Magneettikentän suojauksen periaatteet. Suojaus jatkuvia sähkö- ja magneettikenttiä vastaan

Kuinka voit saada kaksi vierekkäistä magneettia tuntemaan toistensa läsnäoloa? Mitä materiaalia niiden väliin tulisi sijoittaa, jotta yhden magneetin magneettikenttäviivat eivät ulotu toiseen magneetiin?

Tämä kysymys ei ole niin triviaali kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Meidän on todella eristettävä kaksi magneettia. Toisin sanoen, jotta näitä kahta magneettia voidaan pyörittää eri tavalla ja siirtää eri tavalla toistensa suhteen ja kuitenkin niin, että jokainen näistä magneeteista käyttäytyy ikään kuin toista magneettia ei olisi lähellä. Siksi mitkään temput, joissa kolmas magneetti tai ferromagneetti asetetaan lähelle magneettikenttien erityisen konfiguraation luomiseksi kompensoimalla kaikki magneettikentät jossakin tietyssä kohdassa, eivät toimi periaatteessa.

Diamagneettinen???

Joskus he ajattelevat virheellisesti, että tällainen magneettikentän eriste voi toimia diamagneettinen. Mutta tämä ei ole totta. Diamagneettinen materiaali itse asiassa heikentää magneettikenttää. Mutta se heikentää magneettikenttää vain itse diamagneettisen paksuudessa, diamagneettisen sisällä. Tästä johtuen monet ihmiset ajattelevat virheellisesti, että jos toinen tai molemmat magneetit upotetaan diamagneettiseen materiaaliin, niiden vetovoima tai hylkiminen heikkenee.

Mutta tämä ei ole ratkaisu ongelmaan. Ensinnäkin yhden magneetin kenttäviivat saavuttavat edelleen toisen magneetin, eli magneettikenttä vain pienenee diamagneettisen paksuudessa, mutta ei katoa kokonaan. Toiseksi, jos magneetit ovat jääneet diamagneettisen materiaalin paksuuteen, emme voi siirtää tai pyörittää niitä suhteessa toisiinsa.

Ja jos teet vain litteän näytön diamagneettisesta materiaalista, tämä näyttö lähettää magneettikentän läpi itsensä. Lisäksi tämän näytön takana magneettikenttä on täsmälleen sama kuin jos tätä diamagneettista näyttöä ei olisi ollenkaan.

Tämä viittaa siihen, että edes diamagneettiseen materiaaliin upotetut magneetit eivät koe toistensa magneettikentän heikkenemistä. Itse asiassa, missä seinämäinen magneetti sijaitsee, tämän magneetin tilavuudessa ei yksinkertaisesti ole diamagneettista materiaalia. Ja koska seinämäisen magneetin sijaintipaikassa ei ole diamagneettista materiaalia, se tarkoittaa, että molemmat seinämäiset magneetit ovat itse asiassa vuorovaikutuksessa toistensa kanssa täsmälleen samalla tavalla kuin jos niitä ei olisi seinätetty diamagneettiseen materiaaliin. Näiden magneettien ympärillä oleva diamagneettinen materiaali on yhtä hyödytöntä kuin magneettien välinen litteä diamagneettinen suoja.

Ihanteellinen diamagneettinen

Tarvitsemme materiaalia, joka ei päästä magneettikenttälinjoja kulkemaan itsensä läpi ollenkaan. On välttämätöntä, että magneettikenttäviivat työnnetään ulos tällaisesta materiaalista. Jos magneettikenttäviivat kulkevat materiaalin läpi, tällaisesta materiaalista tehdyn näytön takana ne palauttavat kokonaan kaiken voimansa. Tämä seuraa magneettivuon säilymisen laista.

Diamagneettisessa materiaalissa ulkoisen magneettikentän heikkeneminen tapahtuu indusoidun sisäisen magneettikentän vuoksi. Tämä indusoitu magneettikenttä syntyy pyöreät virrat elektroneja atomien sisällä. Kun ulkoinen magneettikenttä kytketään päälle, atomien elektronien pitäisi alkaa liikkua sähkölinjat ulkoinen magneettikenttä. Tämä elektronien indusoitu ympyräliike atomeissa luo ylimääräisen magneettikentän, joka on aina suunnattu ulkoista magneettikenttää vastaan. Siksi kokonaismagneettikenttä diamagneettisen sisällä tulee pienemmäksi kuin sen ulkopuolella.

Mutta ulkoisen kentän täydellistä kompensointia indusoidun sisäisen kentän vuoksi ei tapahdu. Diamagneettisissa atomeissa ei ole tarpeeksi ympyrävirtaa luomaan täsmälleen saman magneettikentän kuin ulkoinen magneettikenttä. Siksi ulkoisen magneettikentän voimalinjat pysyvät diamagneettisen materiaalin paksuudessa. Ulkoinen magneettikenttä ikään kuin "lävistää" diamagneettisen materiaalin läpi ja läpi.

Ainoa materiaali, joka työntää magneettikenttäviivat itsestään, on suprajohde. Suprajohteessa ulkoinen magneettikenttä indusoi pyöreitä virtoja ulkoisten kenttälinjojen ympärille, jotka luovat vastakkaiseen suuntaan suunnatun magneettikentän, joka on täsmälleen yhtä suuri kuin ulkoinen magneettikenttä. Tässä mielessä suprajohde on ihanteellinen diamagneettinen.

Suprajohteen pinnalla magneettikentän voimakkuusvektori suuntautuu aina tätä pintaa pitkin, tangentiaalisesti suprajohtavan kappaleen pintaan nähden. Suprajohteen pinnalla magneettikenttävektorissa ei ole komponenttia, joka on suunnattu kohtisuoraan suprajohteen pintaan nähden. Siksi magneettikenttäviivat aina taipuvat minkä tahansa muotoisen suprajohtavan kappaleen ympärille.

Suprajohteen taivutus magneettikentällä

Mutta tämä ei tarkoita ollenkaan, että jos suprajohtava näyttö asetetaan kahden magneetin väliin, se ratkaisee ongelman. Tosiasia on, että magneetin magneettikenttäviivat menevät toiseen magneetiin ohittaen suprajohdenäytön. Siksi litteä suprajohtava näyttö vain heikentää magneettien vaikutusta toisiinsa.

Tämä kahden magneetin välisen vuorovaikutuksen heikkeneminen riippuu siitä, kuinka paljon magneetteja toisiinsa yhdistävän kenttäviivan pituus on kasvanut. Mitä pitempi yhdistävät kenttäviivat ovat, sitä vähemmän kahden magneetin vuorovaikutusta keskenään.

Tämä on täsmälleen sama vaikutus kuin jos lisäisit magneettien välistä etäisyyttä ilman suprajohtavaa näyttöä. Jos lisäät magneettien välistä etäisyyttä, myös magneettikenttäviivojen pituudet kasvavat.

Tämä tarkoittaa, että kahden suprajohtavan ruudun ohittavan magneettia yhdistävien voimalinjojen pituuksien lisäämiseksi on tarpeen kasvattaa tämän litteän näytön mittoja sekä pituuden että leveyden suhteen. Tämä johtaa ohitusvoimalinjojen pituuksien pidentämiseen. Ja mitä suuremmat litteän näytön mitat ovat magneettien väliseen etäisyyteen verrattuna, sitä vähemmän magneettien välistä vuorovaikutusta tulee.

Magneettien välinen vuorovaikutus katoaa kokonaan vasta, kun litteän suprajohtavan näytön molemmat mitat muuttuvat äärettömiksi. Tämä on analogia tilanteesta, jossa magneetit erotettiin äärettömän suurelle etäisyydelle ja siksi niitä yhdistävien magneettikenttälinjojen pituudesta tuli ääretön.

Teoriassa tämä tietysti ratkaisee ongelman täysin. Mutta käytännössä emme voi tehdä suprajohtavaa litteää näyttöä, jonka mitat ovat äärettömät. Haluaisin sellaisen ratkaisun, joka voidaan toteuttaa käytännössä laboratoriossa tai tuotannossa. (Noin elinolot ei ole enää kysymystä, koska suprajohteen valmistaminen jokapäiväisessä elämässä on mahdotonta.)

Avaruuden jako suprajohteen avulla

Muuten litteä näyttö on loputon suuret koot voidaan tulkita koko kolmiulotteisen avaruuden jakamiseksi kahteen osaan, jotka eivät ole yhteydessä toisiinsa. Mutta se ei ole vain äärettömän kokoinen litteä näyttö, joka voi jakaa tilan kahteen osaan. Mikä tahansa suljettu pinta jakaa myös tilan kahteen osaan, suljetun pinnan sisällä olevaan tilavuuteen ja suljetun pinnan ulkopuoliseen tilavuuteen. Esimerkiksi mikä tahansa pallo jakaa tilan kahteen osaan: palloon pallon sisällä ja kaikkeen sen ulkopuolella.

Siksi suprajohtava pallo on ihanteellinen magneettikentän eriste. Jos sijoitat magneetin sellaiseen suprajohtavaan palloon, mikään instrumentti ei voi koskaan havaita, onko tämän pallon sisällä magneetti vai ei.

Ja päinvastoin, jos sinut asetetaan tällaisen pallon sisään, ulkoiset magneettikentät eivät vaikuta sinuun. Esimerkiksi Maan magneettikenttää ei voida havaita tällaisen suprajohtavan pallon sisällä millään instrumentilla. Tällaisen suprajohtavan pallon sisällä on mahdollista havaita vain magneettikenttä niistä magneeteista, jotka myös sijaitsevat tämän pallon sisällä.

Näin ollen, jotta kaksi magneettia ei olisi vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, toinen näistä magneeteista on sijoitettava suprajohtavan pallon sisään ja toinen on jätettävä ulkopuolelle. Sitten ensimmäisen magneetin magneettikenttä keskittyy täysin pallon sisään eikä ylitä tämän pallon rajoja. Siksi toinen magneetti ei tunne ensimmäisen läsnäoloa. Samoin toisen magneetin magneettikenttä ei pysty tunkeutumaan suprajohtavan pallon sisään. Ja siksi ensimmäinen magneetti ei havaitse toisen magneetin läheistä läsnäoloa.

Lopuksi voimme pyörittää ja siirtää molempia magneetteja toistensa suhteen haluamallamme tavalla. Totta, ensimmäisen magneetin liikkeitä rajoittaa suprajohtavan pallon säde. Mutta siltä se vain näyttää. Itse asiassa kahden magneetin vuorovaikutus riippuu vain niiden suhteellisesta sijainnista ja niiden pyörimisestä vastaavan magneetin painopisteen ympärillä. Siksi riittää, että ensimmäisen magneetin painopiste asetetaan pallon keskelle ja koordinaattien origo asetetaan sinne pallon keskelle. Vain kaikki määrittävät kaikki mahdolliset magneettien sijainnin vaihtoehdot mahdollisia vaihtoehtoja toisen magneetin sijainti suhteessa ensimmäiseen magneetiin ja niiden pyörimiskulmat niiden massakeskipisteiden ympärillä.

Tietysti pallon sijaan voit ottaa minkä tahansa muun pintamuodon, esimerkiksi ellipsoidin tai laatikon muotoisen pinnan jne. Jos se vain jakaisi tilan kahteen osaan. Eli tässä pinnassa ei saa olla reikää, jonka läpi voi tunkeutua voimajohto, joka yhdistää sisäiset ja ulkoiset magneetit.

Suojatoimenpiteitä MF:n vaikutuksia vastaan ​​ovat pääasiassa suojaus ja "aikasuojaus". Seinäkkeiden tulee olla suljettuja ja valmistettu pehmeistä magneettisista materiaaleista. Joissakin tapauksissa riittää, että työntekijä poistetaan MF:n vaikutusalueelta, koska kun PMF- ja PeMF-lähde poistetaan, niiden arvot laskevat nopeasti.

Henkilökohtaisena suojana magneettikenttien toimintaa vastaan ​​voit käyttää erilaisia ​​kaukosäätimiä, puisia pihtejä ja muita etäkäyttöisiä manipulaattoreita. Joissakin tapauksissa voidaan käyttää erilaisia ​​estolaitteita estämään henkilöstöä olemasta magneettikentissä, joiden induktiotasot ovat suositeltuja arvoja korkeammat.

Tärkein suojatoimenpide on varotoimi:

On välttämätöntä välttää pitkittynyttä oleskelua (säännöllisesti useita tunteja päivässä) paikoissa korkeampi taso teollisuuden taajuus magneettikenttä;

Yöleposänky tulee pitää mahdollisimman kaukana pitkäaikaisen altistuksen lähteistä; etäisyyden jakelukaappiin ja virtakaapeleihin tulee olla 2,5 - 3 metriä;

Jos huoneessa tai sen vieressä on tuntemattomia kaapeleita, jakelukaappeja, muuntaja-asemia, poisto tulee tehdä mahdollisimman paljon, optimaalisesti mitata taso elektromagneettinen säteily ennen sellaisissa tiloissa asumista;

Kun asennat sähkölämmitteisiä lattioita, valitse järjestelmät alennettu taso magneettikenttä.

Suojatoimenpiteiden rakenne magneettikenttiä vastaan

Bibliografia:

Dovbysh V. N., Maslov M. Yu., Sdobaev Yu. M. Energiajärjestelmien elementtien sähkömagneettinen turvallisuus. 2009.

Kudryashov Yu.B., Perov Yu.F. Rubin A.B. Säteilyn biofysiikka: radiotaajuus- ja mikroaaltomagneettinen säteily. Oppikirja yliopistoille. - M.: FIZMATLIT, 2008.

Verkkosivusto http://ru.wikipedia.org

SanPiN 2.1.8/2.2.4.2490-09. Sähkömagneettiset kentät teollisissa olosuhteissa Johdanto. 2009–05–15. M.: Publishing House of Standards, 2009.

SanPiN 2.2.2.542–96 "Videonäyttöpäätteiden, henkilökohtaisten elektronisten tietokoneiden ja työn organisoinnin hygieniavaatimukset"

Apollonsky, S. M. Teknisten laitteiden ja ihmisten sähkömagneettinen turvallisuus. Venäjän opetus- ja tiedeministeriö. Liitot, osavaltio koulutus korkeakoulu prof. Koulutus "Northern-West State Extramural Technical University". Pietari: Luoteistekniikan yliopiston kustantamo, 2011

Magneettikenttien suojaus voidaan tehdä kahdella tavalla:

Suojaus ferromagneettisilla materiaaleilla.

Suojaus pyörrevirroilla.

Ensimmäistä menetelmää käytetään yleensä suojattaessa vakiotaajuusalueita ja matalataajuisia kenttiä. Toinen menetelmä tarjoaa merkittävän tehokkuuden suurtaajuisten MP:iden suojauksessa. Pintavaikutuksesta johtuen pyörrevirtojen tiheys ja vaihtuvan magneettikentän intensiteetti pienenee eksponentiaalisesti mentäessä syvemmälle metalliin:

Kentän ja virran pienenemisen mitta, jota kutsutaan ekvivalentiksi tunkeutumissyvyydeksi.

Mitä pienempi tunkeutumissyvyys, sitä suurempi virta virtaa näytön pintakerroksissa, sitä suurempi on sen luoma käänteinen MF, joka syrjäyttää häiriölähteen ulkoisen kentän näytön miehittämästä tilasta. Jos näyttö on valmistettu ei-magneettisesta materiaalista, suojausvaikutus riippuu vain materiaalin johtavuudesta ja suojakentän taajuudesta. Jos näyttö on valmistettu ferromagneettisesta materiaalista, ulkoinen kenttä indusoi siihen suuren e:n, jos muut asiat ovat samat. d.s. magneettikenttälinjojen suuremman pitoisuuden vuoksi. Samalla materiaalin ominaisjohtavuudella pyörrevirrat, mikä johtaa pienempään tunkeutumissyvyyteen ja parempaan suojausvaikutukseen.

Näytön paksuutta ja materiaalia valittaessa ei tule lähteä materiaalin sähköisistä ominaisuuksista, vaan huomioida mekaaninen lujuus, paino, jäykkyys, korroosionkestävyys, yksittäisten osien liittämisen helppous ja siirtymäkosketukset niiden välillä. pieni vastus, helppo juottaa, hitsata jne.

Taulukon tiedoista käy selvästi ilmi, että yli 10 MHz:n taajuuksilla kupari- ja erityisesti hopeakalvot, joiden paksuus on noin 0,1 mm, tarjoavat merkittävän suojausvaikutuksen. Siksi yli 10 MHz:n taajuuksilla on melko hyväksyttävää käyttää folio getinaxista tai lasikuidusta valmistettuja näyttöjä. Korkeilla taajuuksilla teräs tarjoaa paremman suojausvaikutuksen kuin ei-magneettiset metallit. On kuitenkin syytä ottaa huomioon, että tällaiset näytöt voivat aiheuttaa merkittäviä häviöitä suojattuihin piireihin suuren resistiivisyyden ja hystereesiilmiön vuoksi. Siksi tällaiset näytöt ovat käyttökelpoisia vain tapauksissa, joissa välityshäviöt voidaan jättää huomiotta. Lisäksi suojauksen tehokkuuden parantamiseksi näytöllä on oltava pienempi magneettinen vastus kuin ilmalla, jolloin magneettikenttäviivat pyrkivät kulkemaan näytön seiniä pitkin ja tunkeutumaan vähemmän näytön ulkopuoliseen tilaan. Tällainen näyttö soveltuu yhtä hyvin suojaamaan magneettikentän vaikutukselta kuin suojaamaan ulkotilaa näytön sisällä olevan lähteen aiheuttamalta magneettikentän vaikutukselta.

On olemassa monia teräs- ja permalloylaatuja, joilla on erilaiset magneettisen permeabiliteetin arvot, joten tunkeutumissyvyys on laskettava jokaiselle materiaalille. Laskenta tehdään likimääräisellä yhtälöllä:

1) Suojaus ulkoiselta magneettikentältä

Ulkoisen magneettikentän magneettikenttäviivat (häiriömagneettikentän induktiolinjat) kulkevat pääasiassa näytön seinämien paksuuden läpi, jolla on alhainen magneettinen resistanssi verrattuna näytön sisällä olevan tilan resistanssiin. Tämän seurauksena ulkoinen magneettikenttä ei vaikuta sähköpiirin toimintatilaan.

2) Oman magneettikentän suojaaminen

Tällaista suojausta käytetään, jos tehtävänä on suojata ulkoisia sähköpiirejä magneettikentän vaikutuksilta, virran synnyttämä kelat. Induktanssi L, eli kun induktanssin L aiheuttama häiriö on käytännössä lokalisoitava, tämä ongelma ratkaistaan ​​käyttämällä magneettisuojaa, kuten kuvassa on kaaviomaisesti esitetty. Täällä lähes kaikki induktorikelan kenttälinjat suljetaan näytön seinien paksuuden läpi, ylittämättä niitä, koska näytön magneettinen vastus on paljon pienempi kuin ympäröivän tilan vastus.

3) Kaksoisnäyttö

Kaksoismagneettisessa näytössä voidaan kuvitella, että osa magneettisista voimalinjoista, jotka ulottuvat yhden seulan seinämien paksuuden yli, sulkeutuvat toisen näytön seinämien paksuuden läpi. Samalla tavalla voidaan kuvitella kaksinkertaisen magneettisen näytön toiminnan lokalisoitaessa ensimmäisen (sisäisen) näytön sisällä olevan sähköpiirin elementin aiheuttamaa magneettista häiriötä: suurin osa magneettikenttäviivoista (magneettiset sirontaviivat) sulkeutuu. ulkoseinän seinien läpi. Tietysti kaksoisseinämissä seinämän paksuudet ja niiden välinen etäisyys on valittava järkevästi.

Kokonaissuojauskerroin saavuttaa suurimman suuruutensa tapauksissa, joissa seinien paksuus ja seulojen välinen rako kasvavat suhteessa etäisyyteen näytön keskustasta ja raon arvo on seinämän paksuuksien geometrinen keskiarvo. viereiset näytöt. Tässä tapauksessa suojauskerroin on:

L = 20 lg (H/Ne)

Tämän suosituksen mukaisten kaksoisverkkojen valmistaminen on teknisistä syistä käytännössä vaikeaa. On paljon tarkoituksenmukaisempaa valita suojusten ilmaraon vieressä olevien kuorien välinen etäisyys, joka on suurempi kuin ensimmäisen seulan paksuus, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin ensimmäisen seulan pinon ja suojatun piirin reunan välinen etäisyys. elementti (esimerkiksi kela). Magneettisuojan seinämien paksuuden valintaa ei voida tehdä yksiselitteiseksi. Järkevä seinämän paksuus määritetään. näytön materiaali, häiriötaajuus ja määritetty suojauskerroin. On hyödyllistä ottaa huomioon seuraava.

1. Häiriöiden taajuuden kasvaessa (häiriön vaihtuvan magneettikentän taajuus) materiaalien magneettinen permeabiliteetti pienenee ja aiheuttaa näiden materiaalien suojausominaisuuksien heikkenemistä, koska magneettisen permeabiliteetin pienentyessä magneettivuon vastus näytön tarjoama kasvaa. Pääsääntöisesti magneettisen permeabiliteetin väheneminen taajuuden kasvaessa on voimakkainta niillä magneettisilla materiaaleilla, joilla on suurin alkuperäinen magneettinen permeabiliteetti. Esimerkiksi sähköteräslevy, jolla on alhainen magneettinen permeabiliteetti, muuttaa vain vähän jx:n arvoa taajuuden kasvaessa, ja permalloy, jolla on suuret magneettisen läpäisevyyden alkuarvot, on erittäin herkkä magneettikentän taajuuden kasvulle. ; sen magneettinen permeabiliteetti laskee jyrkästi taajuuden myötä.

2. Magneettisissa materiaaleissa, jotka altistetaan suurtaajuisille magneettikentän häiriöille, ilmenee selvästi pintavaikutus, eli magneettivuon siirtyminen näytön seinämien pintaan, mikä aiheuttaa näytön magneettisen vastuksen kasvun. Tällaisissa olosuhteissa näyttää melkein hyödyttömältä lisätä näytön seinämien paksuutta yli magneettivuon tietyllä taajuudella. Tämä johtopäätös on virheellinen, koska seinämän paksuuden kasvu johtaa näytön magneettisen vastuksen pienenemiseen jopa pintailmiön läsnä ollessa. Tässä tapauksessa magneettisen permeabiliteetin muutos tulee ottaa samalla huomioon. Koska pintavaikutuksen ilmiö magneettisissa materiaaleissa alkaa yleensä vaikuttaa itseensä selvemmin kuin magneettisen läpäisevyyden heikkeneminen matalataajuisella alueella, molempien tekijöiden vaikutus näytön seinämän paksuuden valintaan on erilainen eri taajuusalueilla. magneettinen häiriö. Suojausominaisuuksien heikkeneminen häiriötaajuuden kasvaessa on pääsääntöisesti selvempää näytöissä, jotka on valmistettu materiaaleista, joilla on korkea alkuperäinen magneettinen permeabiliteetti. Edellä mainitut magneettisten materiaalien ominaisuudet antavat pohjan suosituksille magneettisuojan materiaalien ja seinämän paksuuden valinnassa. Nämä suositukset voidaan tiivistää seuraavasti:

A) Tavallisesta sähkö- (muuntaja)teräksestä valmistettuja suojuksia, joilla on alhainen magneettinen permeabiliteetti, voidaan tarvittaessa käyttää varmistamaan alhaiset suojauskertoimet (Ke 10); tällaiset näytöt tarjoavat lähes vakion suojauskertoimen melko laajalla taajuuskaistalla, useisiin kymmeniin kilohertseihin asti; tällaisten näyttöjen paksuus riippuu häiriön taajuudesta, ja mitä pienempi taajuus, sitä suurempi on näytön paksuus; esimerkiksi magneettisen häiriökentän taajuudella 50-100 Hz näytön seinämien paksuuden tulisi olla noin 2 mm; jos suojauskertoimen lisäystä tai suurempaa seulan paksuutta tarvitaan, on suositeltavaa käyttää useita pienempiä suojakerroksia (kaksois- tai kolminkertaisia ​​suojakerroksia);

B) On suositeltavaa käyttää magneettisista materiaaleista valmistettuja näyttöjä, joilla on korkea alkuläpäisevyys (esim. permalloy), jos on tarpeen varmistaa suuri suojauskerroin (Ke > 10) suhteellisen kapealla taajuuskaistalla, eikä ole suositeltavaa valita kunkin magneettisen näytön kuoren paksuus yli 0,3-0,4 mm; tällaisten näyttöjen suojavaikutus alkaa heikentyä huomattavasti useiden satojen tai tuhansien hertsien taajuuksilla riippuen näiden materiaalien alkuperäisestä läpäisevyydestä.

Kaikki yllä sanottu magneettisuojista pätee heikoille magneettisille häiriökentille. Jos näyttö sijaitsee lähellä voimakkaita häiriölähteitä ja siinä syntyy magneettivuuksia, joilla on korkea magneettinen induktio, niin, kuten tiedetään, on otettava huomioon magneettisen dynaamisen permeabiliteetin muutos induktiosta riippuen; On myös tarpeen ottaa huomioon näytön paksuuden häviöt. Käytännössä sellaisia ​​voimakkaita magneettisten häiriökenttien lähteitä, joissa pitäisi ottaa huomioon niiden vaikutus ruutuihin, ei tapahdu, lukuun ottamatta joitain erikoistapauksia, joissa ei ole mahdollista radioamatööritoimintaa ja normaaleja toimintaolosuhteita laajasti. käytettyjä radiolaitteita.

Testata

1. Magneettisuojausta käytettäessä näytön tulee:
1) Niillä on vähemmän magneettista vastusta kuin ilmalla
2) omistaa yhtä kuin ilma magneettinen vastus
3) niillä on suurempi magneettivastus kuin ilmalla

2. Kun suojataan magneettikenttää Suojan maadoitus:
1) Ei vaikuta suojauksen tehokkuuteen
2) Lisää tehokkuutta magneettinen suojaus
3) Vähentää magneettisuojauksen tehokkuutta

3. Matalilla taajuuksilla (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Näytön paksuus, b) Materiaalin magneettinen läpäisevyys, c) Etäisyys näytön ja muiden magneettipiirien välillä.
1) Vain a ja b ovat oikein
2) Vain b ja c ovat tosia
3) Vain a ja c ovat tosia
4) Kaikki vaihtoehdot ovat oikein

4. Magneettinen suojaus matalilla taajuuksilla:
1) Kupari
2) Alumiini
3) Permalloy.

5. Magneettinen suojaus korkeilla taajuuksilla:
1) rautaa
2) Permalloy
3) Kupari

6. Korkeilla taajuuksilla (>100 kHz) magneettisuojauksen tehokkuus ei riipu:
1) Näytön paksuus

2) Materiaalin magneettinen läpäisevyys
3) Näytön ja muiden magneettipiirien väliset etäisyydet.

Käytetty kirjallisuus:

2. Semenenko, V. A. Tietoturva/ V. A. Semenenko - Moskova, 2008

3. Yarochkin, V. I. Tietoturva / V. I. Yarochkin - Moskova, 2000.

4. Demirchan, K.S. Teoreettinen perusta sähkötekniikka Osa III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.

Magneettikentän suojauksen periaatteet

Magneettikentän suojaamiseen käytetään kahta menetelmää:

Ohitusmenetelmä;

Näytön magneettikenttämenetelmä.

Tarkastellaanpa kutakin näistä menetelmistä tarkemmin.

Menetelmä magneettikentän ohittamiseksi näytöllä.

Menetelmää, jossa magneettikenttä ohitetaan näytöllä, käytetään suojaamaan jatkuvaa ja hitaasti muuttuvaa vaihtuvaa magneettikenttää vastaan. Suodattimet on valmistettu ferromagneettisista materiaaleista, joilla on korkea suhteellinen magneettinen tunkeutuminen (teräs, permalloy). Jos on näyttö, magneettisen induktion viivat kulkevat pääosin sen seiniä pitkin (Kuva 8.15), joilla on alhainen magneettivastus verrattuna näytön sisällä olevaan ilmatilaan. Suojauksen laatu riippuu suojuksen magneettisesta läpäisevyydestä ja magneettipiirin resistanssista, ts. Mitä paksumpi näyttö ja mitä vähemmän saumoja ja liitoksia kulkee magneettisten induktiolinjojen suunnassa, sitä suurempi suojaustehokkuus on.

Menetelmä magneettikentän siirtämiseksi näytöllä.

Menetelmää, jossa magneettikenttä siirretään näytöllä, käytetään vaihtelevien suurtaajuisten magneettikenttien seulomiseen. Tässä tapauksessa käytetään ei-magneettisista metalleista valmistettuja näyttöjä. Suojaus perustuu induktioilmiöön. Tässä induktioilmiö on hyödyllinen.

Asetetaan kuparinen sylinteri tasaisen vaihtuvan magneettikentän reitille (kuva 8.16a). Siinä viritetään muuttuvia ED:itä, jotka puolestaan ​​​​muodostavat vuorottelevia induktiivisia pyörrevirtoja (Foucault-virtoja). Näiden virtojen magneettikenttä (kuva 8.16b) suljetaan; sylinterin sisällä se ohjataan jännittävää kenttää kohti ja sen ulkopuolella - samaan suuntaan kuin jännittävä kenttä. Tuloksena oleva kenttä (kuva 8.16, c) osoittautuu heikentyneeksi sylinterin lähellä ja vahvistuneeksi sen ulkopuolella, ts. kenttä siirtyy sylinterin käyttämästä tilasta, mikä on sen suojavaikutus, joka on tehokkaampi mitä pienempi sähköinen vastus sylinteri, ts. mitä suurempia sen läpi virtaavia pyörrevirtoja.

Pintailmiön ("ihoilmiö") ansiosta pyörrevirtojen tiheys ja vaihtuvan magneettikentän intensiteetti pienenee eksponentiaalisesti mentäessä syvemmälle metalliin

, (8.5)

Missä (8.6)

– kentän ja virran vähenemisen indikaattori, jota kutsutaan vastaava tunkeutumissyvyys.

Tässä on materiaalin suhteellinen magneettinen permeabiliteetti;

– tyhjön magneettinen permeabiliteetti, 1,25*108 g*cm -1;

– materiaalin ominaisvastus, ohm*cm;

- taajuus Hz.

Vastaavan tunkeutumissyvyyden arvo on kätevä kuvaamaan pyörrevirtojen suojausvaikutusta. Mitä pienempi x0, sitä suuremman magneettikentän ne luovat, mikä syrjäyttää poimintalähteen ulkoisen kentän näytön miehittämästä tilasta.

Ei-magneettiselle materiaalille kaavassa (8.6) =1 suojausvaikutuksen määrää vain ja . Entä jos näyttö on valmistettu ferromagneettisesta materiaalista?

Jos ne ovat yhtä suuret, vaikutus on parempi, koska >1 (50...100) ja x 0 ovat pienempiä.

Joten x 0 on pyörrevirtojen suojausvaikutuksen kriteeri. On mielenkiintoista arvioida, kuinka monta kertaa virrantiheys ja magneettikentän voimakkuus pienenevät syvyydellä x 0 verrattuna siihen, mitä ne ovat pinnalla. Tätä varten korvaamme kaavan (8.5) x = x 0

josta voidaan nähdä, että x 0 syvyydessä virrantiheys ja magneettikentän voimakkuus putoavat e kertaa, ts. arvoon 1/2,72, joka on 0,37 pinnan tiheydestä ja jännityksestä. Koska kentän heikkeneminen on vain 2,72 kertaa syvyydessä x 0 ei riitä luonnehtimaan suojamateriaalia, käytä sitten kahta muuta tunkeutumissyvyyden x 0,1 ja x 0,01 arvoa, jotka kuvaavat virrantiheyden ja kenttäjännitteen pudotusta 10- ja 100-kertaisesti niiden pinnalla olevista arvoista.

Ilmaistaan ​​arvot x 0.1 ja x 0.01 arvon x 0 kautta, tätä varten luomme lausekkeen (8.5) perusteella yhtälön

JA ,

kun olemme päättäneet kumman saamme

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3 x 0; (8.7)

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

Eri suojamateriaalien kaavojen (8.6) ja (8.7) perusteella kirjallisuudessa on annettu tunkeutumissyvyyden arvot. Selvyyden vuoksi esitämme samat tiedot taulukon 8.1 muodossa.

Taulukosta käy ilmi, että kaikilla korkeilla taajuuksilla, keskiaaltoalueelta alkaen, mistä tahansa metallista valmistettu näyttö, jonka paksuus on 0,5...1,5 mm, on erittäin tehokas. Näytön paksuutta ja materiaalia valittaessa ei pidä lähteä materiaalin sähköisistä ominaisuuksista, vaan ohjata niitä mekaanisen lujuuden, jäykkyyden, korroosionkestävyyden, yksittäisten osien liittämisen ja niiden välisten alhaisten siirtymäkoskettimien helppouden, juottamisen, hitsauksen jne. mukavuuden huomioon ottaminen.

Taulukon tiedoista käy ilmi, että yli 10 MHz:n taajuuksilla kuparikalvo ja vielä enemmän hopeakalvo, jonka paksuus on alle 0,1 mm, antaa merkittävän suojavaikutuksen. Siksi yli 10 MHz:n taajuuksilla on melko hyväksyttävää käyttää folio getinaxista tai muusta eristävästä materiaalista valmistettuja seuloja, joissa on kupari- tai hopeapinnoite.

Terästä voidaan käyttää suojana, mutta sinun on muistettava, että korkean resistiivisyyden ja hystereesiilmiön vuoksi teräsverkko voi aiheuttaa merkittäviä häviöitä suojapiireihin.

Suodatus

Suodatus on tärkein keino vaimentaa tasa- ja vaihtovirran ES:n tehonsyöttö- ja kytkentäpiireihin syntyviä rakenteellisia häiriöitä. Tätä tarkoitusta varten suunnitellut häiriösuodattimet mahdollistavat johtuvien häiriöiden vähentämisen sekä ulkoisista että ulkoisista lähteistä. sisäiset lähteet. Suodatuksen tehokkuus määräytyy suodattimen tuottaman vaimennuksen mukaan:

dB,

Suodattimelle asetetaan seuraavat perusvaatimukset:

Varmistetaan määrätty hyötysuhde S vaaditulla taajuusalueella (ottaen huomioon sähköpiirin sisäinen vastus ja kuormitus);

Suodattimen yli olevan tasa- tai vaihtojännitteen sallitun pudotuksen rajoitus suurimmalla kuormitusvirralla;

Varmistetaan hyväksyttävät epälineaariset syöttöjännitteen vääristymät, jotka määräävät suodattimen lineaarisuuden vaatimukset;

Suunnitteluvaatimukset - suojauksen tehokkuus, vähimmäismitat ja paino, mikä takaa normaalin lämpöjärjestelmä, mekaanisten ja ilmastollisten vaikutusten kestävyys, rakenteen valmistettavuus jne.;

Suodatinelementit on valittava ottaen huomioon sähköpiirin nimellisvirrat ja -jännitteet sekä niissä aiheuttamat jännite- ja virtapiikit, jotka johtuvat sähköjärjestelmän epävakaudesta ja transienttiprosesseista.

Kondensaattorit. Niitä käytetään itsenäisinä melunvaimennuselementteinä ja rinnakkaisina suodatinyksiköinä. Rakenteellisesti melunvaimennuskondensaattorit on jaettu:

Kaksinapainen tyyppi K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Tukityyppi KO, KO-E, KDO;

Ei-koaksiaalinen läpivientityyppi K73-21;

Koaksiaalinen läpivientityyppi KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Kondensaattori yksiköt;

Melunvaimennuskondensaattorin pääominaisuus on sen impedanssin riippuvuus taajuudesta. Häiriöiden vähentämiseksi taajuusalueella noin 10 MHz:iin asti voidaan käyttää kaksinapaisia ​​kondensaattoreita ottaen huomioon niiden johtojen lyhyt pituus. Referenssikkäytetään 30-50 MHz taajuuksille asti. Symmetrisiä päästökondensaattoreita käytetään kaksijohtimisessa piirissä 100 MHz:n luokkaa oleviin taajuuksiin asti. Päästyskondensaattorit toimivat laajalla taajuusalueella noin 1000 MHz asti.

Induktiiviset elementit. Niitä käytetään itsenäisinä kohinanvaimennuselementteinä ja kohinanvaimennussuodattimien peräkkäisinä linkkeinä. Rakenteellisesti yleisimmät kuristimet ovat erikoistyyppejä:

Ferromagneettisen ytimen kytkeminen päälle;

Kääntymätön.

Kohinanvaimennuskuristimen pääominaisuus on sen impedanssin riippuvuus taajuudesta. Matalilla taajuuksilla on suositeltavaa käyttää PP90- ja PP250-merkkisten magnetodielektrisiä ytimiä, jotka on valmistettu m-permalloysta. Häiriöiden vaimentamiseksi laitepiireissä, joiden virrat ovat enintään 3 A, on suositeltavaa käyttää DM-tyyppisiä HF-kuristimia ja korkeammille nimellisvirroille - D200-sarjan kuristimia.

Suodattimet. Tyypin B7, B14, B23 keraamiset läpimenosuodattimet on suunniteltu vaimentamaan häiriöitä tasa-, sykkivä- ja vaihtovirtapiireissä taajuusalueella 10 MHz - 10 GHz. Tällaisten suodattimien mallit on esitetty kuvassa 8.17

Suodattimien B7, B14, B23 aiheuttama vaimennus taajuusalueella 10..100 MHz kasvaa noin 20..30:sta 50..60 dB:iin ja yli 100 MHz:n taajuusalueella yli 50 dB.

B23B-tyypin keraamiset läpivientisuodattimet on rakennettu keraamisten levykondensaattoreiden ja kiertovapaiden ferromagneettisten kuristimien pohjalta (kuva 8.18).

Kääntymättömät kuristimet ovat putkimainen ferromagneettinen ydin, joka on valmistettu luokan 50 VCh-2 ferriitistä ja on asennettu läpivientiliittimeen. Induktorin induktanssi on 0,08…0,13 μH. Suodatinkotelo on valmistettu UV-61 keraamisesta materiaalista, jolla on korkea mekaaninen lujuus. Kotelo on metalloitu hopeakerroksella, jotta kondensaattorin ulkovaipan ja suodattimen kiinnittämiseen käytettävän maadoituskierreholkin välinen kosketusvastus on pieni. Kondensaattori juotetaan ulkokehää pitkin suodatinkoteloon ja sisäkehää pitkin läpivientiliittimeen. Suodattimen tiiviys varmistetaan täyttämällä kotelon päät seoksella.

B23B-suodattimet:

suodattimen nimelliskapasitanssit - 0,01 - 6,8 µF,

nimellisjännite 50 ja 250 V,

nimellisvirta jopa 20A,

mitat suodattaa:

L = 25 mm, D = 12 mm

B23B-suotimien tuoma vaimennus taajuusalueella 10 kHz - 10 MHz kasvaa noin 30..50 - 60..70 dB ja yli 10 MHz:n taajuusalueella yli 70 dB.

Aluksella ES:ssä on lupaavaa käyttää erityisiä melua vaimentavia johtoja, joissa on korkea magneettinen läpäisykyky ja korkeat ominaishäviöt. Joten PPE-merkkisten johtojen välitysvaimennus taajuusalueella 1...1000 MHz kasvaa 6:sta 128 dB/m:iin.

Tunnetaan moninapaisten liittimien rakenne, joissa jokaiseen koskettimeen on asennettu yksi U-muotoinen kohinanvaimennussuodatin.

Sisäänrakennetun suodattimen kokonaismitat:

pituus 9,5 mm,

halkaisija 3,2 mm.

Suodattimen aiheuttama vaimennus 50 ohmin piirissä on 20 dB taajuudella 10 MHz ja jopa 80 dB taajuudella 100 MHz.

Digitaalisten elektronisten laitteiden tehonsyöttöpiirien suodatus.

Tehoväylien pulssikohina, joka syntyy digitaalisten integroitujen piirien (DIC) kytkennän aikana, sekä tunkeutuu ulospäin, voi johtaa toimintahäiriöihin digitaalisten tietojenkäsittelylaitteiden toiminnassa.

Tehoväylien melutason vähentämiseksi käytetään piirisuunnittelumenetelmiä:

"Teho" -väylän induktanssin vähentäminen ottaen huomioon myötä- ja taaksepäin johtimien keskinäinen magneettinen kytkentä;

"Tehoväylän" osien pituuksien vähentäminen, jotka ovat yleisiä eri digitaalisten tietojärjestelmien virroille;

Hidastaa pulssivirtojen reunoja "teho"-väylissä käyttämällä melua vaimentavia kondensaattoreita;

Tehopiirien rationaalinen topologia painetulla piirilevyllä.

Johtimien poikkileikkausmittojen kasvattaminen johtaa väylän sisäisen induktanssin pienenemiseen ja myös niiden aktiiviresistanssin pienenemiseen. Jälkimmäinen on erityisen tärkeä maadoitusväylän tapauksessa, joka on signaalipiirien paluujohdin. Siksi monikerroksisissa painetuissa piirilevyissä on toivottavaa tehdä "teho"-väyliä vierekkäisiin kerroksiin sijoitettujen johtavien tasojen muodossa (kuva 8.19).

Digitaalisten IC-piirien painetuissa piirikokoonpanoissa käytetyillä ilmavirtaväylillä on suuremmat poikittaismitat verrattuna painettujen johtimien muotoisiin virtakiskoihin, ja siksi niillä on pienempi induktanssi ja resistanssi. Asennettujen tehoväylän lisäetuja ovat:

Signaalipiirien yksinkertaistettu reititys;

PP:n jäykkyyden lisääminen luomalla ylimääräisiä ripoja, jotka toimivat rajoittimina, jotka suojaavat asennettua ERE:tä mekaanisilta vaurioilta tuotteen asennuksen ja konfiguroinnin aikana (Kuva 8.20).

Tulostamalla valmistetut ja pystysuoraan piirilevylle asennetut "power"-palkit ovat teknisesti erittäin kehittyneitä (kuva 6.12c).

Tunnetaan malleja IC-rungon alle asennetuista asennetuista virtakiskoista, jotka sijaitsevat kortilla riveissä (Kuva 8.22).

"Syöttö"-väylien harkitut mallit tarjoavat myös suuren lineaarisen kapasitanssin, mikä johtaa "syöttölinjan" aaltoimpedanssin laskuun ja siten impulssimehinan tason laskuun.

IC-tehonjakoa PP:hen ei tule suorittaa sarjassa (kuva 8.23a), vaan rinnakkain (kuva 8.23b)

Tehonjakoa on käytettävä suljettujen piirien muodossa (kuva 8.23c). Tämä rakenne on sähköisiltä parametreiltaan lähellä kiinteitä tehotasoja. Ulkoisen häiriötä kuljettavan magneettikentän vaikutuksilta suojaamiseksi PP:n kehällä on oltava ulkoinen suljettu silmukka.

Maadoitus

Maadoitusjärjestelmä on sähköpiiri, jolla on ominaisuus ylläpitää vähimmäispotentiaalia, joka on tietyn tuotteen vertailutaso. Virtalähteen maadoitusjärjestelmän tulee tarjota signaali- ja tehonpalautuspiirejä, suojata ihmisiä ja laitteita virtalähteiden virtapiirien vioista ja poistaa staattiset varaukset.

Seuraavat perusvaatimukset koskevat maadoitusjärjestelmiä:

1) minimoidaan maaväylän kokonaisimpedanssi;

2) suljettujen maadoitussilmukoiden puuttuminen, jotka ovat herkkiä magneettikentille.

ES vaatii vähintään kolme erillistä maadoituspiiriä:

Signaalipiireille, joissa matala taso virrat ja jännitteet;

Virtapiireihin, joissa korkeatasoinen virrankulutus (virtalähteet, ES-lähtöasteet jne.)

Koripiireihin (runko, paneelit, näytöt ja metallointi).

ES:n sähköpiirit maadoitetaan seuraavilla tavoilla: yhdessä pisteessä ja useissa pisteissä, jotka ovat lähimpänä maadoituksen vertailupistettä (Kuva 8.24)

Näin ollen maadoitusjärjestelmiä voidaan kutsua yksipiste- ja monipisteisiksi.

Suurin häiriötaso esiintyy yksipistemaadoitusjärjestelmässä, jossa on yhteinen sarjaan kytketty maadoitusväylä (Kuva 8.24 a).

Mitä kauempana maadoituspiste on, sitä suurempi on sen potentiaali. Sitä ei tule käyttää piireissä, joissa virrankulutus on suuri, koska suuritehoiset FU:t luovat suuria paluumaadoitusvirtoja, jotka voivat vaikuttaa pienten signaalien FU:iin. Tarvittaessa kriittisin FU tulee kytkeä mahdollisimman lähelle vertailumaadoituspistettä.

Korkeataajuisissa piireissä (f≥10 MHz) tulee käyttää monipistemaadoitusjärjestelmää (Kuva 8.24 c), joka yhdistää RES FU:n pisteisiin, jotka ovat lähimpänä vertailumaadoituspistettä.

Herkissä piireissä käytetään kelluvaa maadoituspiiriä (Kuva 8.25). Tämä maadoitusjärjestelmä vaatii piirin täydellisen eristämisen rungosta (suuri vastus ja pieni kapasitanssi), muuten se on tehoton. Piirejä voidaan käyttää aurinkokennoilla tai akuilla, ja signaalien tulee tulla piiriin ja lähteä piiristä muuntajien tai optoerottimien kautta.

Esimerkki tarkasteltujen maadoitusperiaatteiden toteutuksesta yhdeksänraitaiselle digitaaliselle nauha-asemalle on esitetty kuvassa 8.26.

On olemassa seuraavat maadoitusväylät: kolme signaalia, yksi teho ja yksi runko. Häiriöille herkimmät analogiset FU:t (yhdeksän aistivahvistimet) on maadoitettu käyttämällä kahta erillistä maadoitusväylää. Kolmanteen signaaliväylään, maahan, on kytketty yhdeksän kirjoitusvahvistinta, jotka toimivat korkeammilla signaalitasoilla kuin lukuvahvistimet, sekä ohjaus-IC:t ja liitäntäpiirit datatuotteilla. Kolme moottoria tasavirta ja niiden ohjauspiirit, releet ja solenoidit on kytketty tehoväylän maahan. Herkin vetoakselin moottorin ohjauspiiri on kytketty lähimpänä maadoituspistettä. Alustan maadoitusväylää käytetään rungon ja kotelon yhdistämiseen. Signaali-, teho- ja rungon maadoitusväylät on kytketty yhteen toissijaisen teholähteen yhdestä kohdasta. On huomioitava, että uusiutuvia energialähteitä suunniteltaessa on suositeltavaa laatia rakenteelliset kytkentäkaaviot.

Magneettisten näyttöjen valmistus ja ominaisuuksien tutkiminen

Teoksen tarkoitus on HTSC-laitteiden seulontamenetelmien tutkimus, tilavuus- ja paksukalvoseulojen valmistus sekä niiden kentänvaimennuskertoimien tutkimus.

Yleistä tietoa

Suojaus edustaa äänenvoimakkuuden suojaa ulkoisten sähkö-, magneetti- tai sähkömagneettisten kenttien vaikutuksilta. Yleensä tämä taltio sisältää laitteen, joka tarvitsee suojauksen tältä kentältä. Seulottavan kentän tyypistä ja suunnasta riippuen valitaan seulan materiaali ja muotoilu. Esimerkiksi magneettikentät suojataan perinteisesti ferromagneettisilla rakenteilla ja sähkömagneettiset kentät perinteisesti johdinrakenteilla. Suunnittelu voi olla pallon muotoinen, pohjallinen lasi, pitkä sylinteri jne.

Sovellus suprajohtavia materiaaleja mahdollisti merkittävästi suojausrakenteiden paino- ja kokoparametrien parantamisen, mutta nestemäisen heliumin käyttötarve rajoittaa tällaisten suojien käyttöä.

HTSC-sähkömagneettisten näyttöjen käyttö äänijärjestyksen taajuuksilla vaikuttaa varsin lupaavalta, sillä tavallisten metallien, kuten kuparin tai alumiinin, käyttö vaatii suuren näytön paksuuden (vastaavat pintakerrospaksuudet ovat useita senttejä). Permalloy- ja muut seulat, joilla on korkea magneettinen läpäisykyky, ovat myös ominaisia ​​suuret mitat ja paino.

Yksikiteisten HTSC-näytteiden tunkeutumissyvyydet ovat mikrometrin murto-osia. Monikiteisillä näytteillä se on huomattavasti suurempi (10 μm), mutta HTSC-näytöt, integroitujen piirien suojauspaketit jne. on lupaava muihin menetelmiin verrattuna. Näytön toiminnan fyysinen perusta on Meissner-Ochsenfeld-ilmiö. Suprajohteen ulkoinen magneettikenttä pienenee syvyyden myötä:

B(x) = B(0) exp(- x / λ L), (4.9)

Missä x- etäisyys pinnasta,

λ L– Lontoon tunkeutumissyvyys.

Matalalämpötilaisille suprajohtimille λ L=10 -7 m, joten heikot kentät eivät käytännössä tunkeudu massasuprajohtimeen. Kuten jo todettiin, oikeilla HTSC:illä tämä arvo on paljon suurempi. Jos ulkoisen magneettikentän voimakkuudesta tulee verrattavissa alemman arvoon kriittinen kenttä, tyypin II suprajohde voi mennä välitilaan. Tässä tapauksessa näyte jaetaan vuorotteleviin suprajohtaviin ja normaalialueisiin (Shubnikov-tila) ja magneettikenttä tunkeutuu siihen. Kenttäinduktio, jolla näyte menee Shubnikov-tilaan, määräytyy sen muodon ja materiaalin kriittisten ominaisuuksien perusteella. Jos seula on sylinterin muotoinen, jossa on tasapohjainen ja sisähalkaisijan suhde ulkohalkaisijaan on enintään 0,7, tämä kenttä (suorassa sylinterin akseliin nähden) voidaan määrittää lausekkeesta

B ││ = B C 1 [(1-d/D)/2] 1/2 , (4.10)

Missä B C 1 – materiaalin ensimmäisen kriittisen kentän induktio;

D, d– näytön ulko- ja sisähalkaisijat.

Aksiaalinen kenttäinduktio, jossa seulamateriaali siirtyy välitilaan, on suunnilleen yhtä suuri kuin kriittisen kentän induktio.

HTSC-materiaaleille kuva muuttuu monimutkaisemmaksi johtuen siitä, että ne ovat rakeisia konglomeraatteja, joissa SP-rakeiden välillä on Josephson-liitoksia. Tässä tapauksessa suojausominaisuudet liittyvät rakeidenvälisten sidosten kriittisen kentän arvoon, jossa kenttä alkaa tunkeutua HTSC:hen.

Tyypillisesti HTSC-magneettiset näytöt valmistetaan yksipuolisella, kaksipuolisella tai hydrostaattisella HTSC-jauheen puristamalla ja sen jälkeen polttamalla. Tämä menetelmä soveltuu pienten näyttöjen valmistukseen. Tämä menetelmä ei kuitenkaan sovellu pitkien sylinterien tai monimutkaisempien muotoisten seulojen (pallojen) valmistukseen. Tässä tapauksessa käytetään erillisiä rengasfragmenteista koostuvia seuloja. Aiemmassa työssä tehtiin sellaisia ​​fragmenttirenkaita, jotka voidaan koota pitkäksi sylinteriksi. Tällaisia ​​fragmentteja voidaan valmistaa levittämällä ohuita tai paksuja kalvoja keraamiseen alustaan.

Suojaustekijä (kentän heikkeneminen) TO määritellään sisäisen kentän suuruuden suhteeksi B i ulospäin - B e:

TO= B i / B e. (4.11)

Mittaus suoritetaan seuraavasti. Kenttäanturilla varustettu näyttö on sijoitettu solenoidin sisään, joka asettaa ulkoisen kentän. Käytetty anturi on fluxgate-anturi tai, kuten meidän tapauksessamme, Hall-anturi. Tangon solenoidi lasketaan nestemäistä typpeä sisältävään Dewar-kolviin. Koko järjestelmä sijaitsee pystysuoraan asennetun kaksikerroksisen ferromagneettisen näytön sisällä, jonka Maan magneettikentän heikkenemiskerroin on noin 100.

Solenoidin käämin kanssa on kytketty sarjaan vastus. Jännitteen pudotus vastuksen yli on verrannollinen solenoidin ulkoisen magneettikentän suuruuteen, Hall EMF on verrannollinen sisäisen kentän suuruuteen. Kaaviosta Ux= f( Ic) voit arvioida kentänheikennyskertoimen tietylle näytölle.

Riisi. 4.8 Magneettisen näytön paksukalvofragmenttirengas:
1 – keramiikka, 2 – filmi

Riisi. 4.9. Lämpötila HTSC-kalvon poltto: T1 =120°C (30 min) V1 =30°C/h; T2 = 910 - 915 °C (10 - 20 min); T3 = 895°С, V2 = 6 ºС/h; T4 = 860 °C

Tehtävät

1). Hanki paksukalvorenkaan palaset.

1.1. Levitä tahnaa (Bi-2212 jauhe ja 10–15 % orgaaninen sideaine) keraamisen pohjan päälle (kuva 4.8).

1.2. Polta tahna sähköuunissa (kuva 4.9).

Riisi. 4.10. Magneettinen näyttö: Ф – näytön renkaat-fragmentit; D – Hall-anturi;
a – fragmenttirenkaiden välinen etäisyys; L – solenoidin käämitys

2). Kokoa magneettisuojat.

2.1. Kokoa näyttö volumetrisista fragmenttirenkaista.

2.2. Kokoa näyttö filmirenkaan palasista.

3). Mittaa tilavuus- ja filminäytön suojauskerroin.

3.1. Kokoa piiri suojauskertoimen mittaamiseksi (kuva 4.11).

Riisi. 4.11 Asennuskaavio suojauskertoimen mittaamiseen: IP - virtalähteet, D - Hall-anturi, C - kaksiakselinen tallennin; L – solenoidi;
R – vastus

3.2. Hanki kaavioita B i= f( B e).

3.3. Saat kaavioita muuttamalla renkaiden välistä etäisyyttä K=B i/B e= f( a).

4). Valmistele raportti, joka sisältää graafit ja niiden vertailevan arvion.

Kontrollikysymykset

1. Miten suojaus suoritetaan?

2. Mitä näyttöjä siellä on?

3. Mitkä laitteet vaativat suojauksen?

4. Kuvaile ja selitä Meissner-ilmiö.

5. Kuvaile Shubnikovin tilaa.

6. Mitä ovat Abrikosov-pyörteet?

7. Selitä riippuvuuden luonne x=f( a).

8. Miten vaimennuskertoimen mittauslaite toimii?

Kirjallisuus

1. Krasov V.G. ja muut. Paksukalvotekniikka mikroaaltomikroelektroniikassa / Krasov V.G., Petratskas G.B., Chernozubov Yu.S. – M.: Radio ja viestintä, 1985.- 168 s.

2. Bondarenko S.I., Sheremet V.I. Suprajohtavuuden soveltaminen magneettimittauksiin - L.: Energoatomizdat, 1982.-132 s.

Johtopäätös

Tässä kirjassa tarkastelimme korkean lämpötilan kryoelektroniikan suunnittelun ja teknologian pääkysymyksiä. Käsikirjan rajoitetun määrän ja lukijan ajan säästämisen vuoksi tärkeimmät teoreettiset ja käytännössä kysymyksiä. Monet olennaiset kohdat, jotka eivät olleet käytännössä riittävän "edenneet", jäivät poissa näkyvistä.

Äskettäin tuli kuluneeksi 90 vuotta suprajohtavuuden keksimisestä ja 40 vuotta siitä, kun matalan lämpötilan suprajohtavat tekniikat, mukaan lukien kryoelektroniikka, syntyivät suprajohtavien materiaalien ja kryogeenisen teknologian pohjalta heliumlämpötiloissa. Yksi sen ensimmäisistä elementeistä oli lanka kryotroni. Viime vuosien aikana matalan lämpötilan kryoelektroniikka on kehittynyt merkittävästi: keksittiin kryotroneihin perustuvia digitaalisia laitteita (ensimmäinen filmi ja sitten Josephson); mikroaaltosignaalien vastaanottimet ja muuntimet, SQUID-pohjaiset laitteet jne.

Yli 15 vuotta on kulunut korkean lämpötilan suprajohtavuuden löytämisestä - tapahtuman, jonka olisi pitänyt edistää työtä suprajohtavuuden alalla yleensä ja kryoelektroniikan alalla erityisesti. Ja niin tapahtui: tämän alan tutkimuksen määrä ja laajuus lisääntyivät jyrkästi vuonna 1996 ja on nyt varsin merkittävää.

Ilmeisistä onnistumisista huolimatta korkean lämpötilan kryoelektroniikka on kuitenkin edelleen lapsenkengissään useista syistä.

Nykyään HTSC-tutkimuksen tilanne on edelleen dramaattinen ja jännittynyt. Odotukset ovat edelleen korkealla tämän suhteen. Valtio ja teollisuusyritykset, jotka ovat investoineet ja sijoittavat edelleen suuria summia HTSC-tutkimukseen, seuraavat tarkasti tutkimuksen soveltavia näkökohtia, koska pelkäävät menettävänsä läpimurron hetken tietointensiiviseen (ja siksi lupaavaan, arvostettuun ja kannattavaan). ) HTSC-markkinoilla. Suuret odotukset pakottavat meidät arvioimaan tarkasti sekä tutkimuksen nykytilaa että sen markkinapotentiaalia.

Kryoelektroniikan kehitystä estäviä syitä ovat myös:

· huono tietämys jäähdytetyissä rakenteissa ja kalvoissa olevista kryoelektronisista prosesseista,

· todellisten suunnittelu- ja teknisten ideoiden riittämättömyys integroitujen kryoelektronisten laitteiden ja erityisen luotettavien, toistettavien, monielementtisten, monikerroksisten integroitujen piirien luomiseksi, joissa on submikronin välit.

Menetelmiä kryostaattien energiaintensiteetin ja paino- ja kokoindikaattoreiden vähentämiseksi tai jatkuvan toiminta-ajan pidentämiseksi ei käytännössä ole.

Toisin sanoen on löydettävä ratkaisuja, jotka tekevät saaduista tuloksista halpoja, toistettavia ja saavutettavia. Toivomme, että hankkimasi tiedot ja taidot auttavat sinua ratkaisemaan ongelmasi.