Wie kann ich dafür sorgen, dass zwei Magnete nebeneinander ihre Anwesenheit nicht spüren? Welches Material sollte zwischen ihnen platziert werden, um Kraftlinien Magnetfeld von einem Magneten würde den zweiten Magneten nicht erreichen?

Diese Frage ist nicht so trivial, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Wir müssen die beiden Magnete wirklich isolieren. Das heißt, dass diese beiden Magnete auf unterschiedliche Weise gedreht und relativ zueinander bewegt werden können und sich dennoch jeder dieser Magnete so verhält, als ob kein anderer Magnet in der Nähe wäre. Daher funktionieren alle Tricks mit der Platzierung eines dritten Magneten oder eines Ferromagneten daneben, um eine spezielle Konfiguration von Magnetfeldern mit Kompensation aller Magnetfelder an einem einzigen Punkt zu erzeugen, grundsätzlich nicht.

Diamagnet???

Manchmal wird fälschlicherweise angenommen, dass ein solcher Isolator des Magnetfeldes als solcher dienen könnte diamagnetisch. Aber das ist nicht wahr. Ein Diamagnet schwächt tatsächlich das Magnetfeld. Es schwächt das Magnetfeld jedoch nur in der Dicke des Diamagneten selbst, im Inneren des Diamagneten. Aus diesem Grund glauben viele fälschlicherweise, dass ihre Anziehungskraft oder Abstoßung angeblich schwächer wird, wenn einer oder beide Magnete in einem Stück Diamagnet eingemauert werden.

Aber das ist keine Lösung des Problems. Erstens erreichen die Kraftlinien eines Magneten immer noch einen anderen Magneten, das heißt, das Magnetfeld nimmt in der Dicke des Diamagneten nur ab, verschwindet aber nicht vollständig. Zweitens: Wenn die Magnete in der Dicke des Diamagneten eingemauert sind, können wir sie nicht relativ zueinander bewegen und drehen.

Und wenn man aus einem Diamagneten nur einen Flachbildschirm macht, dann lässt dieser Bildschirm das Magnetfeld durch sich hindurch. Darüber hinaus wird das Magnetfeld hinter diesem Schirm genau das gleiche sein, als ob dieser diamagnetische Schirm überhaupt nicht existieren würde.

Dies deutet darauf hin, dass selbst Magnete, die in einen Diamagneten eingebettet sind, keine gegenseitige Schwächung ihres Magnetfelds erfahren. Tatsächlich gibt es dort, wo ein Magnet eingemauert ist, einfach keinen Diamagneten direkt im Volumen dieses Magneten. Und da sich an der Stelle, an der sich der eingebettete Magnet befindet, kein Diamagnet befindet, bedeutet dies, dass beide eingebetteten Magnete tatsächlich auf die gleiche Weise miteinander interagieren, als ob sie nicht in einen Diamagneten eingebettet wären. Der Diamagnet um diese Magnete ist ebenso nutzlos wie der flache diamagnetische Schirm zwischen den Magneten.

Idealer Diamagnet

Wir brauchen ein Material, das im Allgemeinen die Kraftlinien des Magnetfelds nicht durch sich hindurchlässt. Es ist notwendig, dass die Kraftlinien des Magnetfelds aus einem solchen Material herausgedrückt werden. Wenn die Kraftlinien des Magnetfelds durch das Material verlaufen, stellen sie hinter einer Abschirmung aus diesem Material ihre volle Stärke wieder her. Dies ergibt sich aus dem Naturschutzgesetz magnetischer Fluss.

Bei einem Diamagneten erfolgt die Schwächung des äußeren Magnetfeldes durch das induzierte innere Magnetfeld. Dieses induzierte Magnetfeld entsteht Kreisströme Elektronen im Inneren von Atomen. Wenn ein äußeres Magnetfeld eingeschaltet wird, müssen die Elektronen in den Atomen beginnen, sich entlang der Kraftlinien des äußeren Magnetfelds zu bewegen. Durch diese induzierte Kreisbewegung der Elektronen in Atomen entsteht ein zusätzliches Magnetfeld, das stets gegen das äußere Magnetfeld gerichtet ist. Daher wird das gesamte Magnetfeld innerhalb des Diamagneten kleiner als außerhalb.

Aufgrund des induzierten inneren Feldes erfolgt jedoch keine vollständige Kompensation des äußeren Feldes. Der Kreisstrom in den Atomen des Diamagneten ist nicht stark genug, um genau das gleiche Magnetfeld wie das äußere Magnetfeld zu erzeugen. Daher bleiben die Kraftlinien des äußeren Magnetfelds in der Dicke des Diamagneten. Das äußere Magnetfeld „durchdringt“ sozusagen das Material des Diamagneten durch und durch.

Das einzige Material, das magnetische Feldlinien verdrängt, ist ein Supraleiter. In einem Supraleiter induziert ein äußeres Magnetfeld solche kreisförmigen Ströme um die Kraftlinien des äußeren Feldes, die ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld erzeugen, das genau dem äußeren Magnetfeld entspricht. In diesem Sinne ist ein Supraleiter ein idealer Diamagnet.

Auf der Oberfläche eines Supraleiters ist der Magnetfeldvektor immer entlang dieser Oberfläche gerichtet, tangential zur Oberfläche des supraleitenden Körpers. Auf der Oberfläche eines Supraleiters hat der Magnetfeldvektor keine senkrecht zur Oberfläche des Supraleiters gerichtete Komponente. Daher verlaufen die Kraftlinien des Magnetfelds immer um einen supraleitenden Körper beliebiger Form.

Biegung um einen Supraleiter durch magnetische Feldlinien

Dies bedeutet jedoch keineswegs, dass das Problem gelöst wird, wenn ein supraleitender Schirm zwischen zwei Magneten platziert wird. Tatsache ist, dass die Kraftlinien des Magnetfelds des Magneten unter Umgehung der Abschirmung des Supraleiters zu einem anderen Magneten verlaufen. Daher wird der Einfluss der Magnete aufeinander von einem flachen supraleitenden Bildschirm nur abgeschwächt.

Diese Abschwächung der Wechselwirkung der beiden Magnete hängt davon ab, wie stark die Länge der Feldlinie, die die beiden Magnete miteinander verbindet, zugenommen hat. Wie mehr Länge Je mehr Feldlinien sich verbinden, desto geringer ist die Wechselwirkung der beiden Magnete untereinander.

Dies ist genau der gleiche Effekt, als würde man den Abstand zwischen den Magneten ohne supraleitende Abschirmung vergrößern. Wenn man den Abstand zwischen den Magneten vergrößert, vergrößert sich auch die Länge der magnetischen Feldlinien.

Das heißt, um die Länge der Kraftlinien zu erhöhen, die zwei Magnete unter Umgehung des supraleitenden Bildschirms verbinden, ist es notwendig, die Abmessungen dieses Flachbildschirms sowohl in der Länge als auch in der Breite zu vergrößern. Dies führt zu einer Vergrößerung der Länge der umgehenden Feldlinien. Und je größer die Abmessungen des Flachbildschirms im Vergleich zum Abstand zwischen den Magneten sind, desto geringer wird die Wechselwirkung zwischen den Magneten.

Die Wechselwirkung zwischen den Magneten verschwindet erst vollständig, wenn beide Dimensionen des flachen supraleitenden Schirms unendlich werden. Dies ist analog zu der Situation, in der die Magnete unendlich weit voneinander entfernt waren und daher die Länge der sie verbindenden Magnetfeldlinien unendlich wurde.

Theoretisch ist das Problem damit natürlich vollständig gelöst. Aber in der Praxis können wir keinen supraleitenden Flachbildschirm mit unendlichen Abmessungen herstellen. Ich wünsche mir eine Lösung, die sich im Labor oder in der Produktion umsetzen lässt. (Wir sprechen nicht mehr über alltägliche Bedingungen, da es unmöglich ist, im Alltag einen Supraleiter herzustellen.)

Raumteilung durch einen Supraleiter

Mit anderen Worten: Der Flachbildschirm ist unendlich große Größen kann als Teilung des gesamten dreidimensionalen Raums in zwei Teile interpretiert werden, die nicht miteinander verbunden sind. Doch nicht nur durch einen unendlich großen Flachbildschirm kann der Raum in zwei Teile geteilt werden. Jede geschlossene Oberfläche teilt den Raum auch in zwei Teile, in das Volumen innerhalb der geschlossenen Oberfläche und das Volumen außerhalb der geschlossenen Oberfläche. Beispielsweise teilt jede Kugel den Raum in zwei Teile: eine Kugel innerhalb der Kugel und alles außerhalb.

Daher ist die supraleitende Kugel ein idealer Magnetfeldisolator. Wenn ein Magnet in einer solchen supraleitenden Kugel platziert wird, kann kein Instrument jemals erkennen, ob sich in dieser Kugel ein Magnet befindet oder nicht.

Und umgekehrt, wenn Sie sich in einer solchen Kugel befinden, werden äußere Magnetfelder nicht auf Sie einwirken. Beispielsweise wird es mit keinem Instrument möglich sein, das Erdmagnetfeld innerhalb einer solchen supraleitenden Kugel zu erfassen. Innerhalb einer solchen supraleitenden Kugel wird es möglich sein, nur das Magnetfeld derjenigen Magnete zu erfassen, die sich auch innerhalb dieser Kugel befinden.

Damit zwei Magnete nicht miteinander interagieren, muss einer dieser Magnete innerhalb der supraleitenden Kugel platziert werden und der andere außerhalb. Dann wird das Magnetfeld des ersten Magneten vollständig im Inneren der Kugel konzentriert sein und nicht über diese Kugel hinausgehen. Daher wird sich der zweite Magnet vom ersten nicht willkommen fühlen. Ebenso kann das Magnetfeld des zweiten Magneten nicht in die supraleitende Kugel eindringen. Daher wird der erste Magnet die Nähe des zweiten Magneten nicht spüren.

Schließlich können wir beide Magnete beliebig relativ zueinander drehen und bewegen. Zwar ist der erste Magnet in seinen Bewegungen durch den Radius der supraleitenden Kugel begrenzt. Aber so scheint es eben zu sein. Tatsächlich hängt die Wechselwirkung zweier Magnete nur von ihrer relativen Position und ihrer Drehung um den Schwerpunkt des entsprechenden Magneten ab. Daher reicht es aus, den Schwerpunkt des ersten Magneten in die Mitte der Kugel zu legen und den Koordinatenursprung an derselben Stelle in die Mitte der Kugel zu legen. Alle möglichen Positionen der Magnete werden nur durch alle möglichen Positionen des zweiten Magneten relativ zum ersten Magneten und ihre Drehwinkel um ihre Massenschwerpunkte bestimmt.

Anstelle einer Kugel können Sie natürlich auch jede andere Form der Oberfläche annehmen, zum Beispiel ein Ellipsoid oder eine Oberfläche in Form eines Kastens usw. Wenn sie den Raum nur in zwei Teile teilen würde. Das heißt, in dieser Oberfläche sollte es kein Loch geben, durch das eine Kraftlinie hindurchkriechen kann, die den inneren und äußeren Magneten verbindet.

Herstellung und Untersuchung der Eigenschaften von Magnetschirmen

Der Zweck der Arbeit ist die Untersuchung von Siebmethoden mit HTSC-Geräten, die Herstellung von Massen- und Dickschichtsieben und die Untersuchung ihrer Feldschwächungskoeffizienten.

allgemeine Informationen

Abschirmung ist ein Schutz des Volumens vor der Einwirkung äußerer elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Felder. In der Regel enthält dieses Volume ein Gerät, das vor diesem Feld geschützt werden muss. Abhängig von der Art und Ausrichtung des Siebfeldes werden Material und Design des Siebes ausgewählt. So wird beispielsweise das Magnetfeld traditionell durch Strukturen aus Ferromagneten und elektromagnetische Felder durch Leiterstrukturen abgeschirmt. Das Design kann die Form einer Kugel, eines Glases mit Boden, eines langen Zylinders usw. haben.

Anwendung supraleitende Materialien ermöglichte es, die Gewichts- und Größenparameter von Abschirmstrukturen deutlich zu verbessern, allerdings schränkt die Notwendigkeit der Verwendung von flüssigem Helium den Einsatz solcher Abschirmungen ein.

Der Einsatz elektromagnetischer HTSC-Abschirmungen bei Frequenzen in der Größenordnung des Schalls erscheint durchaus vielversprechend, da die Verwendung herkömmlicher Metalle wie Kupfer oder Aluminium eine große Abschirmdicke erfordert (die entsprechenden Hautschichtdicken betragen mehrere Zentimeter). Permalloy- und andere Siebe mit hoher magnetischer Permeabilität zeichnen sich außerdem durch große Abmessungen und Gewicht aus.

Bei einkristallinen HTSC-Proben betragen die Werte für die Eindringtiefe Bruchteile eines Mikrometers. Bei polykristallinen Proben ist sie viel größer (10 μm); allerdings ist die Verwendung von HTSC-Sieben, Abschirmpaketen für integrierte Schaltkreise usw. ist im Vergleich zu anderen Methoden vielversprechend. Physische Basis Der Bildschirmbetrieb ist der Meissner-Ochsenfeld-Effekt. Das äußere Magnetfeld in einem Supraleiter nimmt mit der Tiefe ab:

B(X) = B(0) exp(- X / λ L), (4.9)

Wo X ist der Abstand von der Oberfläche,

λ L ist die Londoner Eindringtiefe.

Für Tieftemperatur-Supraleiter λ L=10 -7 m; daher dringen schwache Felder praktisch nicht in die Masse des Supraleiters ein. Bei echten HTSCs ist dieser Wert, wie bereits erwähnt, deutlich größer. Wenn der Wert des äußeren Magnetfeldes mit dem Wert des unteren kritischen Feldes vergleichbar wird, kann ein Supraleiter vom Typ II in einen Zwischenzustand übergehen. Dabei wird die Probe in abwechselnd supraleitende und normale Bereiche (Shubnikov-Zustand) unterteilt und in sie dringt ein Magnetfeld ein. Die Feldinduktion, bei der die Probe in den Shubnikov-Zustand übergeht, wird durch ihre Form und die kritischen Eigenschaften des Materials bestimmt. Für einen Schirm in Form eines Zylinders mit flachem Boden und einem Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser von nicht mehr als 0,7 kann dieses Feld (senkrecht zur Achse des Zylinders) aus dem Ausdruck bestimmt werden

B ││ = B C 1 [(1-D/D)/2] 1/2 , (4.10)

Wo B C 1 – Induktion des ersten kritischen Feldes des Materials;

D, D– Außen- und Innendurchmesser des Bildschirms.

Die Induktion des Axialfeldes, bei dem das Siebmaterial in einen Zwischenzustand übergeht, ist ungefähr gleich der kritischen Feldinduktion.

Für HTS-Materialien Das Bild wird dadurch komplizierter, dass es sich um körnige Konglomerate handelt, bei denen es Josephson-Kontakte zwischen den SP-Körnern gibt. In diesem Fall hängen die Abschirmeigenschaften mit der Größe des kritischen Feldes intergranularer Bindungen zusammen, bei dem das Feld beginnt, in den HTSL einzudringen.

Typischerweise werden HTSC-Magnetabschirmungen durch einseitiges, doppelseitiges oder hydrostatisches Pressen des HTSC-Pulvers und anschließendes Brennen hergestellt. Dieses Verfahren eignet sich zur Herstellung kleiner Bildschirme. Für die Herstellung langer Zylinder oder Siebe mit komplexerer Form (Kugel) eignet sich dieses Verfahren jedoch nicht. In diesem Fall werden diskrete Schirme verwendet, die aus Ringfragmenten bestehen. In der vorherigen Arbeit wurden solche Ringfragmente hergestellt, die zu einem langen Zylinder zusammengesetzt werden können. Solche Fragmente können durch Abscheiden dünner oder dicker Filme auf einem Keramiksubstrat hergestellt werden.

Abschirmfaktor (Feldschwächung) ZU ist definiert als das Verhältnis der Größe des internen Feldes B ich nach außen Sei:

ZU= B ich / Sei. (4.11)

Die Messung erfolgt wie folgt. Der Bildschirm mit dem Feldsensor befindet sich im Inneren des Magnetventils, das das externe Feld einstellt. Als Sensor kommt ein Fluxgate-Sensor oder wie in unserem Fall ein Hall-Sensor zum Einsatz. Der Magnet an der Stange wird in ein Dewar-Gefäß mit flüssigem Stickstoff abgesenkt. Das gesamte System befindet sich in einem vertikal installierten zweischichtigen ferromagnetischen Schirm mit einem Dämpfungskoeffizienten des Erdmagnetfelds von etwa 100.

Ein Widerstand ist in Reihe mit der Spulenwicklung geschaltet. Der Spannungsabfall am Widerstand ist proportional zur Größe des externen Magnetfelds des Magneten, die Hall-EMF ist proportional zur Größe des internen Felds. Aus der Grafik U x= f( Ich c) ist es möglich, den Feldschwächungskoeffizienten für einen bestimmten Schirm abzuschätzen.

Reis. 4.8. Dickschicht-Splitterring aus Magnetschirm:
1 - Keramik, 2 - Film

Reis. 4.9. Temperaturregime Brennen der HTSL-Folie: T 1 =120°C (30 min) V 1 =30°C/h; T2 = 910–915°C (10–20 Min.); T 3 \u003d 895 ° C, V 2 \u003d 6 ° C / h; T 4 \u003d 860 ° C

Aufgaben

1). Holen Sie sich Dickschichtringfragmente.

1.1. Tragen Sie eine Paste (Bi-2212-Pulver und 10–15 % organisches Bindemittel) auf die Keramikbasis auf (Abb. 4.8).

1.2. Brennen Sie die Paste in einem Elektroofen (Abb. 4.9).

Reis. 4.10. Magnetischer Bildschirm: F - Ringe-Fragmente des Bildschirms; D - Hall-Sensor;
a ist der Abstand zwischen den Ringfragmenten; L - Magnetwicklung

2). Montieren Sie die magnetischen Abschirmungen.

2.1. Bauen Sie den Bildschirm aus volumetrischen Ringfragmenten zusammen.

2.2. Bauen Sie den Bildschirm aus Filmringfragmenten zusammen.

3). Messen Sie den Abschirmfaktor von Groß- und Filmleinwänden.

3.1. Bauen Sie eine Schaltung zur Messung des Abschirmfaktors auf (Abb. 4.11).

Reis. 4.11. Installationsschema zur Messung des Abschirmungsfaktors: IP - Netzteile, D - Hall-Sensor, C - Zweikoordinatenschreiber; L - Magnet;
R - Widerstand

3.2. Holen Sie sich Diagramme B ich= f( Sei).

3.3. Durch Ändern des Abstands zwischen den Ringen erhalten Sie Diagramme K=B ich/Sei= f( A).

4). Erstellen Sie einen Bericht mit Grafiken und deren vergleichender Bewertung.

Kontrollfragen

1. Wie erfolgt die Abschirmung?

2. Was sind die Bildschirme?

3. Welche Geräte benötigen eine Abschirmung?

4. Beschreiben und erklären Sie den Meissner-Effekt.

5. Beschreiben Sie Shubnikovs Zustand.

6. Was sind Abrikosov-Wirbel?

7. Erklären Sie die Natur der Sucht X=f( A).

8. Wie funktioniert das Gerät zur Messung des Dämpfungskoeffizienten?

Literatur

1. Krasov V.G. Krasov V. G., Petracskas G. B., Chernozubov Yu. S. Dickschichttechnologie in der Mikrowellen-Mikroelektronik. - M.: Radio und Kommunikation, 1985.- 168 S.

2. Bondarenko S.I., Sheremet V.I. Anwendung der Supraleitung bei magnetischen Messungen - L.: Energoatomizdat, 1982.-132 S.

Abschluss

Wir haben in diesem Buch die wichtigsten Fragen des Designs und der Technologie der Hochtemperatur-Kryoelektronik betrachtet. Aufgrund des begrenzten Umfangs des Handbuchs und des Wunsches, dem Leser Zeit zu sparen, sind die wichtigsten theoretischen und in der Praxis Fragen. Viele wesentliche Punkte, die praktisch nicht ausreichend „fortgeschritten“ waren, blieben außer Sichtweite.

Vor Kurzem sind 90 Jahre seit der Entdeckung der Supraleitung und 40 Jahre vergangen, seit Niedertemperatur-Supraleitungstechnologien, einschließlich der Kryoelektronik, auf der Grundlage supraleitender Materialien und kryogener Technologie bei Heliumtemperaturen geboren wurden. Eines seiner ersten Elemente war ein Drahtkryotron. In den letzten Jahren hat die Niedertemperatur-Kryoelektronik eine bedeutende Entwicklung erfahren: Digitale Geräte auf Basis von Kryotrons wurden erfunden (am Anfang Film, dann Josephson); Empfänger und Konverter von Mikrowellensignalen, Geräte auf Basis von SQUIDs usw.

Seit der Entdeckung der Hochtemperatursupraleitung sind mehr als 15 Jahre vergangen – ein Ereignis, das die Arbeit auf dem Gebiet der Supraleitung im Allgemeinen und der Kryoelektronik im Besonderen hätte anregen sollen. Und so geschah es: Zahl und Umfang der Forschung auf diesem Gebiet stiegen 1996 dramatisch an und sind mittlerweile von beträchtlicher Bedeutung.

Doch trotz der deutlichen Fortschritte steckt die Hochtemperatur-Kryoelektronik aus verschiedenen Gründen immer noch in den Kinderschuhen.

Bis heute herrscht auf dem Gebiet der HTSC-Forschung ein dramatischer und angespannter Zustand. Hier bestehen weiterhin hohe Erwartungen. Die Regierung und die Industrieunternehmen, die stark in die HTSC-Forschung investiert haben und weiterhin investieren, überwachen die angewandten Aspekte der Forschung genau, weil sie befürchten, den Moment des Durchbruchs in der wissenschaftsintensiven (und daher vielversprechenden, prestigeträchtigen und profitablen) HTSC-Forschung zu verpassen Markt. Große Erwartungen zwingen uns dazu, sowohl den aktuellen Stand der Forschung als auch deren Marktpotenzial sorgfältig zu bewerten.

Zu den Gründen, die die Entwicklung der Kryoelektronik behindern, gehören auch:

mangelnde Kenntnisse über kryoelektronische Prozesse in gekühlten Strukturen und Filmen,

· der Mangel an echten Design- und Technologieideen für die Schaffung integrierter kryoelektronischer Geräte und insbesondere zuverlässiger, reproduzierbarer, mehrschichtiger integrierter Schaltkreise mit Submikron-Lücken.

Es gibt praktisch keine Methoden, um die Energieintensität sowie die Gewichts- und Größenparameter von Kryostaten zu reduzieren und die Dauer ihres Dauerbetriebs zu verlängern.

Mit anderen Worten: Es müssen Lösungen gefunden werden, mit deren Hilfe die erzielten Ergebnisse kostengünstig, reproduzierbar und zugänglich sind. Wir hoffen, dass die erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten Ihnen bei der Lösung Ihrer Probleme helfen werden.

Die Abschirmung magnetischer Felder kann auf zwei Arten erfolgen:

Abschirmung mit ferromagnetischen Materialien.

Abschirmung mit Wirbelströmen.

Die erste Methode wird normalerweise zum Screening konstanter MF- und Niederfrequenzfelder verwendet. Die zweite Methode bietet eine erhebliche Effizienz bei der Abschirmung hochfrequenter MF. Aufgrund des Oberflächeneffekts sinken die Dichte der Wirbelströme und die Intensität des magnetischen Wechselfelds, je tiefer sie in das Metall eindringen, nach einem Exponentialgesetz:

Die Verringerung von Feld und Strom, die als äquivalente Eindringtiefe bezeichnet wird.

Je kleiner die Eindringtiefe, desto größer der Stromfluss in den Oberflächenschichten des Schirms, desto größer ist die dadurch erzeugte umgekehrte MF, die das äußere Feld der Aufnahmequelle aus dem vom Schirm eingenommenen Raum verdrängt. Wenn die Abschirmung aus einem nichtmagnetischen Material besteht, hängt die Abschirmwirkung nur von der spezifischen Leitfähigkeit des Materials und der Frequenz des Abschirmfelds ab. Wenn der Schirm aus einem ferromagnetischen Material besteht, dann mit anderem gleiche Bedingungen Durch ein äußeres Feld wird darin ein großes e induziert. d.s. aufgrund der größeren Konzentration magnetischer Feldlinien. Bei gleicher spezifischer Leitfähigkeit nimmt das Material zu Wirbelströme Dadurch ergibt sich eine geringere Eindringtiefe und eine bessere Abschirmwirkung.

Bei der Wahl der Dicke und des Materials des Schirms sollte man nicht von den elektrischen Eigenschaften des Materials ausgehen, sondern sich von Überlegungen zur mechanischen Festigkeit, dem Gewicht, der Steifigkeit, der Korrosionsbeständigkeit, der einfachen Verbindung einzelner Teile und der Herstellung von Übergangskontakten zwischen ihnen leiten lassen mit geringem Widerstand, einfacher Lötung, Schweißung usw.

Aus den Daten in der Tabelle ist ersichtlich, dass bei Frequenzen über 10 MHz Kupfer- und insbesondere Silberfolien mit einer Dicke von etwa 0,1 mm eine deutliche Abschirmwirkung erzielen. Daher ist es bei Frequenzen über 10 MHz durchaus akzeptabel, Bildschirme aus folienbeschichtetem Getinax oder Glasfaser zu verwenden. Bei hohen Frequenzen hat Stahl eine größere Abschirmwirkung als nichtmagnetische Metalle. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass solche Abschirmungen aufgrund des hohen spezifischen Widerstands und der Hysterese zu erheblichen Verlusten in den abgeschirmten Schaltkreisen führen können. Daher sind solche Bildschirme nur in Fällen anwendbar, in denen Einfügungsverluste vernachlässigt werden können. Für eine höhere Abschirmwirkung muss der Schirm außerdem einen geringeren magnetischen Widerstand als Luft haben, da die magnetischen Feldlinien dann dazu neigen, an den Wänden des Schirms entlang zu verlaufen und in geringerer Zahl in den Raum außerhalb des Schirms einzudringen. Ein solcher Schirm eignet sich gleichermaßen zum Schutz vor den Auswirkungen eines Magnetfelds und zum Schutz des Außenraums vor dem Einfluss eines Magnetfelds, das von einer Quelle im Inneren des Schirms erzeugt wird.

Es gibt viele Stahl- und Permalloy-Qualitäten mit unterschiedlichen Werten der magnetischen Permeabilität. Daher muss für jedes Material der Wert der Eindringtiefe berechnet werden. Die Berechnung erfolgt nach der Näherungsgleichung:

1) Schutz gegen äußeres Magnetfeld

Die magnetischen Kraftlinien des externen Magnetfelds (die Induktionslinien des magnetischen Interferenzfelds) verlaufen hauptsächlich durch die Dicke der Wände des Schirms, der im Vergleich zum Widerstand des Raums innerhalb des Schirms einen geringen magnetischen Widerstand aufweist . Dadurch hat das äußere magnetische Störfeld keinen Einfluss auf die Funktion des Stromkreises.

2) Abschirmung des eigenen Magnetfeldes

Ein solcher Kran wird verwendet, wenn die Aufgabe darin besteht, externe Stromkreise vor den Auswirkungen eines durch den Spulenstrom erzeugten Magnetfelds zu schützen. Induktivität L, d. h. wenn es erforderlich ist, die durch die Induktivität L erzeugten Störungen praktisch zu lokalisieren, wird ein solches Problem mit einem magnetischen Schirm gelöst, wie in der Abbildung schematisch dargestellt. Hier schließen sich fast alle Feldlinien des Induktorfeldes durch die Dicke der Schirmwände, ohne darüber hinauszugehen, da der magnetische Widerstand des Schirms viel geringer ist als der Widerstand des umgebenden Raums.

3) Dualer Bildschirm

Bei einem doppelten Magnetschirm kann man sich vorstellen, dass ein Teil der magnetischen Kraftlinien, die über die Dicke der Wände eines Schirms hinausgehen, sich durch die Dicke der Wände des zweiten Schirms schließen. Auf die gleiche Weise kann man sich die Wirkung eines doppelten magnetischen Schirms vorstellen, wenn magnetische Interferenzen lokalisiert werden, die durch ein elektrisches Schaltkreiselement erzeugt werden, das sich innerhalb des ersten (inneren) Schirms befindet: Der Großteil der magnetischen Kraftlinien (magnetische Streulinien) schließt sich durch die Wände des äußeren Schirms. Natürlich müssen bei Doppelschirmen die Wandstärken und der Abstand zwischen ihnen rational gewählt werden.

Der Gesamtabschirmkoeffizient erreicht seinen größten Wert in Fällen, in denen die Wandstärke und der Spalt zwischen den Schirmen proportional zum Abstand von der Mitte des Schirms zunehmen und der Spalt das geometrische Mittel der Wandstärken der angrenzenden Schirme ist . In diesem Fall beträgt der Abschirmfaktor:

L = 20lg (H/Ne)

Die Herstellung von Doppelsieben gemäß dieser Empfehlung ist aus technologischen Gründen praktisch schwierig. Viel zweckmäßiger ist es, den Abstand zwischen den an den Luftspalt angrenzenden Schirmen größer als die Dicke des ersten Schirms zu wählen, etwa gleich dem Abstand zwischen dem Steg des ersten Schirms und dem Rand des abgeschirmten Schaltungselements (zum Beispiel Spulen und Induktoren). Die Wahl der einen oder anderen Wandstärke des Magnetschirms kann nicht eindeutig getroffen werden. Die rationelle Wandstärke wird ermittelt. Schirmmaterial, Störfrequenz und angegebener Schirmungsfaktor. Es ist sinnvoll, Folgendes zu berücksichtigen.

1. Mit zunehmender Störfrequenz (Frequenz eines magnetischen Wechselfeldes der Interferenz) nimmt die magnetische Permeabilität von Materialien ab und führt zu einer Abnahme der Abschirmeigenschaften dieser Materialien, da mit abnehmender magnetischer Permeabilität der magnetische Widerstand abnimmt Der vom Schirm ausgeübte Fluss nimmt zu. In der Regel ist die Abnahme der magnetischen Permeabilität mit zunehmender Frequenz bei denjenigen magnetischen Materialien am stärksten, die die höchste magnetische Anfangspermeabilität aufweisen. Beispielsweise ändert Elektrostahlblech mit einer niedrigen anfänglichen magnetischen Permeabilität den Wert von jx mit zunehmender Frequenz kaum, und Permalloy, das hohe anfängliche Werte der magnetischen Permeabilität aufweist, reagiert sehr empfindlich auf eine Erhöhung der Frequenz des Magnetfelds ; seine magnetische Permeabilität nimmt mit der Frequenz stark ab.

2. Bei magnetischen Materialien, die einem hochfrequenten magnetischen Störfeld ausgesetzt sind, macht sich der Oberflächeneffekt deutlich bemerkbar, d. h. die Verschiebung des Magnetflusses zur Oberfläche der Schirmwände, was zu einer Erhöhung des magnetischen Widerstands des Schirms führt. Unter solchen Bedingungen erscheint es nahezu sinnlos, die Dicke der Schirmwände über die Grenzen hinaus zu erhöhen, die der magnetische Fluss bei einer bestimmten Frequenz einnimmt. Eine solche Schlussfolgerung ist falsch, da eine Erhöhung der Wandstärke auch bei Vorliegen eines Oberflächeneffekts zu einer Verringerung des magnetischen Widerstands des Schirms führt. Gleichzeitig sollte auch die Änderung der magnetischen Permeabilität berücksichtigt werden. Da das Phänomen des Skin-Effekts bei magnetischen Materialien in der Regel stärker spürbar ist als die Abnahme der magnetischen Permeabilität im Niederfrequenzbereich, wird der Einfluss beider Faktoren auf die Wahl der Schirmwandstärke in verschiedenen Bereichen magnetischer Störfrequenzen unterschiedlich sein. In der Regel ist die Abnahme der Abschirmeigenschaften mit zunehmender Störfrequenz bei Abschirmungen aus Materialien mit hoher magnetischer Anfangspermeabilität stärker ausgeprägt. Die oben genannten Eigenschaften magnetischer Materialien bilden die Grundlage für Empfehlungen zur Materialauswahl und Wandstärke magnetischer Abschirmungen. Diese Empfehlungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

A) Siebe aus gewöhnlichem Elektrostahl (Transformatorstahl) mit geringer anfänglicher magnetischer Permeabilität können bei Bedarf verwendet werden, um kleine Abschirmungsfaktoren (Ke 10) bereitzustellen; solche Bildschirme bieten einen nahezu konstanten Abschirmfaktor in einem ziemlich breiten Frequenzband, bis zu mehreren zehn Kilohertz; die Dicke solcher Schirme hängt von der Frequenz der Interferenz ab, und je niedriger die Frequenz, desto größer ist die erforderliche Schirmdicke; beispielsweise sollte bei einer Frequenz eines magnetischen Störfeldes von 50–100 Hz die Dicke der Siebwände etwa 2 mm betragen; Ist eine Erhöhung des Schirmungsfaktors oder eine größere Schirmdicke erforderlich, empfiehlt es sich, mehrere Schirmlagen (Doppel- oder Dreifachschirme) geringerer Dicke zu verwenden;

B) Es empfiehlt sich, Abschirmungen aus magnetischen Materialien mit hoher Anfangspermeabilität (z. B. Permalloy) zu verwenden, wenn ein großer Abschirmfaktor (Ke > 10) in einem relativ schmalen Frequenzband bereitgestellt werden muss, und es ist nicht ratsam, a zu wählen Dicke jeder Magnetschirmschale größer als 0,3–0,4 mm; Bei Frequenzen über mehreren Hundert oder Tausend Hertz beginnt die Abschirmwirkung solcher Schirme merklich nachzulassen, abhängig von der anfänglichen Durchlässigkeit dieser Materialien.

Alles, was oben über magnetische Abschirmungen gesagt wurde, gilt für schwache magnetische Störfelder. Befindet sich die Abschirmung in der Nähe starker Störquellen und entstehen darin magnetische Flüsse mit hoher magnetischer Induktion, so ist bekanntlich die Änderung der magnetischen dynamischen Permeabilität in Abhängigkeit von der Induktion zu berücksichtigen; Es ist auch notwendig, die Verluste in der Dicke des Bildschirms zu berücksichtigen. In der Praxis sind derart starke Quellen magnetischer Störfelder, bei denen man deren Wirkung auf Bildschirme berücksichtigen müsste, mit Ausnahme einiger Sonderfälle, die die Amateurfunkpraxis nicht vorsehen, nicht anzutreffen normale Bedingungen Betrieb von funktechnischen Geräten mit breitem Anwendungsbereich.

Prüfen

1. Bei magnetischer Abschirmung muss die Abschirmung:
1) Besitzen einen geringeren magnetischen Widerstand als Luft
2) haben gleich Luft magnetischer Widerstand
3) einen größeren magnetischen Widerstand als Luft haben

2. Bei der Abschirmung des Magnetfeldes Erdung der Abschirmung:
1) Beeinträchtigt die Abschirmwirkung nicht
2) Erhöht die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung
3) Reduziert die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung

3. Bei niedrigen Frequenzen (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Dicke der Abschirmung, b) Magnetische Permeabilität des Materials, c) Abstand zwischen der Abschirmung und anderen magnetischen Kreisen.
1) Nur a und b sind wahr
2) Nur b und c sind wahr
3) Nur a und b sind wahr
4) Alle Optionen sind korrekt

4. Magnetische Abschirmung bei niedrigen Frequenzen nutzt:
1) Kupfer
2) Aluminium
3) Permalloy.

5. In magnetischer Abschirmung mit hohe Frequenzen ah benutzt:
1) Eisen
2) Permalloy
3) Kupfer

6. Bei hohen Frequenzen (>100 kHz) hängt die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung nicht ab von:
1) Bildschirmdicke

2) Magnetische Permeabilität des Materials
3) Abstände zwischen dem Schirm und anderen Magnetkreisen.

Verwendete Literatur:

2. Semenenko, V. A. Informationssicherheit / V. A. Semenenko – Moskau, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Informationssicherheit / V. I. Yarochkin - Moskau, 2000.

4. Demirchan, K. S. Theoretische Basis Elektrotechnik Band III / K. S. Demirchan S.-P, 2003

Zur Abschirmung des Magnetfeldes kommen zwei Methoden zum Einsatz:

Rangiermethode;

Schirm-Magnetfeld-Methode.

Schauen wir uns jede dieser Methoden genauer an.

Die Methode, das Magnetfeld mit einem Schirm umzuleiten.

Die Methode der Überbrückung des Magnetfeldes durch eine Abschirmung dient dem Schutz vor einem konstanten und sich langsam ändernden magnetischen Wechselfeld. Siebe bestehen aus ferromagnetischen Materialien mit hoher relativer magnetischer Permeabilität (Stahl, Permalloy). Wenn ein Schirm vorhanden ist, verlaufen die magnetischen Induktionslinien hauptsächlich entlang seiner Wände (Abbildung 8.15), die im Vergleich zum Luftraum im Inneren des Schirms einen geringen magnetischen Widerstand aufweisen. Die Qualität der Abschirmung hängt von der magnetischen Permeabilität der Abschirmung und dem Widerstand des Magnetkreises ab, d. h. Je dicker die Abschirmung und je weniger Nähte und Verbindungen quer zur Richtung der magnetischen Induktionslinien verlaufen, desto höher ist die Abschirmungseffizienz.

Methode zur Bildschirmverschiebung.

Das Screen-Displacement-Verfahren dient der Abschirmung variabler hochfrequenter Magnetfelder. In diesem Fall werden Schirme aus nichtmagnetischen Metallen verwendet. Die Abschirmung basiert auf dem Phänomen der Induktion. Hier ist das Phänomen der Induktion nützlich.

Stellen wir einen Kupferzylinder auf den Weg eines gleichmäßigen magnetischen Wechselfeldes (Abbildung 8.16, a). Darin wird eine variable ED angeregt, die wiederum variable Induktionswirbelströme (Foucault-Ströme) erzeugt. Das Magnetfeld dieser Ströme (Abbildung 8.16, b) wird geschlossen; Innerhalb des Zylinders wird es auf das Erregerfeld gerichtet sein und außerhalb desselben in die gleiche Richtung wie das Erregerfeld. Das resultierende Feld (Abbildung 8.16, c) wird in der Nähe des Zylinders abgeschwächt und außerhalb davon verstärkt, d. h. Es kommt zu einer Verschiebung des Feldes aus dem vom Zylinder eingenommenen Raum, was zu seiner Abschirmwirkung führt, die umso wirksamer ist, je geringer der elektrische Widerstand des Zylinders ist, d. h. desto mehr Wirbelströme fließen durch ihn.

Aufgrund des Oberflächeneffekts („Skin-Effekt“) nehmen die Dichte der Wirbelströme und die Intensität des magnetischen Wechselfelds exponentiell ab, je tiefer sie in das Metall eindringen

, (8.5)

Wo (8.6)

- ein Indikator für die Abnahme des Feldes und des Stroms, der aufgerufen wird äquivalente Eindringtiefe.

Hier ist die relative magnetische Permeabilität des Materials;

– magnetische Vakuumpermeabilität gleich 1,25*10 8 gn*cm -1 ;

– spezifischer Widerstand des Materials, Ohm*cm;

- Frequenz Hz.

Es ist zweckmäßig, die Abschirmwirkung von Wirbelströmen durch den Wert der äquivalenten Eindringtiefe zu charakterisieren. Je kleiner x 0 , desto größer ist das von ihnen erzeugte Magnetfeld, das das äußere Feld der Aufnahmequelle aus dem vom Bildschirm eingenommenen Raum verdrängt.

Für ein nichtmagnetisches Material in Formel (8.6) =1 wird die Abschirmwirkung nur durch und bestimmt. Und wenn der Bildschirm aus ferromagnetischem Material besteht?

Bei Gleichheit ist der Effekt besser, da >1 (50..100) und x 0 kleiner sind.

x 0 ist also ein Kriterium für die Abschirmwirkung von Wirbelströmen. Es ist von Interesse abzuschätzen, wie oft die Stromdichte und die magnetische Feldstärke in einer Tiefe x 0 kleiner werden als an der Oberfläche. Dazu setzen wir dann x = x 0 in die Formel (8.5) ein

Daraus ist ersichtlich, dass in einer Tiefe x 0 die Stromdichte und die magnetische Feldstärke um den Faktor e abnehmen, d. h. bis zu einem Wert von 1/2,72, was 0,37 der Dichte und Spannung an der Oberfläche entspricht. Da die Feldschwächung nur erfolgt 2,72 Mal in der Tiefe x 0 nicht aus, um das Abschirmmaterial zu charakterisieren, dann werden zwei weitere Werte der Eindringtiefe x 0,1 und x 0,01 verwendet, die den Abfall der Stromdichte und Feldspannung um das 10- und 100-fache gegenüber ihren Werten an der Oberfläche charakterisieren.

Wir drücken die Werte x 0,1 und x 0,01 durch den Wert x 0 aus, dazu stellen wir auf der Grundlage des Ausdrucks (8.5) die Gleichung auf

UND ,

entscheiden, was wir bekommen

x 0,1 \u003d x 0 ln10 \u003d 2,3x 0; (8.7)

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

Basierend auf den Formeln (8.6) und (8.7) für verschiedene Abschirmmaterialien werden in der Literatur die Werte der Eindringtiefen angegeben. Der Übersichtlichkeit halber präsentieren wir dieselben Daten in Form von Tabelle 8.1.

Die Tabelle zeigt, dass für alle hohen Frequenzen, beginnend mit dem Mittelwellenbereich, ein Schirm aus einem beliebigen Metall mit einer Dicke von 0,5..1,5 mm sehr effektiv wirkt. Bei der Wahl der Dicke und des Materials des Schirms sollte man nicht von den elektrischen Eigenschaften des Materials ausgehen, sondern sich daran orientieren Überlegungen zu mechanischer Festigkeit, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit, einfacher Verbindung einzelner Teile und der Umsetzung von Übergangskontakten zwischen ihnen mit geringem Widerstand, einfacher Lötung, Schweißung usw.

Aus den Daten in der Tabelle geht hervor, dass Bei Frequenzen über 10 MHz sorgt ein Film aus Kupfer und noch mehr aus Silber mit einer Dicke von weniger als 0,1 mm für eine deutliche Abschirmwirkung. Daher ist es bei Frequenzen über 10 MHz durchaus akzeptabel, Abschirmungen aus folienbeschichteten Getinaks oder anderen mit Kupfer oder Silber beschichteten Isoliermaterialien zu verwenden.

Stahl kann als Abschirmung verwendet werden, Sie müssen jedoch bedenken, dass eine Stahlabschirmung aufgrund des hohen spezifischen Widerstands und des Hysterese-Phänomens zu erheblichen Verlusten in den Abschirmkreisen führen kann.

Das Funktionsprinzip der meisten Konverter von Messgeräten basiert auf der Umwandlung elektrischer und magnetischer Energie. Daher verzerren elektrische und magnetische Felder, die im Inneren der Messgeräte durch in der Nähe befindliche Quellen induziert werden, die Art der Umwandlung elektrischer und magnetischer Energie bei der Messung Gerät. Die Abschirmung dient dazu, die empfindlichen Elemente von Geräten vor dem Einfluss interner und externer elektrischer und magnetischer Felder zu schützen.

Unter magnetische Abschirmung Unter jedem Raumbereich versteht man die Schwächung des Magnetfeldes innerhalb dieses Bereichs durch die Beschränkung auf eine Hülle aus magnetisch weichen Materialien. In der Praxis wird auch eine andere Abschirmmethode verwendet, bei der eine Magnetfeldquelle in der Hülle platziert wird und so deren Ausbreitung in die Umgebung begrenzt wird.

Die Grundlagen der Abschirmung basieren auf der Theorie der Ausbreitung elektrischer und magnetischer Felder. Die abgestrahlte Energie wird durch ein elektromagnetisches Feld übertragen. Wenn sich das Feld im Laufe der Zeit ändert, existieren seine elektrischen und magnetischen Komponenten gleichzeitig, und eine davon kann größer sein als die andere. Ist die elektrische Komponente größer, gilt das Feld als elektrisch; ist die magnetische Komponente größer, gilt das Feld als magnetisch. Normalerweise hat das Feld in der Nähe seiner Quelle im Abstand einer Wellenlänge einen ausgeprägten Charakter. Im freien Raum, in großer Entfernung von der Energiequelle (im Vergleich zur Wellenlänge), haben beide Komponenten des Feldes die gleiche Energiemenge. Darüber hinaus absorbiert jeder Leiter, der sich in einem elektromagnetischen Feld befindet, zwangsläufig Energie und strahlt sie wieder ab. Daher unterscheidet sich die relative Energieverteilung selbst in geringen Abständen von einem solchen Leiter von der Energieverteilung im freien Raum.

Der elektrische (elektrostatische) Anteil des Feldes entspricht der Spannung am Leiter, der magnetische (elektromagnetische) Anteil entspricht dem Strom. Die Bestimmung der Notwendigkeit des einen oder anderen Abschirmungsgrades für einen bestimmten Stromkreis sowie die Bestimmung der Ausreichendheit des einen oder anderen Abschirmungstyps ist technisch kaum zu berechnen, da sich theoretische Lösungen für einzelne einfache Probleme als inakzeptabel erweisen Komplex Stromkreise, bestehend aus Elementen, die beliebig im Raum angeordnet sind und elektromagnetische Energie in die unterschiedlichsten Richtungen abstrahlen. Um den Schirm zu berechnen, müsste man den Einfluss all dieser Einzelstrahlungen berücksichtigen, was unmöglich ist. Daher benötigt ein in diesem Bereich tätiger Konstrukteur ein klares Verständnis der physikalischen Wirkung jedes Abschirmungsteils, seiner relativen Bedeutung im Komplex der Abschirmungsteile und die Fähigkeit, Näherungsberechnungen der Abschirmungseffizienz durchzuführen.

Nach dem Funktionsprinzip werden elektrostatische, magnetostatische und elektromagnetische Schirme unterschieden.

Die Abschirmwirkung eines Metallschirms beruht auf zwei Gründen: der Reflexion des Feldes vom Schirm und der Dämpfung des Feldes beim Durchgang durch das Metall. Jedes dieser Phänomene ist unabhängig voneinander und muss separat betrachtet werden, obwohl der gesamte Screening-Effekt das Ergebnis beider ist.

Die elektrostatische Abschirmung besteht aus Kurzschlüssen elektrisches Feld auf der Oberfläche der Metallmasse des Bildschirms und des Getriebes elektrische Aufladungen auf dem Gehäuse des Geräts (Abb. 1.).

Wenn zwischen Strukturelement A, das ein elektrisches Feld erzeugt, und Element B, für das der Einfluss dieses Feldes schädlich ist, eine Abschirmung C angebracht wird, die mit dem Körper (Erde) des Produkts verbunden ist, werden elektrische Stromleitungen abgefangen , wodurch Element B vor dem schädlichen Einfluss von Element A geschützt wird. Daher kann das elektrische Feld auch durch eine sehr dünne Metallschicht zuverlässig abgeschirmt werden.

Die induzierten Ladungen befinden sich auf der Außenfläche des Schirms, sodass das elektrische Feld im Inneren des Schirms Null ist.

Die magnetostatische Abschirmung basiert auf der Schließung des Magnetfelds in der Dicke der Abschirmung, die eine erhöhte magnetische Permeabilität aufweist. Das Siebmaterial muss eine magnetische Permeabilität aufweisen, die deutlich größer ist als die magnetische Permeabilität Umfeld. Das Funktionsprinzip des magnetostatischen Schirms ist in Abbildung 2 dargestellt.

Der vom Strukturelement erzeugte magnetische Fluss (in dieser Fall Draht) schließt sich aufgrund seines geringen magnetischen Widerstands in den Wänden der Magnetabschirmung ein. Die Effizienz eines solchen Schirms ist umso größer, je größer seine magnetische Permeabilität und Dicke ist.

Der magnetostatische Schirm wird nur bei konstantem Feld oder im Bereich niedriger Frequenzen desselben eingesetzt.

Die elektromagnetische Abschirmung basiert auf der Wechselwirkung eines magnetischen Wechselfelds mit Wirbelströmen, die in der Dicke und auf der Oberfläche des leitfähigen Materials der Abschirmung induziert werden. Das Prinzip der elektromagnetischen Abschirmung ist in Abb. dargestellt. 3. Wenn ein Kupferzylinder (Schirm) in den Weg eines gleichmäßigen magnetischen Flusses gebracht wird, wird darin alternierendes E.D.S. angeregt, was wiederum alternierende Induktionswirbelströme erzeugt. Das Magnetfeld dieser Ströme wird geschlossen (Abb. 3b); Innerhalb des Zylinders wird es auf das Erregerfeld gerichtet und außerhalb davon in die gleiche Richtung wie das Erregerfeld. Das resultierende Feld wird innerhalb des Zylinders abgeschwächt (Abb. 3c) und außerhalb desselben verstärkt, d. h. Es gibt eine Verschiebung gegenüber dem vom Zylinder eingenommenen Raum, was seine Abschirmwirkung darstellt.

Die Wirksamkeit der elektromagnetischen Abschirmung steigt mit zunehmendem Rückfeld, das umso größer ist, je größer die Wirbelströme sind, die durch den Zylinder fließen, d. h. je mehr elektrische Leitfähigkeit Zylinder.

Die Schwächung des Magnetfeldes durch Metall lässt sich berechnen. Sie ist proportional zur Siebdicke, dem Wirbelstromkoeffizienten und der Quadratwurzel des Produkts aus Feldfrequenz, magnetischer Permeabilität und Leitfähigkeit des Siebmaterials.

Bei der Abschirmung von Produktelementen mit magnetostatischen und elektromagnetischen Abschirmungen ist zu berücksichtigen, dass diese bei fester Verbindung mit dem Gerätegehäuse auch als elektrostatische Abschirmung wirksam sind.

Ausrüstung, Geräte und Werkzeuge

Bei der Ausführung von Arbeiten verwenden wir: Installation zum Erstellen elektromagnetisches Feld; Sonderform-Signalgenerator G6-26; Messspule zur Abschätzung der Stärke des elektromagnetischen Feldes; Oszilloskop S1-64; Voltmeter; eine Reihe von Bildschirmen aus verschiedenen Materialien.

Das Sinussignal wird vom Signalgenerator der Anlage über einen Abwärtstransformator eingespeist. Zum Anschluss der Messspule 5 an das Oszilloskop und der Erregerspule des elektromagnetischen Feldes 1 an die Signalgeneratoren sind die Anschlussbuchsen 6 und 7 am Sockel 3 der Anlage befestigt. Das Einschalten der Anlage erfolgt über den Kippschalter 8.

Zur Charakterisierung des Abschirmmaterials werden zwei weitere Eindringtiefenwerte x 0,1, x 0,01 verwendet, die den Abfall der Feldstärkedichte (oka) um das 10- und 100-fache gegenüber dem Wert auf seiner Oberfläche charakterisieren

die in den Referenztabellen für verschiedene Materialien angegeben sind. Tabelle 2 zeigt x 0 , x 0,1 , x 0,01 Werte für Kupfer, Aluminium, Stahl und Permalloy.

Bei der Auswahl eines Siebmaterials ist es zweckmäßig, die in den Diagrammen in Abb. 4 dargestellten Siebeffizienzkurven zu verwenden.

Eigenschaften von Legierungen für magnetische Abschirmungen

Als Material für magnetische Abschirmungen in schwachen Feldern werden Legierungen mit hoher magnetischer Permeabilität verwendet. Permalloys gehören zur Gruppe der formbaren Legierungen mit hoher magnetischer Permeabilität und lassen sich gut durch Schneiden und Stanzen verarbeiten. Aufgrund der Zusammensetzung werden Permalloys üblicherweise in Legierungen mit niedrigem Nickelgehalt (40–50 % Ni) und solche mit hohem Nickelgehalt (72–80 % Ni) unterteilt. Zur Verbesserung der elektromagnetischen und technologischen Eigenschaften werden Permalloys häufig mit Molybdän, Chrom, Silizium, Kobalt, Kupfer und anderen Elementen legiert. Die Hauptindikatoren für die elektromagnetische Qualität dieser Legierungen sind die Werte der anfänglichen magnetischen Permeabilität µ initial und maximal µ max. Die Koerzitivfeldstärke H c von Permalloys sollte möglichst gering sein, während der spezifische elektrische Widerstand ρ und die Sättigungsmagnetisierung M s möglichst hoch sein sollten. Die Abhängigkeit dieser Parameter für die binäre Fe-Ni-Legierung vom Nickelanteil ist in Abb. dargestellt. 5.

Die Charakteristik µ init (Abb. 5) hat zwei Maxima, relativ (1) und absolut (2). Der Bereich des relativen Minimums, begrenzt durch einen Nickelgehalt von 40-50%, entspricht Permalloy mit niedrigem Nickelgehalt, und der Bereich des absoluten Maximums, begrenzt durch einen Nickelgehalt von 72-80%, entspricht Permalloy mit hohem Nickelgehalt. Letzteres hat Höchster Wertµmax. Der Verlauf der Kennlinien µ 0 M s und ρ (Abb. 5) zeigt, dass die magnetische Sättigung und der elektrische Widerstand von Permalloy mit niedrigem Nickelgehalt deutlich höher sind als die von Permalloy mit hohem Nickelgehalt. Diese Umstände begrenzen den Anwendungsbereich von Permalloy mit niedrigem und hohem Nickelgehalt

Permalloy mit niedrigem Nickelgehalt wird für die Herstellung von Magnetschirmen verwendet, die in schwachen konstanten Magnetfeldern betrieben werden. Bei höheren Frequenzen wird mit Silizium und Chrom dotiertes Permalloy mit niedrigem Nickelgehalt verwendet.

Legierungen 79НМ, 80НХС, 81НМА, 83NF mit der höchsten magnetischen Permeabilität in schwachen Magnetfeldern und einer Sättigungsinduktion von 0,5-0,75 T für magnetische Schirme, magnetische Verstärkerkerne und berührungslose Relais. Die Legierungen 27KH, 49KH, 49K2F und 49K2FA, die eine hohe technische Sättigungsinduktion (2,1 - 2,25 T) aufweisen, werden für magnetische Abschirmungen verwendet, die Geräte vor starken Magnetfeldern schützen

Sicherheitsanforderungen

Vor Arbeitsbeginn

• Verstehen Sie den Ort und Zweck der Kontrollen der Laborinstallation und der Messgeräte.
• Vorbereiten Arbeitsplatz Für sicheres Arbeiten: Entfernen Sie unnötige Gegenstände vom Tisch und der Installation.
• Überprüfen Sie: das Vorhandensein und die Funktionsfähigkeit des Erdungssystems, die Unversehrtheit des Gerätegehäuses, der Netzkabel und der Steckverbinder. Beginnen Sie nicht mit der Arbeit, wenn die Schutzplatten von der Laborinstallation (Ständer) entfernt wurden.

Während der Arbeit

• Arbeiten dürfen nur an gebrauchsfähigen Geräten durchgeführt werden.
• Bei Laborgeräten dürfen die Lüftungsöffnungen (Jalousien) nicht durch Fremdkörper blockiert werden.
• Lassen Sie das Gerät nicht eingeschaltet, auch nicht für kurze Zeit.
• Bei einer Unterbrechung der Stromversorgung des Gerätes muss dieses abgeschaltet werden.

In Notsituationen

In folgenden Fällen muss das Laborgerät sofort abgeschaltet werden:

1. Unfall oder Gefahr für die menschliche Gesundheit;
2. das Auftreten eines Geruchs, der für brennende Isolierung, Kunststoffe und Farbe charakteristisch ist;
3. das Auftreten von Kabeljau, Klicks, Funken;
4. Schäden an der Steckverbindung oder dem elektrischen Kabel, das das Gerät versorgt.

Nach getaner Arbeit

• Schalten Sie die Laboreinrichtung und die Messgeräte aus.
• Trennen Sie die Installations- und Messgeräte vom Stromnetz. Räumen Sie Ihren Arbeitsplatz auf.
• Entfernen Sie Fremdkörper und reinigen Sie sie von eventuellen Rückständen (unnötiges Papier).

Aufgabenstellung und Forschungsmethodik

Bestimmen Sie experimentell die effektiven Einsatzbereiche verschiedener Materialien für elektromagnetische Materialien, wenn sich die Frequenzen des elektromagnetischen Feldes von 102 auf 104 Hz ändern.

Schließen Sie die Anlage zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes an den Signalgenerator an. Schließen Sie die Messspule an den Eingang des Oszilloskops und an das Voltmeter an. Messen Sie die Signalamplitude U, die proportional zur Stärke des elektromagnetischen Feldes im zylindrischen Rahmen der Felderregerspule ist. Verschließen Sie die Messspule mit einem Sieb

Messen Sie die Amplitude U' des Signals der Messspule. Bestimmen Sie die Wirksamkeit der Abschirmung

bei einer bestimmten Frequenz und notieren Sie es in einer Tabelle (siehe Anhang).

Führen Sie Messungen gemäß Abschnitt 5.1.1 durch. für Frequenzen 100, 500, 1000, 5000, 104 Hz. Bestimmen Sie die Abschirmwirkung bei jeder Frequenz.

Screening-Beispiele werden untersucht. Eine experimentelle Untersuchung der Eigenschaften von Materialien für magnetische Abschirmungen wird anhand von Proben in durchgeführt

die Form der zylindrischen Becher 9 (Abb. 6), deren Hauptparameter in Tabelle 3 aufgeführt sind.

Siebe können sowohl einschichtig als auch mehrschichtig mit einem Luftspalt dazwischen, zylindrisch und mit rechteckigem Querschnitt sein. Die Berechnung der Anzahl der Siebschichten kann mit recht umständlichen Formeln durchgeführt werden. Daher wird empfohlen, die Anzahl der Schichten gemäß den in Nachschlagewerken angegebenen Siebeffizienzkurven auszuwählen.

Bei der Abschirmung von Produktelementen mit magnetostatischen und elektromagnetischen Abschirmungen ist zu berücksichtigen, dass diese bei fester Verbindung mit dem Gerätegehäuse auch als elektrostatische Abschirmung wirksam sind.

1 - Erregerspule für elektromagnetische Felder;

2 - nicht magnetischer Rahmen;

3 – nichtmagnetische Basis;

4 - Abwärtstransformator;

5 - Messspule;

6 und 7 - Anschlussbuchsen;

8 - Kippschalter;

9 - Magnetschirm;

10 - Signalgenerator;

11 - Oszilloskop;

12 - Voltmeter.

Führen Sie Messungen für Siebe aus gewöhnlichem Qualitätsstahl, Permalloy, Aluminium, Kupfer und Messing durch.

Erstellen Sie auf der Grundlage der Messergebnisse Abschirmwirkungskurven für verschiedene Materialien gemäß der Art von Abb. 4. Analysieren Sie die Ergebnisse des Experiments. Vergleichen Sie die Ergebnisse des Experiments mit Referenzdaten und ziehen Sie Schlussfolgerungen.

Bestimmen Sie experimentell den Einfluss der Wandstärke des Siebes (Glases) auf die Siebeffizienz.

Für Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität (Stahl, Permalloy) sollte der Versuch in einem elektromagnetischen Feld mit Frequenzen von 100 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 5000 Hz, 10000 Hz gemäß dem für Siebe mit unterschiedlichen Wandstärken beschriebenen Verfahren durchgeführt werden .

Für Materialien mit elektrischer Leitfähigkeit (Kupfer, Aluminium) wird der Versuch bei Frequenzen von 100 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 5000 Hz, 10000 Hz nach der beschriebenen Methode durchgeführt.

Analysieren Sie die Ergebnisse des Experiments. Vergleichen Sie die Ergebnisse des Experiments mit den in Tabelle 1 angegebenen Daten. Schlussfolgerungen

LITERATUR

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2. Geräte entwerfen. In 2 Büchern. / Ed. W. Krause; Pro. mit ihm. V.N. Paljanow; Ed. VON. Tischtschenko. - Prinz. 1-M.: Mashinostroenie, 1987.

3. Materialien im Instrumentenbau und in der Automatisierung: Handbuch / unter. Hrsg. Yu.M. Pjatina. - 2. Aufl. Überarbeitet Und noch mehr. - M.: Mashinostroenie, 1982.

4. Obergan A.N. Design und Technologie von Messgeräten. Lernprogramm. - Tomsk, Rotaprint TPI. 1987. - 95er Jahre.

5. Govorkov V.A. Elektrische und magnetische Felder. - M. Svyazizdat, 1968.

6. Generator für Sinussignale G6-26. Technische Beschreibung und Bedienungsanleitung. 1980 - 88er.

7. Oszilloskop S1-64. Technische Beschreibung und Bedienungsanleitung.

Lehrhilfe

Zusammengestellt von: Gormakov A. N., Martemyanov V. M.

Computersatz und Layout Ivanova V.S.