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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. Serviciencia fabrica
bobinas con estas características desde 2005.
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 prueba (DUT, Device Under Test) 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 el bloque terminal 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 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 una sección total pequeña, lo
que redunda en un mejor acceso a su interior, entre otros beneficios.
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,
o "secundario"
(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
imantada. Un
adecuado conexionado de las formas podría disminuir notablemente el
ruido eléctrico cuando la señal fuera muy baja.
La conexión entre las dos formas de un par contribuye a mantenerlas al
mismo potencial, lo que es muy útil en usos a altas frecuencias, ya que
ayuda mucho a disminuir el campo eléctrico generado, el cual es en general indeseado
por el posible acoplamiento capacitivo con el DUT. Conviene observar que
el campo eléctrico generado aumenta con la frecuencia.
Las formas son también muy interesantes 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.
Actualizado: 29-nov-2022
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