Blindatge de camp magnètic d'imant permanent, blindatge de camp magnètic altern

Per reduir la intensitat del camp magnètic d'un imant permanent o un camp magnètic altern de baixa freqüència amb corrents alterns en una determinada regió de l'espai, utilitzeu blindatge magnètic... En comparació amb un camp elèctric, que es blinda amb força facilitat per l'aplicació Cèl·lules de Faraday, el camp magnètic no es pot protegir completament, només es pot debilitar fins a cert punt en un lloc determinat.

A la pràctica, a efectes de recerca científica, en medicina, en geologia, en alguns camps tècnics relacionats amb l'espai i l'energia nuclear, sovint es protegeixen camps magnètics molt febles, inducció que rarament supera 1 nT.

Estem parlant tant de camps magnètics permanents com de camps magnètics variables en un ampli rang de freqüències. La inducció del camp magnètic terrestre, per exemple, no supera els 50 μT de mitjana; aquest camp, juntament amb el soroll d'alta freqüència, és més fàcil d'atenuar mitjançant un blindatge magnètic.

Quan es tracta de protegir els camps magnètics perduts en electrònica de potència i enginyeria elèctrica (imants permanents, transformadors, circuits d'alta corrent), sovint n'hi ha prou amb localitzar una part significativa del camp magnètic en lloc d'intentar eliminar-lo completament. Escut ferromagnètic — per a la protecció de camps magnètics permanents i de baixa freqüència

La primera i més senzilla manera de protegir el camp magnètic és l'ús d'un escut (cos) ferromagnètic en forma de cilindre, làmina o esfera. El material d'aquesta closca ha de tenir alta permeabilitat magnètica i força coercitiva baixa.

Quan aquest escut es col·loca en un camp magnètic extern, la inducció magnètica al ferroimant de l'escut en si resulta ser més forta que a l'interior de l'àrea blindada, on la inducció serà corresponentment més baixa.

Considerem un exemple de pantalla en forma de cilindre buit.

La figura mostra que les línies d'inducció del camp magnètic extern que penetren a la paret de la pantalla ferromagnètica s'engrossiran dins d'ella i directament a la cavitat del cilindre, per tant, les línies d'inducció seran més enrarides. És a dir, el camp magnètic dins del cilindre es mantindrà mínim. Per al rendiment d'alta qualitat de l'efecte requerit, s'utilitzen materials ferromagnètics amb alta permeabilitat magnètica, com ara permaloide o mu-metall.

Per cert, simplement engrossir la paret de la pantalla no és la millor manera de millorar-ne la qualitat.Molt més efectius són els escuts ferromagnètics multicapa amb espais entre les capes que formen l'escut, on el coeficient de blindatge serà igual al producte dels coeficients de blindatge per a les capes individuals: la qualitat de blindatge d'un escut multicapa serà millor que l'efecte de una capa contínua amb un gruix igual a la suma de les capes superiors.

Gràcies a les pantalles ferromagnètiques multicapa, és possible crear sales amb blindatge magnètic per a diversos estudis. Les capes exteriors d'aquestes pantalles estan fetes en aquest cas de ferroimants, que saturen a alts valors d'inducció, mentre que les seves capes interiors són de mu metall, permaloide, metglass, etc. — de ferroimants que saturen a valors més baixos d'inducció magnètica.

Escut de coure: per protegir camps magnètics alternatius

Si és necessari protegir un camp magnètic altern, s'utilitzen materials amb alta conductivitat elèctrica, com ara mel.

En aquest cas, el camp magnètic extern canviant induirà corrents d'inducció a la pantalla conductora, que cobrirà l'espai del volum protegit, i la direcció dels camps magnètics d'aquests corrents d'inducció a la pantalla serà oposada al camp magnètic extern. , la protecció de la qual es disposa així. Per tant, el camp magnètic extern es compensarà parcialment.

A més, com més gran sigui la freqüència dels corrents, més gran serà el coeficient de blindatge. En conseqüència, per a freqüències més baixes i encara més per a camps magnètics constants, les pantalles ferromagnètiques són les més adequades.

El coeficient de tamís K, depenent de la freqüència del camp magnètic altern f, la mida de la pantalla L, la conductivitat del material del tamís i el seu gruix d, es pot trobar aproximadament per la fórmula:

Aplicació de pantalles superconductores

Com sabeu, un superconductor és capaç d'allunyar completament el camp magnètic de si mateix. Aquest fenomen es coneix com Efecte Meissner… D'acord amb La regla de Lenz, qualsevol canvi en el camp magnètic en el superconductor genera corrents d'inducció que, amb els seus camps magnètics, compensen el canvi del camp magnètic en el superconductor.

Si el comparem amb un conductor normal, aleshores en un superconductor els corrents d'inducció no es debiliten i, per tant, són capaços d'exercir un efecte magnètic compensador durant un temps infinit (teòricament) llarg.

Els inconvenients del mètode es poden considerar el seu alt cost, la presència d'un camp magnètic residual dins de la pantalla que hi havia abans de la transició del material a un estat superconductor, així com la sensibilitat del superconductor a la temperatura. En aquest cas, la inducció magnètica crítica per als superconductors pot arribar a desenes de tesla.

Mètode de blindatge amb compensació activa

Per tal de reduir el camp magnètic extern, es pot crear específicament un camp magnètic addicional d'igual magnitud però oposat en direcció al camp magnètic extern del qual s'ha de protegir una determinada àrea.

Això s'aconsegueix mitjançant la implementació bobines compensadores especials (bobines Helmholtz) — un parell de bobines de corrent idèntiques disposades coaxialment que estan separades per una distància del radi de la bobina. S'obté un camp magnètic força uniforme entre aquestes bobines.

Per aconseguir una compensació per a tot el volum d'una àrea determinada, necessiteu almenys sis d'aquestes bobines (tres parells), que es col·loquen d'acord amb una tasca específica.

Les aplicacions típiques d'aquest sistema de compensació són la protecció contra les pertorbacions de baixa freqüència generades per les xarxes elèctriques (50 Hz), així com el blindatge del camp magnètic terrestre.

Normalment, els sistemes d'aquest tipus funcionen conjuntament amb sensors de camp magnètic. A diferència dels blindatges magnètics, que redueixen el camp magnètic juntament amb el soroll en tot el volum delimitat per l'escut, la protecció activa mitjançant bobines de compensació permet eliminar les pertorbacions magnètiques només a l'àrea local a la qual està sintonitzat.

Independentment del disseny del sistema d'interferència antimagnètica, cadascun d'ells necessita protecció antivibració, ja que les vibracions de la pantalla i el sensor contribueixen a la generació d'interferències magnètiques addicionals a partir de la mateixa pantalla vibrant.