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- Bobinas de Helmholtz -

     Comentarios sobre aspectos de diseño de la familia BH300/600/1300

 

En general:

    Se ha buscado sencillez y robustez con el menor peso, con la posibilidad de modificar la configuración de las bobinas para obtener una gran versatilidad.

 

El soporte:

    Hemos ideado el sistema de 4 pilares fijados a una placa inferior y a otra superior. Las bobinas se sujetan con horquillas especiales atornilladas a los pilares.

   Este sistema proporciona firmeza al conjunto y gran facilidad para situar el dispositivo bajo estudio en el centro de las bobinas, siendo también relativamente fácil su montaje y eventual desarmado. El mismo soporte se utiliza para las tres versiones de cada tamaño (uno, dos o tres ejes).

    La placa inferior hace también de mesa para ayudar a colocar el objeto bajo estudio, o los instrumentos necesarios, en las bobinas (la placa tiene un agujero con rosca en el centro). También sirve para situar los canales del cableado y los bornes de conexiones para los pares de bobinas.

    La placa superior tiene una ventana circular para permitir el paso de objetos hacia el centro de las bobinas.  Esta placa puede ser quitada si fuese necesario, sin perjudicar demasiado la rigidez del conjunto (excepto para las versiones de un solo eje). También puede ser reemplazada por otra placa hecha especialmente para alguna aplicación en concreto.

    Las placas son de PVC espumado, con una densidad similar a la de la madera blanda, por lo que son fáciles de taladrar o cortar si es necesario.

 

Las conexiones:

    Cada bobina de un par tiene su propia bornera con tuercas para sujetar los terminales de los cables de conexión. Esto hace posible modificar las conexiones en cada bobina según se desee y con bastante facilidad. Un ejemplo sería la configuración "anti-Helmholtz", para generar gradientes en lugar de campos homogéneos (ver comentario mas abajo, sobre esto aplicado a las formas).

 

Las formas:

    Desarrollamos técnicas específicas para curvar perfiles en "U" en círculos muy precisos y para alojar el bobinado en su canal. Utilizamos perfiles de una aleación de aluminio por no ser ferromagnéticos, no necesitar recubrimiento de acabado exterior, y por ser livianos pero con una rigidez mecánica adecuada.

    Bajo estas premisas conseguimos bobinas con la sección transversal mas pequeña que es posible en la práctica, lo que redunda en un mejor acceso a su interior, entre otros beneficios. También permite que los campos generados sean prácticamente los predichos para bobinas de Helmholtz ideales (de sección infinitamente pequeña).

   Estas formas proporcionan una óptima evacuación del calor generado por la corriente eléctrica, lo que hace posible una relativamente alta densidad de corriente en los bobinados.

 

El concepto "Formas de Bobinas en Circuito":

    Pensamos que esta es una característica única de nuestras bobinas de Helmholtz (1)(Nota al pie), puesta en práctica con la intención de conseguir la máxima versatilidad del conjunto.

    La idea básica es utilizar las formas de aluminio también como bobinas. Ello es una consecuencia lógica del hecho de que cada una de estas formas circulares debe tener sus dos extremos eléctricamente separados con el fin de que no se comporte como un bucle en cortocircuito cuando la bobina trabaje con corriente alterna.

    Por lo tanto cada forma constituye una bobina de una sola espira. Hemos hecho las conexiones entre las dos de cada par y entre estas y la bornera de conexiones generales.

    De esta manera conseguimos un par de Helmholtz "extra" en cada eje (denominado con el sufijo "s" después de la letra del eje). El siguiente esquema simplificado muestra la conexión estándar del par X. Para los ejes Y y Z se aplica lo mismo.

 

    Llamamos Xs al par formado por las formas del par X. De la misma manera existen Ys y Zs. X-a y X-b son las dos bobinas del par X.

 

Aplicaciones de "Formas de Bobinas en Circuito":

    Actualmente concebimos dos aplicaciones básicas: como pantallas electrostáticas y como generadoras de pequeños campos especiales.

     Como pantallas electrostáticas cuando, por ejemplo, las bobinas se utilicen como sensores de flujo magnético en la medición de la magnetización, o del momento magnético, de algún imán o de otra pieza. Un adecuado conexionado de las formas podría disminuir notablemente el ruido eléctrico cuando la señal fuera muy baja.

    Mas interesantes parecen, sin embargo, como generadoras de campo, para lo que sugerimos las siguientes dos aplicaciones.

   La primera es la generación de un campo homogéneo secundario para modular el campo principal, mediante una fuente de corriente diferente a la del par principal.

   La segunda es la generación de pequeños gradientes magnéticos para mejorar la homogeneidad del campo principal cuando se intenta, por ejemplo, cancelar el campo magnético terrestre en un grado muy alto. Esto podría ser necesario debido a gradientes en el campo local producidos por la influencia de masas ferromagnéticas vecinas, tales como estructuras del edificio, maquinaria, características del terreno, etc.

    También puede ser útil para algún experimento en particular que necesite un campo principal con un gradiente superpuesto, estático o variable.

    Para generar un gradiente con un par de bobinas estas deben ser conectadas de la manera que suele llamarse "anti-Helmholtz". En la figura siguiente se muestra el mismo par de formas Xs anterior conectado de esta manera:

 

    La flecha indica las conexiones modificadas, trazadas en línea azul mas gruesa. El comparar este esquema con el anterior ayuda a notar mejor la diferencia "Helmholtz / anti-Helmholtz".

    

   Confiamos en que los usuarios podrán hallar otras utilidades a esta característica de nuestras bobinas. Estaremos encantados de oír sobre ello.

 

 

(1) - No hemos encontrado antecedentes en relación a este detalle de diseño. Agradeceríamos mucho que se nos comunicase  cualquier referencia sobre algo similar hecho con anterioridad.

 

- Página de presentación de las Bobinas de Helmholtz - Clic aquí -

 

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Actualizada: 27 nov 2006