Blindaje de campo magnético de imán permanente, blindaje de campo magnético alterno

Para reducir la intensidad del campo magnético de un imán permanente o un campo magnético alterno de baja frecuencia con corrientes alternas en una determinada región del espacio, utilice blindaje magnético… En comparación con un campo eléctrico, que es bastante fácil de proteger con la aplicación células de Faraday, el campo magnético no se puede apantallar por completo, solo se puede debilitar hasta cierto punto en un lugar determinado.

En la práctica, con fines de investigación científica, en medicina, en geología, en algunos campos técnicos relacionados con el espacio y la energía nuclear, a menudo se protegen campos magnéticos muy débiles, inducción que rara vez supera 1 nT.

Estamos hablando tanto de campos magnéticos permanentes como de campos magnéticos variables en un amplio rango de frecuencias. La inducción del campo magnético de la Tierra, por ejemplo, no supera los 50 μT en promedio; dicho campo, junto con el ruido de alta frecuencia, es más fácil de atenuar mediante un blindaje magnético.

Cuando se trata de proteger campos magnéticos dispersos en electrónica de potencia e ingeniería eléctrica (imanes permanentes, transformadores, circuitos de alta corriente), a menudo es suficiente simplemente localizar una parte significativa del campo magnético en lugar de tratar de eliminarlo por completo. escudo ferromagnético — para apantallar campos magnéticos permanentes y de baja frecuencia

La primera y más fácil manera de proteger el campo magnético es el uso de un escudo ferromagnético (cuerpo) en forma de cilindro, lámina o esfera. El material de tal caparazón debe tener alta permeabilidad magnética y fuerza coercitiva baja.

Cuando dicho escudo se coloca en un campo magnético externo, la inducción magnética en el ferroimán del propio escudo resulta ser más fuerte que dentro del área protegida, donde la inducción será correspondientemente menor.

Consideremos un ejemplo de una pantalla en forma de cilindro hueco.

La figura muestra que las líneas de inducción del campo magnético externo que penetran en la pared de la pantalla ferromagnética están engrosadas en su interior y directamente en la cavidad del cilindro, por lo que las líneas de inducción estarán más enrarecidas. Es decir, el campo magnético dentro del cilindro seguirá siendo mínimo. Para el rendimiento de alta calidad del efecto requerido, se utilizan materiales ferromagnéticos con alta permeabilidad magnética, como permaloide o mu-metal.

Por cierto, simplemente engrosar la pared de la pantalla no es la mejor manera de mejorar su calidad.Mucho más efectivos son los blindajes ferromagnéticos multicapa con espacios entre las capas que componen el blindaje, donde el coeficiente de blindaje será igual al producto de los coeficientes de blindaje de las capas individuales; la calidad del blindaje de un blindaje multicapa será mejor que el efecto de una capa continua con espesor igual a la suma de las capas superiores.

Gracias a las pantallas ferromagnéticas multicapa, es posible crear salas magnéticamente blindadas para diversos estudios. Las capas exteriores de este tipo de pantallas están hechas en este caso de ferroimanes, que se saturan a valores elevados de inducción, mientras que sus capas interiores son de mu metal, permaloid, metglass, etc. — de ferroimanes que se saturan a valores más bajos de inducción magnética.

Escudo de cobre: ​​para proteger campos magnéticos alternos

Si es necesario proteger un campo magnético alterno, entonces se utilizan materiales con alta conductividad eléctrica, como Miel.

En este caso, el campo magnético externo cambiante inducirá corrientes de inducción en la pantalla conductora, que cubrirán el espacio del volumen protegido, y la dirección de los campos magnéticos de estas corrientes de inducción en la pantalla será opuesta al campo magnético externo. , cuya protección está así dispuesta. Por lo tanto, el campo magnético externo estará parcialmente compensado.

Además, cuanto mayor sea la frecuencia de las corrientes, mayor será el coeficiente de blindaje. En consecuencia, para frecuencias más bajas y más aún para campos magnéticos constantes, las pantallas ferromagnéticas son las más adecuadas.

El coeficiente de tamizado K, dependiendo de la frecuencia del campo magnético alterno f, el tamaño de la pantalla L, la conductividad del material del tamiz y su espesor d, se puede encontrar aproximadamente mediante la fórmula:

Aplicación de pantallas superconductoras

Como saben, un superconductor puede alejar completamente el campo magnético de sí mismo. Este fenómeno se conoce como efecto Meissner… De acuerdo a regla de Lenz, cualquier cambio en el campo magnético en el superconductor genera corrientes de inducción que, con sus campos magnéticos, compensan el cambio del campo magnético en el superconductor.

Si lo comparamos con un conductor ordinario, en un superconductor las corrientes de inducción no se debilitan y, por lo tanto, pueden ejercer un efecto magnético compensador durante un tiempo infinitamente (teóricamente) largo.

Las desventajas del método pueden ser su alto costo, la presencia de un campo magnético residual dentro de la pantalla que estaba allí antes de la transición del material a un estado superconductor, así como la sensibilidad del superconductor a la temperatura. En este caso, la inducción magnética crítica para los superconductores puede alcanzar decenas de teslas.

Método de blindaje con compensación activa

Con el fin de reducir el campo magnético externo, se puede crear específicamente un campo magnético adicional igual en magnitud pero de dirección opuesta al campo magnético externo del que se va a proteger un área determinada.

Esto se logra mediante la implementación bobinas de compensación especiales (bobinas de Helmholtz) — un par de bobinas portadoras de corriente idénticas dispuestas coaxialmente que están separadas por una distancia del radio de la bobina. Se obtiene un campo magnético bastante uniforme entre tales bobinas.

Para lograr la compensación del volumen total de un área determinada, necesita al menos seis bobinas de este tipo (tres pares), que se colocan de acuerdo con una tarea específica.

Las aplicaciones típicas de un sistema de compensación de este tipo son la protección contra perturbaciones de baja frecuencia generadas por redes eléctricas (50 Hz), así como el blindaje del campo magnético terrestre.

Normalmente, los sistemas de este tipo funcionan junto con sensores de campo magnético. A diferencia de los escudos magnéticos, que reducen el campo magnético junto con el ruido en todo el volumen delimitado por el escudo, la protección activa mediante bobinas de compensación permite eliminar las perturbaciones magnéticas solo en el área local a la que está sintonizado.

Independientemente del diseño del sistema de interferencias antimagnéticas, cada uno de ellos necesita protección antivibraciones, ya que las vibraciones de la pantalla y del sensor contribuyen a la generación de interferencias magnéticas adicionales de la propia pantalla vibratoria.