Індуктивна зв'язок (індуктивна наводка перешкоди)
Е слі вимірювальна система або її вхідні ланцюг знаходяться в змінному магнітному полі, то у вхідному ланцюзі наводиться напруга перешкоди. Зазвичай змінне магнітне поле збуджується змінними струмами, поточними по стороннім проводам або рухомими намагніченими вузлами механізмів.
Те ж саме буде і в постійному магнітному полі, якщо вхідні кола засоби вимірювання будуть вібрувати або рухатися.
У немов це можна зобразити у вигляді такої схеми:
Знайдемо паразитное напруга, яке наводиться в ланцюзі засоби вимірювання:. Нехай S - площа, що охоплюється вимірювальної ланцюгом. Раніше було показано, що потік вектора магнітної індукції. Згідно із законом е-м індукції Фарадея маємо - при змінному зовнішньому полі, або - при вібрації провідників в постійному магнітному полі.
Порівняємо корисний сигнал в СІ з величиною наводимого паразитного сигналу. Неважко бачити, що індуктивну наводку можна зменшити шляхом зміни опору об'єкта і засоби вимірювання zi і z0. тому корисний сигнал залежить від цих опорів так само.
Однак із отриманих формул слід, що наводимое напруга можна звести до мінімуму наступними способами:
зменшенням напруженості магнітного поля B шляхом видалення СІ від джерела магнітного поля або шляхом екранування;
зменшенням потоку магнітної індукції за рахунок зміни просторової орієнтації СІ, розташовуючи вимірювальну ланцюг так, щоб вектор магнітної індукції магнітного поля був паралельний площині вимірювального ланцюга. В цьому випадку cos0, і потік Ф зводиться до мінімуму;
Мінімізація площі, яку охоплює вхідний ланцюгом засоби вимірювання (наприклад скручуванням дротів), тоді S 0 і Ф 0.
Екранування провідників від магнітних полів
Особливості проводить екрану без струму
Розглянемо можливість екранування провідника, поміщеного в провідний екран, від зовнішнього магнітного поля.
П надану вище зв'язок сигнальної ланцюга (в даному випадку провідник 2) і джерела шуму (в даному випадку струм в провіднику 1) у вигляді зовнішнього магнітного поля, формально можна зобразити також у вигляді зв'язку через коефіцієнт взаємної індукції М (див. Рис. 2.8, де і ).
Якщо тепер провідник 2 помістити в незаземлений немагнітний екран, схема стане такою, як показано на фіг. 2.9, де М1Е коефіцієнт взаємної індукції провідника 1 і екрану. Оскільки через екран струм не тече (він являє собою відрізок провідника з ізольованими кінцями), він не впливає на конфігурацію або магнітні властивості простору між ланцюгами 1 і 2, тобто екран не впливає і на напругу, наведене на провідник 2.
Однак, внаслідок проходження в провіднику 1 струму, на екран наводиться напруга. Заземлення одного з кінців екрану не міняє справи. Таким чином, можна зробити висновок, що приміщення провідника в ізольований екран або екран, заземлений з одного кінця, не впливає на величину напруги, що наводиться на цей провідник зовнішнім магнітним полем.
Особливості проводить екрану зі струмом
Про межі величину магнітної зв'язку між екраном у вигляді провідної трубки і поміщеним в неї провідником. Будемо вважати, що струми в центральному провіднику і в екрані розподілені рівномірно по їх поперечним перетинах. Магнітні поля, створювані струмами, підкоряються рівнянню Максвелла в інтегральній формі, яке читається так: циркуляція вектора по замкнутому контуру дорівнює току, що протікає через цей контур. У діелектриках і немагнітних провідниках вектор індукції магнітного поля (який тільки і має фізичний зміст) пов'язаний з вектором рівністю (вектор має допоміжне значення, що допомагає в розрахунках).
Якщо в обох провідниках течуть однакові, але протилежно спрямовані струми і має місце повна осьова симетрія, то картина розподілу магнітного поля в просторі матиме вигляд, показаний на рис. Тут r1 - радіус внутрішнього провідника, r2 і r3 - внутрішній і зовнішній радіуси циліндричного екрану. Звідси видно, що всередині екрану (rr3) магнітне поле повністю відсутня, оскільки в кожній точці простору магнітні поля екрану і провідника рівні і спрямовані взаємно протилежно. Останній результат очевидний, оскільки, відповідно до формули Максвелла, повний струм, що протікає через будь-який замкнутий контур, що охоплює зовнішню поверхню екрана, що дорівнює сумі струму в екрані і струму в центральному провіднику, дорівнює нулю.
Звідси випливають важливі висновки. По - перше, можна вважати, що проводить екран повністю екранує зовнішнє простір від магнітного поля струму, що протікає в центральному провіднику.
По - друге, можна показати, що коефіцієнт взаємної індукції М між екраном і центральним провідником дорівнює власної індуктивності екрану: M = LЕ. Дійсно, магнітне поле струму екрану існує тільки поза екраном, і потік Ф вектора магнітної індукції, зчепленого з екраном і освіченого магнітним полем центрального провідника і екрану, формально можна записати у вигляді. Так як і, з огляду на те, що поза екраном і тому, отримаємо шуканий результат. Справедливість цього рівності залежить тільки від того, чи дійсно струми екрану і центрального провідника рівні між собою і створюють осесиметричних картину.
Магнітна зв'язок між екрану з струмом і укладеними в нього провідником
Обчислимо напруга, наводимое на центральний провідник внаслідок проходження по екрану струму I е і наявності індуктивного зв'язку між екраном і провідником. Ця напруга будемо розглядати як напруга шуму (Uш). Будемо вважати, що струм в провіднику відсутня (ланцюг не замкнута), тобто умова не виконується.
П редположім, що струм екрану створюється напругою UЕ. наведеним від якоїсь іншої ланцюга. На фіг. 2.12 показана схема, яку при цьому слід розглядати. Тут L е і R е - тут індуктивність і опір екрану. Вважаючи, що струм змінюється за гармонійним законом, маємо. Струм I е визначається виразом. Так як LЕ = М. то. Графік, що відповідає цьому рівнянню, показаний на фіг. 2.13. Частота для цієї кривої визначається як частота зрізу екрану ср. так що .
Напруга шумів, що наводяться на центральний провідник на постійному струмі ( = 0) дорівнює нулю і збільшується майже до U е на частоті = 5ср.
Отже, магнітна зв'язок циліндричного екрану і провідника, розташованого усередині нього, зростає зі збільшенням частоти зміни магнітного поля. При частоті, меншої частоти зрізу (5ср.
Зауваження. Умова > 5ср є лише оцінними. При його висновку не враховувався вплив струму провідника на ток екрану і опір провідника. Як буде видно з подальшого, максимальна ефективність екранування досягається навіть на частотах > 5ср. коли один кінець екрану не заземлюють.
Захист простору від випромінювання провідника зі струмом
Щоб запобігти випромінювання в зовнішній простір, джерело перешкод можна зробити висновок в екран. Теоретично, як було показано вище, якщо зробити ток екрану рівним за величиною і спрямованим назустріч току центрального провідника, він буде створювати поза екраном однакову і протилежно спрямоване магнітне поле. В результаті виникає ситуація, коли поле поза екраном відсутня (рис.1).
На рис.2 показані електричне та магнітне поля провідника зі струмом, що знаходиться у вільному просторі (вакуумі). Якщо провідник помістити в екран, заземлений в одній точці (рис.3), лінії електричного поля будуть замикатися на екран і він буде екранувати е лектріческая поле провідника, однак на магнітне поле екран буде надавати дуже мало впливав.
На рис.4 показана заземлена з обох кінців ланцюг, по якій проходить струм I1. Щоб запобігти випромінювання цієї ланцюгом магнітного поля, необхідно, щоб обидва кінці екрану були заземлені та поворотний ток протікав від точки А до точки В по екрану (I е), а не по заземленою площині (I3).
П рактічеські ж, ефективність екранування буде залежати від частоти струму. На частотах > 5ср картина буде близька до теоретичної, оскільки на цих частотах магнітна зв'язок між провідником і екраном буде повна. Тоді поворотний струм, індукований в екрані змінним магнітним полем струму, що протікає по провіднику, буде дорівнює струму провідника і він створить поза екраном поле, яке компенсує поле, створюване провідником (рис.4).