Kuidas isoleerida magnetvälja. Magnetvälja varjestus

Varjestuse jaoks magnetväli kasutatakse kahte meetodit:

Möödasõidu meetod;

Ekraani magnetvälja meetod.

Vaatame kõiki neid meetodeid üksikasjalikumalt.

Magnetvälja manööverdamismeetod ekraaniga.

Konstantse ja aeglaselt muutuva vahelduva magnetvälja eest kaitsmiseks kasutatakse ekraaniga magnetvälja šunteerimise meetodit. Ekraanid on valmistatud ferrost magnetilised materjalid kõrge suhtelise magnetilise penetratsiooniga (teras, permalloy). Ekraani olemasolul kulgevad magnetinduktsiooni jooned peamiselt piki selle seinu (joonis 8.15), millel on madal magnettakistus võrreldes ekraanisisese õhuruumiga. Varjestuse kvaliteet sõltub varjestuse magnetilisest läbilaskvusest ja magnetahela takistusest, s.o. Mida paksem on ekraan ja mida vähem on magnetiliste induktsioonijoonte suunas kulgevaid õmblusi ja liitekohti, seda suurem on varjestuse efektiivsus.

Magnetvälja nihutamise meetod ekraani poolt.

Vahelduvate kõrgsageduslike magnetväljade varjamiseks kasutatakse meetodit magnetvälja nihutamiseks ekraaniga. Sel juhul kasutatakse mittemagnetilistest metallidest valmistatud ekraane. Varjestus põhineb induktsiooni fenomenil. Siin on kasulik induktsiooni nähtus.

Asetame vasest silindri ühtlase vahelduva magnetvälja teele (joonis 8.16a). Selles ergastatakse muutuvaid ED-sid, mis omakorda loovad vahelduvaid induktiivseid pöörisvoolusid (Foucault voolud). Nende voolude magnetväli (joonis 8.16b) suletakse; silindri sees suunatakse see põneva välja poole ja väljaspool seda - põneva väljaga samas suunas. Saadud väli (joonis 8.16, c) osutub nõrgenenud silindri lähedal ja tugevnenud väljaspool seda, st. väli nihutatakse silindri poolt hõivatud ruumist, mis on selle varjestusefekt, mis on seda tõhusam, seda väiksem elektritakistus silinder, st. seda suuremad on seda läbivad pöörisvoolud.

Tänu pinnaefektile (“nahaefekt”) väheneb metalli sügavamale sisenedes pöörisvoolude tihedus ja vahelduva magnetvälja intensiivsus eksponentsiaalselt.

, (8.5)

Kus (8.6)

– välja ja voolu vähenemise indikaator, mida nimetatakse samaväärne läbitungimissügavus.

Siin on materjali suhteline magnetiline läbilaskvus;

– vaakumi magnetiline läbilaskvus, võrdne 1,25*10 8 g*cm -1;

– materjali eritakistus, Ohm*cm;

- sagedus Hz.

Samaväärse läbitungimissügavuse väärtus on mugav iseloomustada pöörisvoolude varjestusefekti. Mida väiksem x0, seda suurem on nende tekitatav magnetväli, mis tõrjub heliallika välise välja ekraani poolt hõivatud ruumist.

Mittemagnetilise materjali korral valemis (8.6) =1 määrab varjestusefekti ainult ja . Mis siis, kui ekraan on valmistatud ferromagnetilisest materjalist?

Kui need on võrdsed, on efekt parem, kuna >1 (50...100) ja x 0 on väiksemad.

Seega on x 0 pöörisvoolude varjestusefekti kriteerium. Huvitav on hinnata, mitu korda muutuvad voolutihedus ja magnetvälja tugevus sügavusel x 0 madalamaks võrreldes sellega, mis nad on pinnal. Selleks asendame x = x 0 valemiga (8.5), siis

millest on näha, et x 0 sügavusel langeb voolutihedus ja magnetvälja tugevus e korda, s.o. väärtuseni 1/2,72, mis on 0,37 pinna tihedusest ja pingest. Kuna välja nõrgenemine on ainult 2,72 korda sügavusel x 0 ei piisa varjestusmaterjali iseloomustamiseks, seejärel kasutage veel kahte läbitungimissügavuse väärtust x 0,1 ja x 0,01, mis iseloomustavad voolutiheduse ja väljapinge langust 10 ja 100 korda võrreldes nende väärtustega pinnal.

Avaldame väärtused x 0,1 ja x 0,01 väärtuse x 0 kaudu, avaldise (8,5) põhjal loome võrrandi

JA ,

olles otsustanud, mille me saame

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3x 0; (8,7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6x 0

Erinevate varjestusmaterjalide valemite (8.6) ja (8.7) põhjal on kirjanduses toodud läbitungimissügavuse väärtused. Selguse huvides esitame samad andmed tabeli 8.1 kujul.

Tabelist on näha, et kõikide kõrgete sageduste puhul, alates kesklainevahemikust, on väga tõhus 0,5...1,5 mm paksusest mistahes metallist valmistatud ekraan. Ekraani paksuse ja materjali valikul ei tasu lähtuda materjali elektrilistest omadustest, vaid lähtuda sellest mehaanilise tugevuse, jäikuse, korrosioonikindluse, üksikute osade ühendamise ja nendevahelise väikese takistusega üleminekukontaktide mugavuse, jootmise, keevitamise jms mugavuse kaalutlused.

Tabeliandmetest järeldub, et sagedustel üle 10 MHz annab vasest ja veelgi enam hõbedast kile paksusega alla 0,1 mm olulise varjestusefekti. Seetõttu on sagedustel üle 10 MHz üsna vastuvõetav kasutada fooliumist getinaksist või muust isolatsioonimaterjalist ekraane, millele on kantud vask või hõbedane kate.

Ekraanidena saab kasutada terast, kuid suurte mõõtmete tõttu peate seda lihtsalt meeles pidama takistus ja hüstereesi nähtus, terasekraan võib varjestusahelatesse tuua olulisi kadusid.

Magnetväljade varjestamist saab teha kahel viisil:

Varjestus ferromagnetiliste materjalidega.

Varjestus pöörisvoolude abil.

Esimest meetodit kasutatakse tavaliselt konstantsete MF-ide ja madala sagedusega väljade varjestamisel. Teine meetod tagab MP-varjestuse märkimisväärse efektiivsuse kõrgsagedus. Pinnaefekti tõttu väheneb metalli sügavamale minnes pöörisvoolude tihedus ja vahelduva magnetvälja intensiivsus eksponentsiaalselt:

Välja ja voolu vähenemise mõõt, mida nimetatakse ekvivalentseks läbitungimissügavuseks.

Mida madalam on läbitungimissügavus, seda suuremasse voolu voolab pinnakihid ekraan, seda suurem on selle tekitatav vastupidine MF, tõrjudes häireallika välise välja ekraani poolt hõivatud ruumist. Kui ekraan on valmistatud mittemagnetilisest materjalist, sõltub varjestus ainult materjali juhtivusest ja varjestusvälja sagedusest. Kui ekraan on valmistatud ferromagnetilisest materjalist, siis, kui muud tingimused on võrdsed, väline väli selles indutseeritakse suur e. d.s. magnetvälja jõujoonte suurema kontsentratsiooni tõttu. Materjali sama erijuhtivuse korral suurenevad pöörisvoolud, mis toob kaasa väiksema läbitungimissügavuse ja parema varjestusefekti.

Ekraani paksuse ja materjali valikul ei tohiks lähtuda materjali elektrilistest omadustest, vaid lähtuda mehaanilisest tugevusest, kaalust, jäikusest, korrosioonikindlusest, üksikute osade ühendamise lihtsusest ja nendevaheliste üleminekukontaktide loomisest. madala takistusega, kerge jootmise, keevitamise jne.

Tabeli andmetest on selge, et sagedustel üle 10 MHz annavad vask- ja eriti umbes 0,1 mm paksused hõbekiled märkimisväärse varjestusefekti. Seetõttu on sagedustel üle 10 MHz üsna vastuvõetav kasutada fooliumist getinaksist või klaaskiust ekraane. Kõrgetel sagedustel annab teras suurema varjestusefekti kui mittemagnetilised metallid. Siiski tasub arvestada, et sellised ekraanid võivad suure takistuse ja hüstereesi nähtuse tõttu varjestatud vooluringidesse tuua olulisi kadusid. Seetõttu on sellised ekraanid rakendatavad ainult juhtudel, kui sisestuskadusid saab ignoreerida. Sama jaoks suurem efektiivsus Varjestamisel peab ekraanil olema väiksem magnettakistus kui õhul, siis kipuvad magnetvälja jooned läbima mööda ekraani seinu ja tungima vähem ekraanivälisesse ruumi. Selline ekraan sobib ühtviisi hästi nii kaitseks magnetvälja mõju eest kui ka välisruumi kaitsmiseks ekraani sees oleva allika tekitatud magnetvälja mõju eest.

Erinevate magnetilise läbilaskvuse väärtustega terase ja permalloi marke on palju, seega tuleb iga materjali jaoks arvutada läbitungimissügavus. Arvutamine toimub ligikaudse võrrandi abil:

1) Kaitse välise magnetvälja eest

Välise magnetvälja magnetvälja magnetvälja jooned (häiremagnetvälja induktsioonijooned) läbivad peamiselt ekraani seinte paksust, millel on madal magnettakistus võrreldes ekraani sees oleva ruumi takistusega. Selle tulemusena ei mõjuta väline häirete magnetväli elektriahela töörežiimi.

2) Enda magnetvälja varjestamine

Sellist varjestust kasutatakse juhul, kui ülesandeks on kaitsta väliseid elektriahelaid poolivoolu tekitatud magnetvälja mõjude eest. Induktiivsus L, st kui on vaja praktiliselt lokaliseerida induktiivsuse L tekitatud häired, siis see probleem lahendatakse magnetekraani abil, nagu on skemaatiliselt näidatud joonisel. Siin suletakse peaaegu kõik induktiivpooli jõujooned läbi ekraani seinte paksuse, ületamata neid, kuna ekraani magnettakistus on palju väiksem kui ümbritseva ruumi takistus.

3) Kahekordne ekraan

Topeltmagnetekraanil võib ette kujutada, et osa magnetilistest jõujoontest, mis ulatuvad üle ühe ekraani seinte paksuse, suletakse läbi teise ekraani seinte paksuse. Samamoodi võib ette kujutada topeltmagnetekraani tegevust esimese (sisemise) ekraani sees asuva elektriahela elemendi poolt tekitatud magnethäirete lokaliseerimisel: suurem osa magnetvälja joontest (magnethajumise jooned) sulgub. läbi välisekraani seinte. Muidugi tuleb topeltekraanidel seinapaksused ja nendevaheline kaugus valida ratsionaalselt.

Üldine varjestuskoefitsient saavutab suurima suurusjärgu juhtudel, kui seinte paksus ja ekraanide vahe suureneb võrdeliselt kaugusega ekraani keskpunktist ning pilu väärtuseks on seina paksuste geomeetriline keskmine. külgnevad ekraanid. Sel juhul on varjestuskoefitsient:

L = 20 lg (H/Ne)

Topeltekraanide valmistamine vastavalt sellele soovitusele on tehnoloogilistel põhjustel praktiliselt keeruline. Palju otstarbekam on valida ekraanide õhuvahega külgnevate kestade vaheline kaugus, mis on suurem kui esimese ekraani paksus, mis on ligikaudu võrdne esimese ekraani virna ja varjestatud vooluringi serva vahelise vahemaaga. element (näiteks induktiivpooli). Magnetkilbi seinte ühe või teise paksuse valikut ei saa teha üheselt mõistetavaks. Määratakse ratsionaalne seina paksus. ekraani materjal, häirete sagedus ja määratud varjestuskoefitsient. Kasulik on kaaluda järgmist.

1. Häirete sageduse (häirete vahelduva magnetvälja sageduse) kasvades materjalide magnetiline läbilaskvus väheneb ja põhjustab nende materjalide varjestusomaduste vähenemist, kuna magnetilise läbitavuse vähenemisel suureneb ka magnetvoo takistus. suureneb. Reeglina on magnetilise läbitavuse vähenemine sageduse suurenemisega kõige intensiivsem nende magnetmaterjalide puhul, millel on suurim algne magnetiline läbilaskvus. Näiteks madala algse magnetilise läbilaskvusega elektrotehniline teras muudab sageduse suurenedes jx väärtust vähe ja permalloy, millel on suured magnetilise läbilaskvuse algväärtused, on väga tundlik magnetvälja sageduse suurenemise suhtes. ; selle magnetiline läbilaskvus langeb sagedusega järsult.

2. Magnetmaterjalides, mis puutuvad kokku kõrgsageduslike magnetvälja häiretega, avaldub märgatavalt pinnaefekt, st magnetvoo nihkumine ekraani seinte pinnale, mis põhjustab ekraani magnettakistuse suurenemist. Sellistes tingimustes näib peaaegu kasutu suurendada ekraani seinte paksust kaugemale kui magnetvoog antud sagedusel. See järeldus on vale, sest seina paksuse suurenemine viib ekraani magnettakistuse vähenemiseni isegi pinnaefekti olemasolul. Sellisel juhul tuleks samal ajal arvestada magnetilise läbilaskvuse muutusega. Kuna pinnaefekti nähtus magnetilistes materjalides hakkab tavaliselt ennast rohkem mõjutama kui magnetilise läbilaskvuse vähenemine madalsagedusalas, on mõlema teguri mõju ekraani seina paksuse valikule erinevatel sagedusvahemikel erinev. magnetilised häired. Reeglina on varjestusomaduste vähenemine koos häiresageduse suurenemisega rohkem väljendunud suure algse magnetilise läbilaskvusega materjalidest valmistatud ekraanidel. Eelnimetatud magnetmaterjalide omadused annavad aluse soovitustele magnetekraanide materjalide ja seinapaksuse kohta. Need soovitused võib kokku võtta järgmiselt:

A) madalate varjestustegurite tagamiseks (Ke 10) saab vajadusel kasutada tavalisest elektri- (trafo)terasest ekraane, millel on madal algne magnetläbilaskvus; sellised ekraanid tagavad peaaegu konstantse varjestusteguri üsna laial sagedusribal, kuni mitukümmend kilohertsi; selliste ekraanide paksus sõltub häirete sagedusest ja mida madalam on sagedus, seda suurem on ekraani paksus; näiteks magnetilise häirevälja sagedusega 50-100 Hz peaks ekraani seinte paksus olema ligikaudu 2 mm; kui on vaja suurendada varjestustegurit või suuremat ekraani paksust, siis on soovitatav kasutada mitut väiksema paksusega varjestuskihti (kahe- või kolmekordne ekraan);

B) Soovitatav on kasutada suure algläbilaskvusega magnetmaterjalidest (näiteks permalloy) ekraane, kui on vaja tagada suur varjestuskoefitsient (Ke > 10) suhteliselt kitsas sagedusribas ning ei ole soovitav valida iga magnetilise ekraani paksus üle 0,3–0,4 mm; selliste ekraanide varjestusefekt hakkab märgatavalt vähenema sagedustel üle mitmesaja või tuhande hertsi, olenevalt nende materjalide esialgsest läbilaskvusest.

Kõik ülaltoodud magnetkilpide kohta kehtib nõrkade magnetiliste interferentsiväljade kohta. Kui ekraan asub võimsate häirete allikate lähedal ja selles tekivad kõrge magnetilise induktsiooniga magnetvood, siis, nagu teada, on vaja arvestada magnetilise dünaamilise läbilaskvuse muutusega sõltuvalt induktsioonist; Samuti on vaja arvestada ekraani paksuse kadudega. Praktikas ei kohta nii tugevaid magnetväljade häireallikaid, et peaks arvestama nende mõjuga ekraanidele, välja arvatud mõned erijuhud, mis ei hõlma amatöörraadiopraktikat ja normaalsetes tingimustes laialdaselt kasutatavate raadiotehnika seadmete kasutamine.

Test

1. Magnetvarjestuse kasutamisel peab ekraan:
1) neil on väiksem magnettakistus kui õhul
2) magnettakistus on võrdne õhuga
3) neil on suurem magnettakistus kui õhul

2. Magnetvälja varjestamisel Varjestuse maandamine:
1) Ei mõjuta varjestuse tõhusust
2) Suurendab efektiivsust magnetiline varjestus
3) Vähendab magnetvarjestuse efektiivsust

3. Sees madalad sagedused (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Ekraani paksus, b) Materjali magnetiline läbilaskvus, c) Ekraani ja muude magnetahelate vaheline kaugus.
1) Õiged on ainult a ja b
2) Ainult b ja c on tõesed
3) Ainult a ja c on tõesed
4) Kõik valikud on õiged

4. Magnetvarjestus madalatel sagedustel:
1) Vask
2) Alumiinium
3) Permalloy.

5. Magnetvarjestus kõrgetel sagedustel:
1) raud
2) Permalloy
3) Vask

6. Kõrgetel sagedustel (>100 kHz) ei sõltu magnetvarjestuse efektiivsus:
1) Ekraani paksus

2) Materjali magnetiline läbilaskvus
3) Ekraani ja muude magnetahelate vahelised kaugused.

Kasutatud kirjandus:

2. Semenenko, V. A. Infoturbe/ V. A. Semenenko - Moskva, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Infoturve / V. I. Yarochkin - Moskva, 2000.

4. Demirchan, K. S. Teoreetiline alus elektrotehnika III köide / K. S. Demirchan S.-P, 2003.

Magnetvälja varjestus.

Möödasõidu meetod. -Ekraani magnetvälja meetod.

Magnetvälja manööverdamismeetod ekraaniga kasutatakse kaitseks pidevate ja aeglaselt muutuvate vahelduvate magnetväljade eest. Ekraanid on valmistatud ferromagnetilistest materjalidest, millel on kõrge suhteline magnetläbivus (teras, permalloy). Kui ekraan on olemas, kulgevad magnetinduktsiooni jooned peamiselt mööda selle seinu, millel on madal magnettakistus võrreldes ekraani sees oleva õhuruumiga. Mida paksem ekraan ning vähem õmblusi ja liitekohti, seda tõhusam on varjestus. Magnetvälja nihutamise meetod ekraani poolt kasutatakse vahelduvate kõrgsageduslike magnetväljade varjestamiseks. Sel juhul kasutatakse mittemagnetilistest metallidest valmistatud ekraane. Varjestus põhineb induktsiooni fenomenil.

Kui asetate ühtlaselt vahelduva magnetmooli teele vasesilindri, milles ergastuvad vahelduvad pööris-induktsioonivoolud (Foucault voolud). Nende voolude magnetväli suletakse; silindri sees suunatakse see põneva välja poole ja väljaspool seda - põneva väljaga samas suunas. Saadud väli osutub nõrgenenud silindri lähedal ja tugevnenud väljaspool seda, st. väli nihutatakse silindri poolt hõivatud ruumist, mis on selle varjestusefekt, mis on seda tõhusam, mida väiksem on silindri elektritakistus, s.t. seda suuremad on seda läbivad pöörisvoolud.

Tänu pinnaefektile (“nahaefekt”) väheneb metalli sügavamale sisenedes pöörisvoolude tihedus ja vahelduva magnetvälja intensiivsus eksponentsiaalselt.

Kus

μ – materjali suhteline magnetiline läbilaskvus; μ˳ – vaakumi magnetiline läbilaskvus, võrdne 1,25*108 g*cm-1; ρ – materjali eritakistus, Ohm*cm; ƒ – sagedus, Hz.

Mittemagnetilise materjali puhul μ = 1. Ja varjestusefekti määravad ainult ƒ ja ρ.

Varjestus on aktiivne meetod teabe kaitsmiseks. Magnetvälja varjestust (magnetostaatiline varjestus) kasutatakse siis, kui on vaja summutada häireid madalatel sagedustel 0 kuni 3..10 kHz. Magnetostaatilise varjestuse efektiivsus suureneb mitmekihiliste varjeste kasutamisel.

Magnetvarjestuse efektiivsus sõltub varjestusmaterjali sagedusest ja elektrilistest omadustest. Mida madalam on sagedus, seda nõrgem on ekraan, seda paksemaks tuleb see teha, et saavutada sama varjestusefekt. Kõrgete sageduste puhul, alates kesklainevahemikust, on väga tõhus ekraan, mis on valmistatud mis tahes metallist paksusega 0,5 ... 1,5 mm. Ekraani paksuse ja materjali valimisel tuleks arvestada mehaanilise tugevuse, jäikuse, korrosioonikindluse, üksikute osade ühendamise ja nendevahelise väikese takistusega üleminekukontaktide lihtsuse, jootmise, keevitamise jms lihtsusega. Üle sageduste puhul 10 MHz, vask ja veelgi enam paks hõbedane kile üle 0,1 mm annab olulise varjestusefekti. Seetõttu on sagedustel üle 10 MHz üsna vastuvõetav kasutada fooliumist getinaksist või muust isolatsioonimaterjalist ekraane, millele on kantud vask või hõbedane kate. Ekraanide valmistamiseks kasutatakse: metallmaterjale, dielektrilisi materjale, juhtiva kattega klaasi, spetsiaalseid metalliseeritud kangaid, juhtivaid värve. Varjestamiseks kasutatavaid metallmaterjale (teras, vask, alumiinium, tsink, messing) valmistatakse lehtede, võrgu ja fooliumi kujul.

Kõik need materjalid vastavad korrosioonikindluse nõuetele, kui neid kasutatakse koos sobivate kaitsekatetega. Ekraanide tehnoloogiliselt kõige arenenumad konstruktsioonid on valmistatud terasest, kuna nende valmistamisel ja paigaldamisel saab laialdaselt kasutada keevitamist või jootmist. Metalllehed peavad olema kogu perimeetri ulatuses üksteisega elektriliselt ühendatud. Elektrikeevitus- või jooteõmblus peab olema pidev, et saada täielikult keevitatud ekraani struktuur. Terase paksuse valimisel lähtutakse ekraani konstruktsiooni eesmärgist ja selle kokkupanemise tingimustest ning võimalusest tagada pidev keevisõmblused valmistamise ajal. Terasekraanid summutavad elektromagnetilist kiirgust rohkem kui 100 dB võrra. Võrkekraane on lihtsam valmistada, neid on mugav kokku panna ja kasutada. Korrosiooni eest kaitsmiseks on soovitatav võrk katta korrosioonivastase lakiga. Võrgusõelte puudusteks on madal mehaaniline tugevus ja madalam sõelumise efektiivsus võrreldes lehtsõeltega. Võrgusõelte jaoks sobib igasugune õmbluskonstruktsioon, mis tagab hea elektrikontakti kõrvuti asetsevate võrkpaneelide vahel vähemalt iga 10-15 mm järel. Selleks võib kasutada jootmist või punktkeevitust. Tinatud madala süsinikusisaldusega terasvõrgust sõel, mille võrgusilma suurus on 2,5–3 mm, annab sumbuvuse umbes 55–60 dB ja samast kahekordsest (välis- ja sisesilma vahekaugusega 100 mm) umbes 55–60 dB. 90 dB. Ühest 2,5 mm elemendiga vasest võrgust valmistatud ekraani sumbumine on umbes 65-70 dB