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静电屏蔽、静磁屏蔽和高频电磁场屏蔽

2017-09-28 07:35分类:电工考证知识 阅读:

 

电磁屏蔽通常可分为三种:静电屏蔽、静磁屏蔽和高频电磁场屏蔽。三种屏蔽的意图都是防止外界的电磁场进入到某个需求保护的区域中,原理都是运用屏蔽对外场的感应发作的效应来抵消外场的影响。可是因为所要屏蔽的场的特性不一样,因而对屏蔽壳资料的请求和屏蔽效果也就不一样。
一、 静电屏蔽
静电屏蔽的意图是防止外界的静电场进入需求保护的某个区域。静电屏蔽依据的原理是:在外界静电场的效果下导体外表电荷将从头散布,直到导体内部总场强处处为零中止。接地的关闭金属壳是一种杰出的静电屏蔽设备。如图所示,接地的关闭金属壳把空间切开成壳内和壳外两个区域,金属壳坚持在零电位。依据静电场的仅有性定理,能够证实:金属壳内的电场仅由壳内的带电体和壳的电位所断定,与壳外的电荷散布无关。当壳外电荷散布改动时,壳层外外表上的电荷散布随之改动,以确保壳内电场散布不变。因而,金属壳对内部区域具有屏蔽效果。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断定,与壳内电荷散布无关。当壳内电荷散布改动时,壳层表里表的电荷散布随之改动,以确保壳外电场散布不变。因而,接地的金属壳对外部区域也具有屏蔽效果。在静电屏蔽中,金属壳接地对错常首要的。当壳内或壳外区域中的电荷散布改动时,经过接地线,电荷在壳层外外表和大地之间从头散布,以确保壳层电势安稳。从物理图画上看,因为在静电平衡时,金属内部不存在电场,壳表里的电场线被金属距离,互相无联络,因而,导体壳有阻隔壳表里静电互相效果的效应。
假如金属壳未彻底关闭,壳上开有孔或缝,也一样具有静电屏蔽效果。在很多实习运用中,静电屏蔽设备常常是用金属丝织形成的金属网替代闭合的金属壳,即便一块金属板,一根金属线,亦有必定的静电屏蔽效果,仅仅屏蔽的效果不如金属壳。
在外电场的效果下,电荷在导体上的从头散布,在十-19秒数量级时刻内就可完结,因而对低频改动的电场,导体上的电荷有满意长的时刻来确保内部场强为零.所以静电屏蔽设备对缓慢改动的电场也有屏蔽效果。为了进步对改动电场的屏蔽效果,屏蔽物的电导率应大,接地线要短,与地的触摸要杰出。
身穿高压作业服的人,因为被铜丝织造的衣服所包裹,人体内的场强坚持为零,因而没有电流从人体中流过,人体是安全的。不过在作业者刚刚触摸高压线的一刹那间高压服上的电荷有一个瞬时散布的进程,在这极小的时刻内人体会有时刻短的弱小电场效果,通常作业者都能饱尝住这检查。静电屏蔽的特征是通常只思考到对静电场的屏蔽,关闭导体的屏蔽效果是彻底的(即内部场强可抵达实在等于零),对屏壁壳的厚度和电导率也无请求。只需在把低频沟通电场的屏蔽包括在静电屏蔽中时,老是期望屏蔽壳的电导率愈高愈好。


二、静磁屏蔽
静磁屏蔽的意图是防止外界的静磁场和低频电流的磁场进入到某个需求保护的区域,这时有必要用磁性介质做外壳。静磁屏蔽依据的原理可凭借并联磁路的概念来阐明。把一高磁导率的资料制成的球壳放在外磁场中,则铁壳壁与空腔中的空气能够当作是并联的磁路。因为空气的磁导率挨近于1,而铁壳的磁导率起码有几千,所以空腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大的多。这么一来,外磁场的磁感应通量中绝大有些将沿着铁壳壁内“经过”,“进入”空腔内部的磁通量是很少的,这就抵达了磁屏蔽的意图。
外壳的厚度和磁导率对屏蔽效果有很显着的影响:外壳越厚、磁导率越高,屏蔽的效果就越好。因而,在分量和体积遭到束缚的状况下,常常选用磁导率高达几万的坡莫合金来做屏蔽壳,并且壳的各个有些要尽量联络严密,使磁路疏通。
假如要制作必定的“静磁真空”,则能够运用超导体的“迈斯纳效应”。行将一块超导体放在外磁场中,其体内的磁感应强度持久为零。超导体是彻底抗磁体,具有最抱负的静磁屏蔽效果,但如今还不能遍及运用。


手表为了防磁,在机芯外装一个铁质的衬套 也是一种屏蔽效果。


三、高频电磁场屏蔽


在火车车厢里,翻开半导体收音机,简直收不到电台的播送,这是因为车厢的蒙皮大有些是由铁皮制成,它起了屏蔽效果。
高频电磁场屏蔽是防止外界的高频电磁场进入到某个区域。因为电磁场的改动频率很高(例如百万赫兹或更高),场中导体上的感应电荷已不能再看作中止的了(导体不再处于静电平衡状况),因而有必要用电磁波在导体中的“贯穿深度”来阐明屏蔽的原理:当高频电磁波射向一导体外表,并进入外表后,它会在导体中感应出一个高频交变电流,此电流会激起一个新的电磁波,新激起的电磁波在导体内部与入射的电磁波相位相反、一同导体内电流的发作还致使入射波场能的耗费,效果使得导体内部总的电磁场底子上随深度呈指数衰减,能够用“贯穿深度”来标明衰减的程度。“贯穿深度”与入射电磁波的频率、导体的电导率及磁导率都有联络:频率越高、电导率越大、磁导率越大“贯穿深度”就越小。当壳罩壁的厚度大于贯穿深度时,壳罩就具有杰出的电磁屏蔽效果。高电导率或高磁导率资料制成的壳罩是一种杰出的电磁屏蔽设备。进步壳罩资料的电导率或磁导率,添加壳壁的厚度,能够进步电磁屏蔽的效果。


像铝、钢、铁这么的金属,1兆赫摆布的电磁波在其间的“透入深度”约百分之几毫米,所以这些金属只需一张纸那么厚就底子能够屏蔽I兆赫的电磁波。分外是铁,因为它的磁导率很高,故屏蔽效果分外好。如在收音机中,用空芯铝壳罩在线圈外面,使它不受外界电磁场的搅扰然后防止杂音。音频馈线用屏蔽线也是这个道理。示波管用铁皮包着,也是为了使杂散电磁场不影响电子射线的扫描。在金属屏蔽壳内部的元件或设备所发作的高频电磁波也透不出金属壳而不致影响外部设备。
高电导率资料制成的屏蔽物对低频磁场的屏蔽效果比照差。例如,在工频50赫时,铜的贯穿深度约为9.4毫米,薄壁铜壳的屏蔽效果很小。在实习运用中,常选用静磁屏蔽办法来屏蔽低频磁场。电磁屏蔽物接地后也能够屏蔽静电搅扰。电磁屏蔽物上不能随意开缝,因为电磁屏蔽还运用了涡电流的效果,若缝隙割断了涡电流的通路,屏蔽效果要下降。


远近场的差异
依据两类底子源的场随1/r(场点至源点的距离)的改动来差异远近场,两类源在远近场的场特征及传达特性均有所不一样。故远近场的差异满意以下准则:

电磁屏蔽资料:
挑选运用啥品种电磁密封衬垫时要思考四个要素:屏蔽效能请求、有无环境密封请求、设备结构请求、本钱请求。按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。
电场屏蔽
【屏蔽机理】:将电场感应当作散布电容间的耦合。
【计划要害】:
a、屏蔽板以挨近受保护物为好,并且屏蔽板的接地有必要杰出!!!
b、屏蔽板的形状对屏蔽效能的凹凸有显着影响。全关闭的金属盒最好,但工程中很难做到!
c、屏蔽板的资料以良导体为好,但对厚度无请求,只需有满意的强度就可了。
有通风需求的屏蔽板


铝制蜂窝式通风板

磁场屏蔽
磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽,其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多。


【 屏蔽机理】:首要是依托高导磁资料所具有的低磁阻,对磁通起着分路的效果,使得屏蔽体内部的磁场大为削弱。
【计划要害】:
a、选用高导磁资料,如坡莫合金;
b、添加屏蔽体的厚度;
以上均是为了减小屏蔽体的磁阻;
c、被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的方位上,以尽量减小经过被屏蔽物
体体内的磁通;
d、留意屏蔽体的结构计划,凡接缝、通风空等均或许添加屏蔽体的磁阻,从
而下降屏蔽效果。
e、关于强磁场的屏蔽可选用双层磁屏蔽体的结构。
典型的沟通磁功用


对要屏蔽外部强磁场的,则屏蔽体的外层选用不易饱满的资料,如硅钢;而内部可选用简略抵达饱满的高导磁资料,如坡莫合金等。
反之,假如要屏蔽内部强磁场时,则资料的摆放次第要到过来。
在设备表里两层屏蔽体时,要留意互相间的绝缘。当没有接地请求时,可用绝缘资料做支持件。若需接地时,可选用非铁磁资料(如铜、铝)做支持件。


电磁场屏蔽
电磁场屏蔽是运用屏蔽体阻遏电磁场在空间传达的一种办法。
【电磁场屏蔽的机理】:
a、当电磁波抵达屏蔽体外表时,因为空气与金属的接壤面上阻抗的不接连,对入射波发作的反射。这种反射不请求屏蔽资料有必要有必定的厚度,只需求接壤面上的不接连;
b、未被外表反射掉而进入屏蔽体的能量,在体内向前传达的进程中,被屏蔽资料所衰减。也即是所谓的吸收;
c、在屏蔽体内没有衰减掉的剩下能量,传到资料的另一外表时,遇到金属-空气阻抗不接连的接壤面,会构成再次反射,并从头回来屏蔽体内。这种反射在两个金属的接壤面上或许有屡次的反射。
总归,电磁屏蔽体对电磁的衰减首要是依据电磁波的反射和电磁波的吸收。
【吸收损耗】不一样的资料、不一样的资料厚度关于电磁波的吸收效果不一样.可依据资料吸收损耗的列线图得出。
【反射损耗】分为三类:低阻抗磁场、高阻抗电场、平面波场。
其间低阻抗磁场和高阻抗电场的反射损耗列线图核算办法一样,与金属资料、频率及辐射源到屏蔽体的距离有关。
关于平面波,波阻抗为一常数,而与辐射源到屏蔽体的距离无关,在列线图中只需衔接金属资料和感喜好的频率就可求出此刻的反射损耗值。
实习的电磁屏蔽体
【结构资料】
a、适用于底板和机壳的资料大大都是良导体,如铜、铝等,能够屏蔽电场,首要的屏蔽机理是反射信号而不是吸收。
b、对磁场的屏蔽需求铁磁资料,如高导磁率合金和铁。首要的屏蔽机理是吸收而不是反射。
c、在强电磁环境中,请求资料能屏蔽电场和磁场两种成分,因而需求结构上无缺的铁磁资料。屏蔽功率直承受资料的厚度以及搭接和接本地法好坏的影响。
d、关于塑料壳体,是在其内壁喷涂屏蔽层,或在汽塑时掺入金属纤维。
有必要尽量削减结构的电气不接连性,以便操控经底板和机壳进出的走漏辐射。进步缝隙屏蔽效能的结构办法包括添加缝隙深度,削减缝隙长度,在联络面上参加导电衬垫,在接缝处涂上导电涂料,缩短螺钉间阻隔等。
【搭接】
a、在底板和机壳的每一条缝和不接连处要尽或许好的搭接。最坏的电搭接对壳体的的屏蔽效能起决议性效果。
b、确保接缝处金属对金属的触摸,以防电磁能的走漏和辐射。
c、在或许的状况下,接缝应焊接。在条件受束缚的状况下,可用点焊、晓距离的铆接和用螺钉来固定。
d、在不加导电衬垫时,螺钉距离通常应小于最高作业频率的1%,起码不大于1/20波长。
e、用螺钉或铆接进行搭接时,应首要在缝的中部搭接好,然后逐步向两头延伸,以防金属外表的曲折。
f、确保紧固办法有满意的压力,以便在有变形应力、冲击、轰动时坚持外表触摸。
g、在接缝不平坦的本地,或在可移动的面板等处,有必要运用导电衬垫或指形绷簧资料。
h、挑选高导电率的和弹性好的衬垫。挑选衬垫时要思考联络场合运用的频率。
i、挑选硬耐性资料做成的衬垫,以便划破金属上的任何外表。
j、确保同衬垫资料合作的金属外表没有任何非导电保护层。
k、当需求活动触摸时,运用指形压簧,并要留意坚持弹性指簧的压力。
l、导电橡胶衬垫用在铝金属外表时,要留意电化腐蚀效果。纯银填料的橡胶或monel线性衬垫将呈现最严峻的电化腐蚀。银镀铝填料的导电橡胶是盐雾环境下用于铝金属合作外表的最好衬垫资料。
以下是按优先等级摆放的各种衬垫。
1 金属网射频衬垫 简略变形,压力为1.4kg/cm时,衰减为54db。
资料标明,频率较低时衰减最大。
用于持久密封较好,不适宜用于开与关的面板。
2 铜镀合金 有很高的导电性和极好的抗腐蚀性。
弹性好,最适宜用于和活动面板合作。可制成指条形、螺旋和锯齿面。衰减为十0db。
3 导电橡胶 适用于只需名义上衔接和少数螺钉的本地。
完结水汽密封和电气密封经1500℃、48小时老化后,体电阻率为十~20mω/cm(max)。变形度束缚值为25%。资料标明,频率较高时衰减为最大。
4 导电蒙布 在泡沫塑料上蒙一块镀银织造物,构成一个软
衬垫,占去大有些疏松空间,首要为民用,适用于泡沫衬垫 机柜和门板。

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