Permanentmagnet-Magnetfeldabschirmung, Wechselmagnetfeldabschirmung

Um die magnetische Feldstärke eines Permanentmagneten oder eines niederfrequenten magnetischen Wechselfeldes mit Wechselströmen in einem bestimmten Bereich des Raumes zu reduzieren, verwenden Sie magnetische Abschirmung… Im Vergleich zu einem elektrischen Feld, das durch die Anwendung recht einfach abgeschirmt wird Faraday-Zellen, kann das Magnetfeld nicht vollständig abgeschirmt werden, es kann nur an einer bestimmten Stelle etwas abgeschwächt werden.

In der Praxis werden zu Zwecken der wissenschaftlichen Forschung, in der Medizin, in der Geologie, in einigen technischen Bereichen im Zusammenhang mit der Raumfahrt und der Kernenergie häufig sehr schwache Magnetfelder abgeschirmt. Induktion die selten 1 nT überschreitet.

Wir sprechen sowohl von permanenten Magnetfeldern als auch von variablen Magnetfeldern über einen weiten Frequenzbereich. Die Induktion des Erdmagnetfeldes beispielsweise überschreitet im Durchschnitt nicht 50 μT; Ein solches Feld lässt sich zusammen mit hochfrequentem Rauschen durch magnetische Abschirmung leichter dämpfen.

Wenn es um die Abschirmung magnetischer Streufelder in der Leistungselektronik und Elektrotechnik (Permanentmagnete, Transformatoren, Hochstromkreise) geht, reicht es oft aus, nur einen wesentlichen Teil des Magnetfeldes zu lokalisieren, anstatt zu versuchen, es vollständig zu eliminieren. Ferromagnetischer Schild — zur Abschirmung permanenter und niederfrequenter Magnetfelder

Der erste und einfachste Weg, das Magnetfeld zu schützen, ist die Verwendung eines ferromagnetischen Schildes (Körpers) in Form eines Zylinders, Blechs oder einer Kugel. Das Material einer solchen Hülle muss vorhanden sein hohe magnetische Permeabilität Und geringe Zwangskraft.

Wenn eine solche Abschirmung in ein äußeres Magnetfeld gebracht wird, ist die magnetische Induktion im Ferromagneten der Abschirmung selbst stärker als im abgeschirmten Bereich, wo die Induktion entsprechend geringer ist.

Betrachten wir ein Beispiel für einen Bildschirm in Form eines Hohlzylinders.

Die Abbildung zeigt, dass die Induktionslinien des externen Magnetfelds, die die Wand des ferromagnetischen Schirms durchdringen, im Inneren und direkt im Zylinderhohlraum verdickt sind, sodass die Induktionslinien dünner werden. Das heißt, das Magnetfeld im Zylinder bleibt minimal. Für die hochwertige Ausführung des gewünschten Effekts werden ferromagnetische Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität verwendet, wie z Permaloid oder Mu-Metall.

Übrigens ist eine einfache Verdickung der Bildschirmwand nicht der beste Weg, um die Qualität zu verbessern.Viel effektiver sind mehrschichtige ferromagnetische Abschirmungen mit Lücken zwischen den Schichten, aus denen die Abschirmung besteht. Der Abschirmungskoeffizient entspricht dem Produkt der Abschirmungskoeffizienten der einzelnen Schichten. Die Abschirmungsqualität einer mehrschichtigen Abschirmung ist also besser als die Wirkung eine durchgehende Schicht mit einer Dicke, die der Summe der oberen Schichten entspricht.

Dank der mehrschichtigen ferromagnetischen Schirme ist es möglich, magnetisch abgeschirmte Räume für verschiedene Studienräume zu schaffen. Die äußeren Schichten solcher Schirme bestehen in diesem Fall aus Ferromagneten, die bei hohen Induktionswerten in die Sättigung gehen, während ihre inneren Schichten aus Mu-Metall, Permaloid, Metglas usw. bestehen. — von Ferromagneten, die bei niedrigeren magnetischen Induktionswerten in die Sättigung gehen.

Kupferschirm – zur Abschirmung magnetischer Wechselfelder

Ist die Abschirmung eines magnetischen Wechselfeldes erforderlich, werden Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet, wie z Honig.

In diesem Fall induziert das sich ändernde äußere Magnetfeld Induktionsströme im leitfähigen Schirm, der den Raum des geschützten Volumens abdeckt, und die Richtung der Magnetfelder dieser Induktionsströme im Schirm ist dem äußeren Magnetfeld entgegengesetzt , der Schutz vor dem so angeordnet ist. Dadurch wird das äußere Magnetfeld teilweise kompensiert.

Darüber hinaus ist der Abschirmkoeffizient umso höher, je höher die Frequenz der Ströme ist. Dementsprechend sind für niedrigere Frequenzen und insbesondere für konstante Magnetfelder ferromagnetische Abschirmungen am besten geeignet.

Der Siebkoeffizient K kann in Abhängigkeit von der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes f, der Siebgröße L, der Leitfähigkeit des Siebmaterials und seiner Dicke d näherungsweise durch die Formel ermittelt werden:

Anwendung supraleitender Schirme

Wie Sie wissen, ist ein Supraleiter in der Lage, das Magnetfeld vollständig von sich selbst wegzuleiten. Dieses Phänomen ist bekannt als Meissner-Effekt… Entsprechend Lenzsche Regel, jede Änderung im Magnetfeld im Supraleiter erzeugt Induktionsströme, die mit ihren Magnetfeldern die Änderung des Magnetfeldes im Supraleiter kompensieren.

Wenn wir es mit einem gewöhnlichen Leiter vergleichen, dann schwächen sich die Induktionsströme in einem Supraleiter nicht ab und können daher (theoretisch) unendlich lange eine kompensierende magnetische Wirkung ausüben.

Zu den Nachteilen der Methode zählen die hohen Kosten, das Vorhandensein eines Restmagnetfelds innerhalb des Schirms, das vor dem Übergang des Materials in einen supraleitenden Zustand vorhanden war, sowie die Temperaturempfindlichkeit des Supraleiters. In diesem Fall kann die kritische magnetische Induktion für Supraleiter mehrere zehn Tesla erreichen.

Abschirmverfahren mit aktiver Kompensation

Um das äußere Magnetfeld zu reduzieren, kann gezielt ein zusätzliches Magnetfeld gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung zum äußeren Magnetfeld erzeugt werden, von dem ein bestimmter Bereich abgeschirmt werden soll.

Dies wird durch die Umsetzung erreicht spezielle Kompensationsspulen (Helmholtz-Spulen) — ein Paar identischer, koaxial angeordneter stromführender Spulen, die durch einen Abstand des Spulenradius voneinander getrennt sind. Zwischen solchen Spulen entsteht ein ziemlich gleichmäßiges Magnetfeld.

Um eine Kompensation des gesamten Volumens einer Fläche zu erreichen, benötigt man mindestens sechs solcher Spulen (drei Paare), die je nach Aufgabenstellung platziert werden.

Typische Anwendungen für ein solches Kompensationssystem sind der Schutz vor niederfrequenten Störungen aus elektrischen Netzen (50 Hz) sowie die Abschirmung des Erdmagnetfeldes.

Typischerweise arbeiten solche Systeme in Verbindung mit Magnetfeldsensoren. Im Gegensatz zu magnetischen Abschirmungen, die das Magnetfeld und das Rauschen im gesamten von der Abschirmung begrenzten Volumen reduzieren, ermöglicht der aktive Schutz mit Kompensationsspulen die Beseitigung magnetischer Störungen nur in dem lokalen Bereich, auf den er abgestimmt ist.

Unabhängig von der Gestaltung des antimagnetischen Interferenzsystems benötigt jedes von ihnen einen Vibrationsschutz, da die Vibrationen des Siebes und des Sensors zur Erzeugung zusätzlicher magnetischer Interferenzen durch das vibrierende Sieb selbst beitragen.