[发明专利]一种屏蔽电流不改变电流分布的装置

说明书

技术领域

本装置屏蔽了中心区域的电流，并且不改变周围电流分布，属于电磁场技术领域。

背景技术

当电流通过导体时，周围产生磁场，磁场对传感器等精密器件产生影响，传统的屏蔽虽然可以屏蔽电流，但是电流密度发生了改变，即周围的磁场发生了改变，因而干扰了精密器件的正常使用。为此，设计一种既能屏蔽电流又能保持周围电流密度不变的装置很有现实意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的正是为了解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单，使用方便的屏蔽电流且不改变电流分布的装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

如图1所示，该装置是由电源1、电键2、电阻3、铝块4、铜环5、空气环6、传感器7组成。其特征在于：所述的电源1、电键2、电阻3、铝块4串联，电键2控制电源1的通断；铝块4与铜环5紧密接触，铜环5内是空气；背景区域I材料的电导率σ₁与圆环区域II材料的电导率σ₂以及圆环II的外半径a与内半径b四变量之间满足关系式铝的电导率σ_铝＝3.45×10⁷S/m，铜的电导率σ_铜＝5.9×10⁷S/m，空气电导率σ_空气＝10^-14S/m；铜环5的外半径与内半径之比a/b＝1.95。当传感器7放入内部时，由于铝、铜两种材料的电导率以及装置的尺寸关系满足屏蔽电流但不改变电流分布的条件，因此，在该装置内部工作的传感器等精密器件不会受到外界电电流的干扰，而周围的精密器件也不受到电流产生磁场的影响。

本发明的有益效果是：该装置结构简单，使用方便，适用范围广。在精密仪器使用中是保护其不受外界电磁场干扰的理想装置。

附图说明

图1是本发明一种屏蔽电流不改变电流分布装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种屏蔽电流不改变电流分布的装置，是由电源1、电键2、电阻3、铝块4、铜环5、空气环6、传感器7组成，其特征在于：所述的电源1、电键2、电阻3、铝块4串联，电键2控制电源1的通断；铝块4与铜环5紧密接触。铝的电导率σ_铝＝3.45×10⁷S/m，铜的电导率σ_铜＝5.9×10⁷S/m，空气电导率σ_空气＝10^-14S/m；铜环5的外环半径与内半径之比为a/b＝1.95。

理论依据

双层空心圆柱(外层为铜环，内层暂时假想为空气环，计算结果与内层半径无关)如图1所示，外层内外半径分别为b和a，内层内外半径分别c和b，当稳恒外电压施加于导体两端时(即电场E₀施加于铝块4)，在圆柱坐标系中(r，θ，z)，四个区域的电势分别为式(1)～(4)所示：

式中分别为四个区域的电势，A，B，C，D，E，F为待定系数.根据欧姆定律的微分形式可知，电流密度和电势的关系为：

式中是电流密度，σ是电导，四个区域的电流密度分别为：

式中是法线方向的单位矢量，是切线方向单位矢量.σ₁，σ₂，σ₃，σ₄分别为铝，铜，空气，传感器或精密仪器的电导，利用电场切线方向连续和电流密度法线方向连续的边界条件，我们得到

令σ₃＝10^-14S/m≈0，A＝0，我们得到F＝0，进一步计算得到令σ₂＝5.9×10⁷S/m，σ₁＝3.45×10⁷S/m，我们得到a/b＝1.95，满足上述条件的铜环可以屏蔽区域IV的电流，并且在区域I的电流保持不变。更神奇的是：(1)不管c取什么值不影响屏蔽效果，(2)不管传感器或者精密仪器的电导是多少均不影响屏蔽效果。因此铜环内可以放置任何精密仪器。