Использованные технические средства

Исследование экранирующих свойств

Электромагнитных экранов из разных материалов

Отчет по лабораторной работе №4

По дисциплине Электромагнитная совместимость

 

Выполнили

студенты гр. 5А0Г ____ __ _______________

_____________________

____ _________________

______________________

_____________________.

_____________________

 

______________________ Пугач Е.

(дата, подпись)

 

 

Проверил преподаватель _______________________ Тихонов Д.В

(дата, подпись)

 

 

Томск 2013

Цель работы: Исследовать экранирующие свойства электромагнитных экранов из различных материалов. Ознакомиться с применением цифрового запоминающего двухканального осциллографа типа АСК – 3105.

 

Общие сведения

Экранирование служит для ослабления электрических, маг­нитных и электромагнитных полей, а именно для того, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на элементы, блоки, приборы, кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и элект­ронных промышленных средств и устройств помехи, обуслов­ленные полями. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности Е₀, Н₀ воздейст­вующего поля до значений E₁ H₁ за экраном (рис. 1). Физи­чески экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, поле которых накладывается на воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источ­ника.

На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота поля, электропроводность и магнитная прони­цаемость материала экрана, конфигурация и размеры экрана.

Для уточнения этих общих положений будем исходить из то­го, что экранирование осуществляется частично поглощением энергии поля материалом экрана (коэффициент затухания а_SA обусловленный поглощением), а частично - отражением па­дающей волны (коэффициент затухания a_SR, обусловленный отражением).

Рис. 1. Экранирование токовых контуров от внешних электрических и маг­нитных полей: а - принципиальное расположение контуров 1, 2 и экрана S; б - граница меж­ду условиями ближнего (нижняя левая часть) и дальнего (верхняя правая часть) полей

 

Результирующий коэффициент затухания, дБ, можно определить как

(1)

Или же

(2)

Т.е. состоит из двух компонентов:

. (3)

В зависимости от расстояния х приемника помехи от источника (рис. 1, а) и частоты f в ближней или дальней областях (рис. 1, б) для определения коэффициентов затухания и , дБ, пригодны следующие выражения:

для магнитного поля в ближней зоне (x<c/2πf)коэффициент отражения

 

; (4)

 

для электрического поля в этой зоне (х < с / 2 π f)

 

; (5)

 

для электрического поля в дальней' зоне (х > с / 2 π f),

, (6)

а коэффициент поглощения, как для ближней, так и дальней зон

 

, (7)

 

где , - относительная магнитная проницаемость материала, его электропроводность, отнесенная к электропроводности меди ( = 5,8 ·10⁷ См/м); f _б = 1 Гц - базовая частота; d - толщина экрана, отнесенная к d₆ = 1 мм; х_б = 1 м.

Эффективность экранирующих устройств ориентировочно мо­жет быть оценена следующим образом. Если a_S не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10 < a_S < 30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Для многих случаев достаточно, если 30 < a_S < 60 дБ. Если 60 < a_S < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90 < a_S < 120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранирова­ли.

Использованные технические средства

Схема установки, обеспечивающая исследование экранирующих свойств

электромагнитных экранов приведена на рис. 4. Данная схема обеспечивает

создание электромагнитного излучения с помощью катушки индуктивности (поз. 3, рис. 4) и прием сигнала с помощью катушки индуктивности (поз. 4, рис. 4).

 

 

Рис. 4. Схема установки, обеспечивающая исследование экранирующих свойств

электромагнитных экранов: 1- генератор сигналов; 2- осциллограф; 3 - катушка индуктивности - источник электромагнитного излучения; 4 - катушка индуктивности - приемник электромагнитного излучения; 5 – исследуемый электромагнитный экран.

В качестве основных приборов, предназначенных для проведения лабораторной работы является генератор синусоидальных сигналов и осциллограф цифровой, запоминающий двухканальный типа АСК – 3105. Для ознакомления с порядком работы осциллографа и генератора синусоидальных сигналов необходимо ознакомиться с руководством по эксплуатации.

 

Таблица 1

Частота сигнала, Гц	C экраном Сталь	С экраном Стекло-текстолит
Uвх, В	Uвых, В	as,Дб	Uвх, В х	Uвых, В	as,Дб
	6,73	0,095	85.209	6,57	0,217	68,207
	6,57	0,165	73.686	6,61	0,413	55,458
	6,52	0,368	57.491	6,52	0,981	37,881
	6,57	0,648	46.328	6,57	1,9	24,813
	6,61	0,95	38.798	6,65	2,75	17,66
	6,71	1,07	36.719	6,69	3,55	12,673
	6,72	1,07	36.749	6,69	3,63	12,228
	6,73	0,805	42.47	6,81	3,43	13,717
	6,88	0,351	59.512	6,85	2,73	18,39
1*104	6,9	0,057	95.925	6,65	1,86	25,589
2*104	6,88	0,079	89.339	6,77	1,11	36,163
5*104	6,96	0,085	88.106	6,81	0,568	49,681
1*105		0,892	41.204	6,85	3,39	14,068
2*105		0,343	60,319	7,02	0,403	57,152
2,99*105		0,33	61,091	6,98	0,361	59,239

 

Таблица 2

 

Частота сигнала, Гц	C экраном медь	С экраном Алюминий
Uвх, В	Uвых, В	as,Дб	Uвх, В х	Uвых, В	as,Дб
	7,06	0,248	66,975	8,09	0,341	63,33
	6,94	0,454	54,539	7,23	0,496	53,588
	6,98	1,02	38,465	7,1	1,05	38,226
	7,01	1,79	27,302	7,01	1,81	27,08
	7,1	2,45	21,28	7,1	2,49	20,956
	6,9	2,58	19,675	7,06	2,7	19,224
	7,1	2,23	23,162	7,18	2,39
	7,14	1,6	29,914	7,35	1,79	28,25
	7,1	0,805	43,54	7,02	0,919	40,665
1*104	7,1	0,444	55,441	6,98	0,496	52,885
2*104	7,1	0,196	71,795	7,06	0,289	63,915
5*104	7,1	0,134	79,4	7,02	0,189	72,295
1*105	7,02	0,733	45,187	7,1	0,774	44,326
2*105	7,14	0,692	46,678	7,02	0,754	44,623
2,99*105	7,14	0,557	51,018	7,02	0,557	50,679

 

6,73

0,095

85,209

 

 

Пример расчета:

 

a_s = 20 lg(U_вх/U_вых) = 20lg(6,73/0,095) = 85,209 Дб

 

 

Вывод:

Проделав лабораторную работу, мы исследовали экранирующие свойства электромагнитных экранов из различных материалов (в данной лабораторной работе алюминиевый, стальной, медный и фольгированный экраны). Ознакомились с применением цифрового запоминающего двухканального осциллографа типа АСК – 3105.

Из полученных результатов видно, что экран из стали обладает более лучшими экранирующими свойствами, чем экраны из алюминиевый, медный и фольгированный.. При 10 < a_S < 30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Для многих случаев достаточно, если 30 < a_S < 60 дБ. Если 60 < a_S < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90 < a_S < 120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранирова­ли.

 

 

Ответы на контрольные вопросы.

1. Для чего применяется экранирование?

Экранирование служит для ослабления электрических, маг­нитных и электромагнитных полей, а именно для того, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на элементы, блоки, приборы, кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и элект­ронных промышленных средств и устройств помехи, обуслов­ленные полями.

 

2. В чем заключается физическая основа экранирования?

Физи­чески экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, поле которых накладывается на воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источ­ника.

.

3. От чего зависит эффективность экранирования?

Эффективность экранирования зависит от частоты поля, электропроводности и магнитной прони­цаемости материала экрана, конфигурации и размеров экрана.

4. Как количественно можно оценить эффективность

экранирования?

Эффективность экранирующих устройств ориентировочно мо­жет быть оценена следующим образом. Если a_S не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10 < a_S < 30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Для многих случаев достаточно, если 30 < a_S < 60 дБ. Если 60 < a_S < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90 < a_S < 120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранирова­ли.

 

5. Какие материалы используются для экранирования электромагнитных полей?

 

 

Для экранирования используют как немагнитные металлы, чаще всего медь, так и ферромагнитные материалы. Экранирующее действие известных немагнитных материалов ( = 1, = 0,6 ÷ 1) происходит из-за магнитных полей, созданных вихревыми токами. При этом постоянное магнитное поле совсем не экранируется, а низкочастотное переменное ослабляется незначительно. Электрические поля такими экранами демпфируются очень хорошо. Экраны из ферромагнитных материалов ( >>1, <1) ослаб­ляют электрические поля в области низких частот хуже, чем экраны из немагнитных, однако, в отличие от последних, они оказывают определенное ослабление постоянных магнитных полей. С повышением частоты демпфирующее действие в отношении электрических и магнитных полей возрастает.