانب الضوضاء في الحجم الكامل الذي يحده الدرع ، تسمح الحماية النشطة باستخدام ملفات التعويض بالقضاء على الاضطرابات المغناطيسية فقط في المنطقة المحلية التي يتم ضبطها عليها.

بغض النظر عن تصميم نظام التداخل المغناطيسي المضاد ، يحتاج كل منهم إلى حماية ضد الاهتزاز ، حيث تساهم اهتزازات الشاشة والمستشعر في توليد تداخل مغناطيسي إضافي من الشاشة الاهتزازية نفسها.