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电磁屏蔽设备的知识简要分析

作者:admin 发布日期: 2019-09-09 二维码分享
电磁屏蔽一般可分为三种:静电屏蔽、静磁屏蔽和高频电磁场屏蔽。三种屏蔽的目的都是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域中,原理都是利用屏蔽体对外场的感应产生的效应来抵消外场的影响。但是由于所要屏蔽的场的特性不同,因而对屏蔽体材料的要求和屏蔽效果也就不相同。下面分别说明。
(一) 静电屏蔽。静电屏蔽的目的是防止外界的静电场进入需要保护的某个区域。静电屏蔽依据的原理是:在外界静电场的作用下导体表面电荷将重新分布,直到导体内部总场强处处为零为止。接地的封闭金属壳是一种良好的静电屏蔽装置。接地的封闭金属壳把空间分割成壳内和壳外两个区域,金属壳维持在零电位。根据静电场的..性定理,可以证明:金属壳内的电场仅由壳内的带电体和壳的电位所确定,与壳外的电荷分布无关。当壳外电荷分布变化时,壳层外表面上的电荷分布随之变化,以保证壳内电场分布不变。因此,金属壳对内部区域具有屏蔽作用。

壳外的电场仅由壳外的带电体和金属壳的电位以及无限远处的电位所确定,与壳内电荷分布无关。当壳内电荷分布改变时,壳层内表面的电荷分布随之变化,以保证壳外电场分布不变。因此,接地的金属壳对外部区域也具有屏蔽作用。在静电屏蔽中,金属壳接地是十分重要的。当壳内或壳外区域中的电荷分布变化时,通过接地线,电荷在壳层外表面和大地之间重新分布,以保证壳层电势恒定。从物理图像上看,因为在静电平衡时,金属内部不存在电场,壳内外的电场线被金属隔断,彼此无联系,因此,屏蔽导体对壳内外静电相互作用有隔离的效果。那我们来想这样一个情况,如果金属壳未完全封闭,壳上开有孔或缝,是否具有屏蔽功能呢?实际上也同样具有静电屏蔽作用。在许多实际应用中,静电屏蔽装置常常是用金属丝编织成的金属网代替闭合的金属壳,即使一块金属板,一根金属线,亦有一定的静电屏蔽作用,只是屏蔽的效果不如金属壳。在外电场的作用下,电荷在导体上的重新分布,这个时间非常短暂,在10-19秒数量级时间内就可完成,因此对低频变化的电场,导体上的电荷有足够长的时间来保证内部场强为零.所以静电屏蔽装置对缓慢变化的电场也有屏蔽作用。

电磁屏蔽设备

(二) 静磁屏蔽。静磁屏蔽的目的是防止外界的静磁场和低频电流的磁场进入到某个需要保护的区域,这时必须用磁性介质做外壳。静磁屏蔽依据的原理可借助并联磁路的概念来说明。把一高磁导率的材料制成的球壳放在外磁场中,则铁壳壁与空腔中的空气可以看成是并联的磁路。由于空气的磁导率接近于1,而铁壳的磁导率至少有几千,所以空腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大的多。这样一来,外磁场的磁感应通量中绝大部分将沿着铁壳壁内“通过”,“进入”空腔内部的磁通量是很少的,这就达到 了磁屏蔽的目的。
外壳的厚度和磁导率对屏蔽效果有很明显的影响:外壳越厚、磁导率越高,屏蔽的效果就越好。因此,在重量和体积受到限制的情况下,常常采用磁导率高达几万的合金来做屏蔽壳,而且壳的各个部分要尽量结合紧密,使磁路畅通。如果要制造绝对的“静磁真空”,则可以利用超导体的“迈斯纳效应”。即将一块超导体放在外磁场中,其体内的磁感应强度永远为零。超导体是完全抗磁体,具有.理想的静磁屏蔽效果,但目前还不能普遍应用。 比如一些名贵的机械表,其机芯都是钢制的,如果手表放在强磁场附近,钢制机心会磁化。特别是当游丝磁化后,表马上会停止不走。因此手表需要外罩一种能防御磁力使磁场透不过的物质,在机芯外装一个铁质的衬套就是一种起到了屏蔽磁场的作用。
对屏蔽外部强磁场,屏蔽体的外层选用不易饱和的材料,如硅钢;而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料,如坡莫合金等。反之,如果要屏蔽内部强磁场时,则材料的排列次序要到过来。在安装内外两层屏蔽体时,要注意彼此间的绝缘。当没有接地要求时,可用绝缘材料做支撑件。若需接地时,可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件。
3)高频电磁场屏蔽
电磁场屏蔽的机理:
1)当电磁波到达屏蔽体表面时,由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续,对入射波产生的反射。
2)未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量,在体内向前传播的过程中,被屏蔽材料所衰减吸收;
3)在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量,传到材料的另一表面时,遇到金属-空气阻抗不连续的交界面,会再次形成反射,并重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。总之,电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。
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