ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Αργά µεταβαλλόµενα µαγνητικά πεδία σε οικιακές συσκευές ΜΠΟΥΤΣΙΚΑ ΘΕΚΛΑ ΑΕΜ 3743 ΜΠΕΛΛΑΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΑΕΜ 3745 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΝΑΠΛ.ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΛΑΜΠΡΙ ΗΣ. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1.ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΤΩΝ 50Ηz ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL ΧΑΜΗΛΟΣΥΧΝΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΣΕ ΚΑΛΩ ΙΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΓΕΙΩΣΕΙΣ ΚΤΙΡΙΩΝ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΟΙΚΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ 4 2. ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΦΑΣΜΑ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ 7 ΠΕ ΙΩΝ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ 2.3 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΟΡΙΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ 9 3.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΡΗΤΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ 13 4.ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΠΗΝΙΩΝ ΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕ ΙΩΝ ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ 16 ΧΑΜΗΛΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ 5. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ 19 ΩΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΠΗΓΩΝ ΜΕΣΩ ΑΜΕΣΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 5.1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΗΜΕΙΑΚΗ ΠΗΓΗ 20 ΠΟΣΟΤΗΤΕΣ ΠΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΖΟΥΝ ΤΟ ΠΕ ΙΟ ΜΙΑΣ 21 ΣΗΜΕΙΑΚΗΣ ΠΗΓΗΣ ΕΚΦΡΑΣΗ ΤΟΥ ΠΕ ΙΟΥ ΕΝΟΣ ΙΠΟΛΟΥ 23 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΤΑΞΗΣ-ΤΕΤΡΑΠΟΛΑ 23 ΜΕΓΑΛΕΣ ΠΗΓΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΠΕ ΙΟΥ ΜΕ ΑΜΕΣΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ 26 ΟΡΓΑΝΟ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΩΝ 26 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΟΥ ΙΠΟΛΟΥ ΑΠΟ 26 ΤΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΥ ΣΗΜΕΙΑΚΗΣ ΠΗΓΗΣ 28 ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΗΜΕΙΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΕΓΑΛΕΣ ΠΗΓΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΟΡΜΗΣ ΙΠΟΛΟΥ ΓΙΑ ΜΕΡΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 34 2

3 6. ΤΟ ΜΕΤΡΗΤΙΚΟ ΟΡΓΑΝΟ EMDEX II ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΓΕΝΙΚΑ ΟΡΓΑΝΟ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ-ΚΟΙΝΕΣ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΤΟΥ EMDEX 42 ΡΥΘΜΟΣ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ(sample rate) 42 ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ(frequency response) 42 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ(data storage) ΕΥΡΕΣΗ ΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΟΥ ΜΕΓΙΣΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ 43 ΠΕ ΙΟΥ 7.4 ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΗΜΕΙΟΥ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΧΡΟΝΙΚΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΡΥΘΜΙΣΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ-ΦΟΡΤΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΑ ΠΕ ΙΑ 46 8.ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΕ ΟΙΚΙΑΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 2 58 ΨΥΓΕΙΟ 58 ΠΛΥΝΤΗΡΙΟ ΡΟΥΧΩΝ 61 ΠΛΥΝΤΗΡΙΟ ΠΙΑΤΩΝ 65 ΣΤΕΓΝΩΤΗΡΙΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 3 87 ΚΑΦΕΤΙΕΡΑ 87 ΦΡΙΤΕΖΑ 88 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΙ ΕΡΟ 89 ΤΟΣΤΙΕΡΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 4 97 ΜΙΞΕΡ 97 ΜΙΞΕΡ ΓΙΑ ΚΑΦΕ 98 ΑΠΟΧΥΜΩΤΗΣ 99 ΚΟΦΤΗΣ 100 ΤΡΙΦΤΗΣ 101 BLENDER ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΣΚΟΥΠΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ

4 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΑΛΟΡΙΦΕΡ 121 ΑΕΡΟΘΕΡΜΟ 122 ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΑΣ 123 ΑΠΟΡΡΟΦΗΤΗΡΑΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΣΕΣΟΥΑΡ 134 ΞΥΡΙΣΤΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ 149 ΒΙΝΤΕΟ 151 ΡΑ ΙΟΦΩΝΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΣΤΑΘΕΡΟΙ ΛΑΜΠΤΗΡΕΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ 166 ΛΑΜΠΤΗΡΑΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΣΕ ΕΠΙΤΡΑΠΕΖΙΟ ΦΩΤΙΣΤΙΚΟ ΣΩΜΑ 167 ΛΑΜΠΑ ΜΕ DIMMER ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΡΙΟΝΙ 179 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΤΡΥΠΑΝΙ 180 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΤΡΙΒΕΙΟ1 181 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΜΑΧΑΙΡΙ 182 ΙΣΚΟΠΡΙΟΝΟ 183 ΕΠΑΝΑΦΟΡΤΙΖΟΜΕΝΟ ΤΡΥΠΑΝΙ 185 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΤΡΙΒΕΙΟ ΧΛΟΟΚΟΠΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 197 ΑΝΑΦΟΡΕΣ 208 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 1. ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΤΩΝ 50 Hz 1.1 EΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL Το ηλεκτρικό και µαγνητικό πεδίο είναι πεδία δυνάµεων, χώροι δηλαδή µέσα στους οποίους ασκούνται δυνάµεις σε κατάλληλα υποθέµατα.για το ηλεκτρικό πεδίο τα υποθέµατα αυτά είναι µη κινούµενα ηλεκτρικά φορτία, ενώ για το µαγνητικό πεδίο πρόκειται για κινούµενα ηλεκτρικά φορτία(ηλεκτρικό ρεύµα). Και τα δύο πεδία περιγράφονται ανεξάρτητα από τη συχνότητά τους από τις εξισώσεις του Maxwell: d H E = µ dt (1.1) d E H =κ E + ε (1.2) dt Στις εξισώσεις αυτές εµφανίζονται τα ανυσµατικά µεγέθη Ε και Η και οι σταθερές µ, ε και κ όπου Ε: ένταση του ηλεκτρικού πεδίου Η: ένταση του µαγνητικού πεδίου µ: µαγνητική διαπερατότητα ε: διηλεκτρική σταθερά κ: ηλεκτρική αγωγιµότητα Για τις πεδιακές εντάσεις στον αέρα ισχύει: ε=ε 0 =8,86*10-12 As/Vm µ=µ 0 =4π*10-7 Vs/Am Η ηλεκτρική αγωγιµότητα κ του αέρα είναι πρακτικά µηδέν και έτσι µηδενίζεται ο αντίστοιχος όρος στην εξίσωση (1.2).Επίσης για χαµηλές συχνότητες όπως είναι και η συχνότητα των 50Hz, οι µεταβολές de/dt και dh/dt µπορούν να παραληφθούν καθώς αποκτούν εξαιρετικά χαµηλές τιµές. Από τις σχέσεις λοιπόν (1.1) και (1.2) προκύπτει ότι E =0 (1.3) H =0 (1.4) 5

6 Όπως γίνεται φανερό στα χαµηλής συχνότητας πεδία δεν υπάρχει ζεύξη µεταξύ των πεδιακών εντάσεων Ε και Η, στην ουσία έχουµε λοιπόν δύο ανεξάρτητα πεδία και όχι ένα ηλεκτροµαγνητικό πεδίο. Το ένα είναι το ηλεκτρικό πεδίο το οποίο εξαρτάται από τις τάσεις των αγωγών και το άλλο είναι το µαγνητικό πεδίο το οποίο εξαρτάται από τις εντάσεις των αγωγών. Συνήθως αντί για την ένταση του µαγνητικού πεδίου Η χρησιµοποιείται ως µέγεθος η µαγνητική επαγωγή (πυκνότητα µαγνητικής ροής) Β.Τα δύο αυτά µεγέθη συνδέονται µέσω της σχέσης B = µh (1.5) Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου µετράται σε V/m ενώ συχνά για τα πεδία που οφείλονται στις γραµµές µεταφοράς χρησιµοποιείται και το πολλαπλάσιό της ΚV/m. Η µαγνητική επαγωγή Β µετριέται σε Tesla όπου 1 Tesla=1Vs/m 2.Συνήθως όµως χρησιµοποιούνται τα υποπολλαπλάσια 1mT=10-3 T και 1µΤ=10-6 Τ, όπως και η µονάδα Gauss (G) γαι την οποία ισχύει 1G=10-4 T και 1mG=0.1µΤ. 1.2 ΧΑΜΗΛΟΣΥΧΝΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ Τα µαγνητικά πεδία προέρχονται από ηλεκτρικά ρεύµατα, αν τα ρεύµατα αυτά είναι των 50 ή 60 Hz τότε µιλάµε για βιοµηχανικής συχνότητας πεδία. Προτού γίνει ανάλυση των πεδίων αυτών θα πρέπει να τονιστεί ότι και η ίδια η γη δηµιουργεί ένα φυσικό µαγνητικό πεδίο.η µαγνητική επαγωγή στην επιφάνεια της γης εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και η τιµή της κυµαίνεται απο 31 έως 62µΤ. Το µαγνητικό πεδίο γραµµών µεταφοράς και διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας σε θέσεις προσιτές για τον άνθρωπο, µπορεί να θεωρηθεί ως οµογενές πεδίο.το ίδιο δεν ισχύει για το µαγνητικό πεδίο ηλεκτρικών συσκευών. Η επίδραση του µαγνητικού πεδίου µπορεί να περιγραφεί καλύτερα αν αυτό είναι οµογενές.παράλληλα τα οµογενή πεδία ενδείκνυνται και για τη διεξαγωγή δοκιµών δεδοµένου ότι αυτά µπορούν να αναπαραχθούν και να εξασφαλιστεί έτσι η δυνατότητα συνέχειας ή ελέγχου των αποτελεσµάτων. Τα χαµηλόσυχνα µαγνητικά πεδία διαπερνούν πρακτικά χωρίς παραµόρφωση τα µη µαγνητικά υλικά.η θωράκιση απέναντί τους είναι γενικά µια πολύ δυσχερής διαδικασία και µπορεί να γίνει µε τη χρησιµοποίηση ειδικών µαγνητικών υλικών σε κατάλληλη διάταξη. 6

7 1.2 ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σε ένα σύστηµα µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας ένα συµµετρικό σύστηµα εντάσεων για τις οποίες ισχύει Ι Α + Ι Β + ΙC = 0 (1.6) δηµιουργεί µαγνητικό πεδίο σε ένα σηµείο Σ επειδή Ι a Α Α Ι + a Β Β Ι + a c c 0 (1.7) όπου α Α, α Β και α C οι διανυσµατικές αποστάσεις των γραµµών από το σηµείο Σ. Είναι λοιπόν φανερό ότι έχουµε µαγνητικά πεδία σε γραµµές µεταφοράς των οποίων η µορφή και η ένταση εξαρτάται από το ύψος ανάρτησης των γραµµών, από την απόσταση των γραµµών µεταξύ τους, ακόµα και από τη διάταξη των τριών διαφορετικών φάσεων. Μαγνητικές πεδιακές εντάσεις παρατηρούνται και στην περίπτωση τριπολικών καλωδίων ή δεσµών µονοπολικών καλωδίων οι οποίες απαρτίζουν τριφασικό σύστηµα.η τιµή πάντως της µαγνητικής επαγωγής είναι πολύ µικρή σε σχετικά µικρή απόσταση από τα καλώδια. Στην περίπτωση διατάξεων µονοπολικών καλωδίων η µαγνητική επαγωγή µπορεί να αποκτήσει σε περιοχές παραµονής ανθρώπων σχετικά υψηλές τιµές, οι οποίες µπορεί να είναι υψηλότερες από τις τιµές της µαγνητικής επαγωγής στο έδαφος κάτω από τις γραµµές. Οι πεδιακές εντάσεις των εναέριων γραµµών µπορούν να υπολογιστούν µε ικανοποιητική ακρίβεια.στους υποσταθµούς όµως λόγω των σύνθετων διατάξεων ενός µεγάλου αριθµού αγωγών οι πεδιακές εντάσεις µπορούν να καθοριστούν πρακτικά µόνο από µετρήσεις. Στο έδαφος των υποσταθµών µπορούν να εµφανιστούν υψηλότερες πεδιακές εντάσεις σε σχέση µε τις πεδιακές εντάσεις στο έδαφος κάτω από τις εναέριες γραµµές, επειδή στους υποσταθµούς υπάρχει συγκέντρωση περισσότερων κυκλωµάτων και επειδή οι αποστάσεις από το έδαφος είναι µικρότερες. ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΣΕ ΚΑΛΩ ΙΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΓΕΙΩΣΕΙΣ ΚΤΙΡΙΩΝ Η ύπαρξη µαγνητικού πεδίου µέσα σε κτίρια µπορεί να οφείλεται σε δύο λόγους 7

8 Α) στην ύπαρξη παράλληλων ουδετέρων οι οποίοι ανήκουν σε διαφορετικά κυκλώµατα(οπότε στην περίπτωση αυτή έχουµε το λεγόµενο ουδέτερο παραλληλεπίπεδο) και Β) σε σφάλµα µεταξύ ουδετέρου και γης που είναι συνήθως ένα βραχυκύκλωµα. Γενικά τα προβλήµατα αυτά προκύπτουν από κακοτεχνίες στην ηλεκτρική εγκατάσταση και οφείλονται σε αγνοια του ΚΕΗΕ, έλλειψη κατανόησης των βασικών αρχών ηλεκτρολογίας ή παρανόηση της έννοιας γείωσης. Σε κάθε περίπτωση τα σφάλµατα αυτά έχουν ως κύριο αποτέλεσα την κυκλοφορία ενός υπολειπόµενου ρεύµατος στους αγωγούς της εγκατάστασης το οποίο προκαλεί µε τη σειρά του την ύπαρξη µαγνητικών πεδίων. ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ ΟΙΚΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ Στην παρούσα εργασία στόχος είναι να γίνει µια πιο λεπτοµερής ανάλυση των µαγνητικών πεδίων τα οποία οφείλονται σε οικιακές συσκευές. Τα στατικά και τα χρονικώς µεταβαλλόµενα µαγνητικά πεδία που οφείλονται σε πηγές που έχουν δηµιουργηθεί από τον άνθρωπο έχουν γενικά τιµές µεγαλύτερες από τα φυσικά µαγνητικά πεδία. Αυτό ισχύει πολύ περισσότερο για πηγές που λειτουργούν στις βιοµηχανικές συχνότητες των 50 και 60Hz (π.χ. οικιακές συσκευές) όπου τα πεδία που εµφανίζονται είναι πολλές τάξεις µεγέθους µεγαλύτερες από τα φυσικά µαγνητικά πεδία των ίδιων συχνοτήτων. Συσκευές οι οποίες προκαλούν τη δηµιουργία τέτοιων µαγνητικών πεδίων βρίσκονται ακόµα στον τοµέα της έρευνας, στις διαδικασίες της ιατρικής και της βιοµηχανίας και στον εξοπλισµό παραγωγής και µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στην ιατρική χρησιµοποιείται µαγνητικός συντονισµός για διαγνωστικούς σκοπούς και εµπλέκονται τόσο τα στατικά µαγνητικά πεδία όσο και τα χρονικώς µεταβαλλόµενα.ο µαγνητικός συντονισµός εφαρµόζεται σε ζώντες ιστούς υποσχόµενος νέα τεχνική για ιατρική απεικόνιση µε υψηλή διακριτική ικανότητα.χρησιµοποιούνται στατικά µαγνητικά πεδία της τάξης των 2Τ και η ταχεία διακοπή των πεδιακών δυναµικών παράγει µεταβολές µέχρι 20Τ/s. Κρουστικά µαγνητικά πεδία µε µέση τιµή πεδίου 0.3mT, τιµή αιχµής περίπου 2.5mT, χρησιµοποιούνται για να προωθήσουν τη θεραπεία τραύµατος και την αναγέννηση του ιστού και για να θεραπεύσουν ασθενείς που υποφέρουν από σπάσιµο των οστών τα οποία δεν θεραπεύονται καλά. 8

9 Ενδιαφέρον παρουσιάζουν και τα µαγνητικά πεδία που εµφανίζονται από συσκευές µέσα στο σπίτι.τέτοιες συσκευές είτε περιέχουν διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος(φορτιστές, ανορθωτές), είτε περιέχουν κινητήρες οι οποίοι είναι απαραίτητοι για τη λειτουργία τους (πλυντήρια, ψυγεία κ.α.).αυτό όµως που πρέπει σε κάθε περίπτωση να εξετάζεται είναι η µεταβολή των πεδίων αυτών σε σχέση µε την απόσταση του ανθρώπου από αυτές τις συσκευές.αναλυτικότερη περιγραφή του ζητήµατος θα γίνει στο κεφάλαιο 9. 9

10 2. ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ 2.1 ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΦΑΣΜΑ Η περιοχή συχνοτήτων του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος ακτινοβολίας είναι από 0 µέχρι Hz.Οι ακτινοβολίες αυτές µπορούν να καταταχθούν στις πιο κάτω κατηγορίες κατά αύξουσα συχνότητα: Ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία εξαιρετικά χαµηλών συχνοτήτων Ραδιοκύµατα Μικροκύµατα Υπέρυθρη ακτινοβολία Ορατό φως Υπεριώδης ακτινοβολία Ακτίνες Χ Ακτίνες Υ Κοσµική ακτινοβολία Σχ.2.1 Ηλεκτροµαγνητικό φάσµα Το µήκος κύµατος και η συχνότητα µιας ακτινοβολίας συνδέονται µε σχέση αντίστροφης αναλογίας.αυτό σηµαίνει ότι όσο πιο µικρό είναι το µήκος κύµατος τόσο πιο µεγάλη είναι η συχνότητα. 10

11 Στις εξαιρετικά χαµηλές συχνότητες ανήκουν οι συχνότητες 0-300Ηz.Εποµένως στην κατηγορία αυτή ανήκουν και οι συχνότητες των 50-60Ηz της ηλεκτρικής τάσης και έντασης και των ηλεκτρικών και µαγνητικών πεδίων που δηµιουργούνται κατά την παραγωγή, µεταφορά, διανοµή και χρήση του ηλεκτρισµού. Οι ιδιότητες των ηλεκτροµαγνητικών πεδίων του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος έχουν σχέση µε τη συχνότητα και το µήκος κύµατός τους.έτσι στην άνω περιοχή του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος η ενέργεια που ακτινοβολείται είναι ικανή να διαρρήξει τους µοριακούς δεσµούς που συγκρατούν τα κύτταρα και να προκαλέσει γενετική βλάβη.η ακτινοβολία της περιοχής αυτής λέγεται ιονίζουσα.τέτοια ακτινοβολία αποτελεί και η ραδιενέργεια. Η ακτινοβολία των πεδίων της κάτω περιοχής του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος λέγεται µη ιονίζουσα και συνεπώς τέτοια είναι και η ακτινοβολία των πεδίων των 50-60Ηz.Η ένταση τέτοιων πεδίων ελαττώνεται πάρα πολύ καθώς αυξάνει η απόσταση από την πηγή αυτών. Τέλος υπάρχουν και πεδία του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος, όπως τα µικροκύµατα, τα οποία αν και ανήκουν στις µη ιονίζουσες ακτινοβολίες µπορούν να παράγουν επαρκή ενέργεια και να θερµάνουν ένα αντικείµενο το οποίο εκτίθεται σε αυτά. 2.2 ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ Η ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µπορεί να προκαλέσει βιολογικά φαινόµενα ανάλογα µε τη συχνότητά της.η ιονίζουσα ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µεταφέρει αρκετή ενέργεια ώστε να διασπά δεσµούς στο γενετικό υλικό των κυττάρων, το DNA.Οι καταστροφές που προκαλούνται από την ακτινοβολία στα κύτταρα είναι δυνατόν να οδηγήσουν ανάλογα µε την έκτασή τους σε καρκινογενέσεις ή µεταλλάξεις. Η βασική διαφορά των πεδίων τα οποία προκαλούνται από τις βιοµηχανικές συχνότητες σε σχέση µε αυτά που δηµιουργούνται σε µεγαλύτερες συχνότητες είναι ότι στα µεν πρώτα η ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία είναι πρακτικά αµελητέα στα δε δεύτερα µεταφέρει υπολογίσιµα ποσά ενέργειας. Τα µαγνητικά πεδία που σχετίζονται µε βιοµηχανικής συχνότητας πηγές οφείλονται στη διέλευση ρεύµατος.αυτά τα µαγνητικά πεδία διαπερνούν κτίρια και ανθρώπους και η θωράκιση απέναντι σε αυτά είναι πάρα πολύ δύσκολη.επειδή τα βιοµηχανικής συχνότητας ηλεκτρικά πεδία δεν διαπερνούν το ανθρώπινο σώµα, 11

12 οποιοδήποτε βιολογικό φαινόµενο παρατηρηθεί από µια συνηθισµένη έκθεση σε βιοµηχανικής συχνότητας πεδία θεωρείται γενικά ότι οφείλεται στη µαγνητική συνιστώσα του πεδίου, δηλαδή επαγόµενες τάσεις και ρεύµατα από τα µαγνητικά πεδία στο ανθρώπινο σώµα. Η ενέργεια από ακτινοβολία είναι τόσο µικρή που δε θα µπορούσε να διασπάσει κάποιο χηµικό δεσµό, ωστόσο υπάρχουν οι παρακάτω άλλοι µηχανισµοί µιας απευθείας αλληλεπίδρασης. Μαγνητικά ή ηλεκτρικά πεδία θα µπορούσαν να ασκήσουν απευθείας δυνάµεις πάνω στην ύλη, ωστόσο τέτοιες δυνάµεις είναι εν γένει αρκετά ασθενείς.ένας διαφορετικός µηχανισµός είναι η επαγωγή ηλεκτρικών ρευµάτων.βέβαια για φυσιολογικές τιµές του µαγνητικού πεδίου οι τιµές των ρευµάτων αυτών είναι ιδιαίτερα χαµηλές. Για να διαπιστωθεί αν πράγµατι τα πεδία βιοµηχανικής συχνότητας προκαλούν επιβλαβείς παρενέργειες στους ανθρώπους γίνονται δύο ειδών µελέτες, οι εργαστηριακές και οι επιδηµιολογικές. Οι εργαστηριακές αναφέρονται σε καλλιέργειες κυττάρων θηλαστικών ή ακόµα ανθρώπων ή σε πειράµατα πάνω σε ζώα. Οι επιδηµιολογικές µελέτες πραγµατοποιούνται βάσει κάποιων τεχνικών που χρησιµοποιούνται για να συνδέσουν κάποιο αίτιο µε κάποιο αποτέλεσµα.τέτοιου είδους τεχνικές αποτελούν τα µετρούµενα πεδία στα οποία γίνονται µετρήσεις της αιχµής, του µεγίστου και του µέσου όρου των πεδίων σε µια µέρα η εγγύτητα στις γραµµές η οποία χρησιµοποιεί την απόσταση από τις γραµµές µεταφοράς και όχι την τιµή του πεδίου για να υπολογίσει την πιθανότητα να συµβεί κάτι τα ιστορικά υπολογισµένα πεδία για τα οποία υπολογίζεται ο µέσος χρόνος έκθεσης µε βάση ιστορικά στοιχεία.πρόκειται πάντως για µέθοδο της οποίας η ακρίβεια δεν έχει ακόµα εξακριβωθεί. Τα τελευταία 20 χρόνια έχει διεξαχθεί µία πληθώρα επιδηµιολογικών µελετών πάνω στο συγκεκριµένο ζήτηµα.οι έρευνες διεξήχθησαν σε πολλές διαφορετικές χώρες και χρησιµοποιώντας πολλές διαφορετικές µεθόδους και τεχνικές.τα συµπεράσµατα όµως που προέκυψαν ήταν µάλλον αντιφατικά µεταξύ τους. Συµπερασµατικά υπάρχει µια γενική οµοφωνία της επιστηµονικής κοινότητας ότι δεν έχει τεκµηριωθεί καµία σχέση αιτιότητας µεταξύ οικιακής έκθεσης σε βιοµηχανικής συχνότητας πεδία και κινδύνου για τον άνθρωπο.ταυτόχρονα όµως η έκθεση σε αυτά τα πεδία δεν έχει και δεν µπορεί να αποδειχθεί ότι είναι απολύτως 12

13 ασφαλής.γενικά πάντως υπάρχει µια αυξανόµενη επιστηµονική οµοφωνία ότι αν υπάρχει κάποιος κίνδυνος αυτός είναι µικρός ή περιορίζεται σε µικρές υποοµάδες. ηλαδή η πιθανότητα ενός γενικού κινδύνου έχει µάλλον αποκλεισθεί. Οι ειδικοί πάντως προτείνουν να αποφεύγεται η περιττή έκθεση σε πεδία, πολύ περισσότερο δε σε ευπαθείς οµάδες όπως είναι τα παιδιά. 2.3 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΟΡΙΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΕΝΩΣΗ Η Ευρωπαϊκή Ένωση προσπαθώντας να βρεθεί µπροστά από τις οποιεσδήποτε εξελίξεις και µε γνώµονα το υψηλό επίπεδο υγείας των πολιτών της έχει εκδόσει οδηγία[1] η οποία αναφέρεται σε όλα τα ηλεκτροµαγνητικά πεδία ανεξαρτήτως συχνότητας. Η οδηγία αυτή καλύπτει όλα τα πεδία από 0-300GHz και χρησιµοποιεί οκτώ φυσικά µεγέθη Ρευµα επαφής(ι C )[Α] µεταξύ ενός ατόµου και ενός αντικειµένου Πυκνότητα ρεύµατος(j)[α/m 2 ] ως το ρεύµα το οποίο διέρχεται απο επιφάνεια µοναδιαίας διατοµής ενός τετραγωνικού µέτρου και κάθετα προς την επιφάνεια αυτή Ένταση ηλεκτρικού πεδίου(ε)[v/m] είναι το διανυσµατικό µέγεθος που αντιστοιχεί στη δύναµη που ασκείται σε κάθε φορτισµένο σωµατίδιο Ένταση µαγνητικού πεδίου(η)[a/m] είναι ένα διανυσµατικό µέγεθος το οποίο σε συνδυασµό µε την πυκνότητα µαγνητικής ροής ορίζει ένα µαγνητικό πεδίο σε κάθε σηµείο του χώρου Πυκνότητα µαγνητικής ροής(β)[τ] είναι ένα διανυσµατικό µέγεθος από το οποίο εξαρτάται η δύναµη που ασκείται σε κινούµενα φορτία Πυκνότητα ισχύος(s)[w/m 2 ] είναι µέγεθος που χρησιµοποιείται για πολύ υψηλές συχνότητες και πρόκειται για την ισχύ ακτινοβολίας που προσπίπτει κάθετα σε µία επιφάνεια διά αυτή την επιφάνεια Ειδική απορρόφηση ενέργειας(sa)[j/kg] είναι η ενέργεια που απορροφάται ανά µονάδα βάρους βιολογικού ιστού Ταχύτητα ειδικής απορρόφησης ενέργειας(sar)[w/kg] ορίζεται ως η ταχύτητα µε την οποία απορροφάται η ενέργεια ανά µονάδα βάρους Στη συνέχεια η οδηγία ορίζει και διαφοροποιεί µεταξύ τους τις έννοιες των βασικών περιορισµών και των επιπέδων αναφοράς. Βασικοί περιορισµοί είναι οι περιορισµοί έκθεσης σε χρονικά µεταβαλλόµενα ηλεκτρικά, µαγνητικά και ηλεκτροµαγνητικά πεδία που βασίζονται άµεσα σε 13

14 αποδεδειγµένες επιπτώσεις στην υγεία και σε βιολογικές µελέτες.ανάλογα µε τη συχνότητα του πεδίου τα φυσικά µεγέθη που χρησιµοποιούνται για να προσδιορίσουν αυτούς τους περιορισµούς είναι η πυκνότητα µαγνητικής ροής, η πυκνότητα ρεύµατος, η ταχύτητα ειδικής απορρόφησης ενέργειας και η πυκνότητα ισχύος. Επίπεδα αναφοράς είναι τα επίπεδα που χρησιµοποιούνται για την πρακτική εκτίµηση της έκθεσης προκειµένου να διαπιστωθεί το ενδεχόµενο υπέρβασης των βασικών περιορισµών.ορισµένα επίπεδα αναφοράς προέρχονται από σχετικούς βασικούς περιορισµούς µε τη χρήση µετρήσεων ή/και διαδικασιών υπολογισµού, ενώ άλλα περιλαµβάνουν την αντίληψη και τις δυσµενείς έµµεσες επιπτώσεις της έκθεσης σε ΗΜΠ.Τα παράγωγα φυσικά µεγέθη είναι η ένταση ηλεκτρικού πεδίου, η ένταση µαγνητικού πεδίου, η πυκνότητα µαγνητικής ροής, η πυκνότητα ισχύος και το ρεύµα άκρων.σε κάθε κατάσταση έκθεσης οι µετρούµενες ή υπολογιζόµενες τιµές πολλών από αυτά τα µεγέθη µπορούν να συγκριθούν µε το αντίστοιχο επίπεδο αναφοράς.η συµµόρφωση µε το επίπεδο αναφοράς εξασφαλίζει και τη συµµόρφωση µε τον αντίστοιχο βασικό περιορισµό.εάν η µετρούµενη τιµή υπερβαίνει το επίπεδο αναφοράς δεν έπεται κατ ανάγκη και υπέρβαση του αντίστοιχου βασικού περιορισµού.πάντως κάτω από αυτές τις συνθήκες θα πρέπει να εξακριβωθεί η συµµόρφωση ή µη µε τον αντίστοιχο βασικό περιορισµό. Ανάλογα µε τη συχνότητα χρησιµοποιούνται τα ακόλουθα φυσικά µεγέθη για τον προσδιορισµό των βασικών περιορισµών όσον αφορά τα ηλεκτροµαγνητικά πεδία Για συχνότητες από 0-1 Ηz προβλέπονται βασικοί περιορισµοί για την πυκνότητα µαγνητικής ροής στατικών µαγνητικών πεδίων(0 Ηz) και για την πυκνότητα ρεύµατος χρονικώς µεταβαλλόµενων πεδίων έως 1 Ηz για την πρόληψη επιπτώσεων στο καρδιαγγειακό και το κεντρικό νευρικό σύστηµα Για συχνότητες από 1 Ηz-10ΜΗz προβλέπονται βασικοί περιορισµοί για την πυκνότητα ρεύµατος για την πρόληψη επιπτώσεων σε λειτουργίες του νευρικού συστήµατος Γαι συχνότητες από 100ΚΗz έως 10GΗz προβλέπονται βασικοί περιορισµοί για τη SAR, για την πρόληψη θερµοπληξίας ολόκληρου του σώµατος και υπερβολικής τοπικής θέρµανσης των ιστών.για συχνότητες από 100ΚΗz έως 10ΜΗz προβλέπονται βασικοί περιορισµοί και για την πυκνότητα ρεύµατος και για την SAR. 14

15 Για συχνότητες από 10GΗz έως 300GΗz προβλέπονται βασικοί περιορισµοί για την πυκνότητα ισχύος για την πρόληψη της θέρµανσης των ιστών στην επιφάνεια του σώµατος ή κοντά της. Οι βασικοί περιορισµοί ως προς κάποια από τα παραπάνω µεγέθη φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί Πίνακας 2.1 ΒΑΣΙΚΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ, ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ (0-300GHz) Πυκνότητα Πυκνότητα Πυκνότητα Ζώνη Μαγνητικής Ρεύµατος Ισχύος Συχνοτήτων Ροής (ma/m 2 ) (W/m 2 ) (mτ) (rms) 0 Hz >0-1 Hz Hz - 8/f Hz - 2-1KHz-100KHz - f/ khz-10mhz - f/500-10mhz-10ghz GHz-300GHz f είναι η συχνότητα του ρεύµατος σε Ηz. Για λόγους σύγκρισης µε τις τιµές των µετρούµενων µεγεθών προβλέπονται επίπεδα αναφοράς όσον αφορά την έκθεση.η τήρηση όλων των προτεινόµενων επιπέδων αναφοράς θα εξασφαλίσει και την τήρηση των βασικών περιορισµών. Τα επίπεδα αναφοράς για τον περιορισµό της έκθεσης προέρχονται από τους βασικούς περιορισµούς υπό συνθήκες µέγιστης σύζευξης του πεδίου µε το εκτιθέµενο σε αυτό άτοµο παρέχοντας έτσι το µέγιστο βαθµό προστασίας.τα επίπεδα αναφοράς αποτελούν γενικά µέσες τιµές για όλο το σώµα του εκτιθέµενου ατόµου µε τη σηµαντική όµως προϋπόθεση ότι δε θα γίνει υπέρβαση των βασικών περιορισµών τοπικής έκθεσης. 15

16 Πίνακας 2.2 ΕΠΙΠΕ Α ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ, ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ (0-300GHz,σταθερές τιµές rms) Ζώνη συχνοτήτων Πυκνότητα Ένταση ηλεκτρικού Ένταση µαγνητικού µαγνητικής ροής πεδίου Ε πεδίου Η πεδίου Β (V/m) (Α/m) (µτ) 0-1 Hz - 3,2*10 4 4* Hz ,2*10 4 /f 2 4*10 4 /f Hz /f 5000/f 0,025-0,8ΚHz 250/f 4/f 5/f 0,8-3ΚHz 250/f 5 6, ΚHz ,25 0,15-1ΜHz 87 0,73/f 0,92/f 1-10ΜHz 87/f 1/2 0,73/f 0.92/f ΜHz 28 0,073 0, ΜHz 1,375f 1/2 0,0037f 1/2 0,0046f 1/ GHz 61 0,16 0,20 Η f ορίζεται στην αντίστοιχη στήλη συχνοτήτων. Την οδηγία συµπληρώνουν επίσης διευκρινίσεις ως προς τα φυσικά µεγέθη και σε σχέση µε συγκεκριµένες ζώνες συχνοτήτων, καθώς και η διαδικασία υπολογισµού των βασικών περιορισµών και των επιπέδων αναφοράς σε περίπτωση έκθεσης σε πηγές πολλαπλών συχνοτήτων. 16

17 3. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΡΗΤΙΚΩΝ ΠΗΝΙΩΝ Το όργανο το οποίο χρησιµοποιήθηκε για τις µετρήσεις οι οποίες έγιναν χρησιµοποιεί ως µετρητική διάταξη τρία πηνία τα οποία σχηµατίζουν µεταξύ τους ένα σύστηµα συντεταγµένων x, y, z.με τον τρόπο αυτό το όργανο έχει τη δυνατότητα να µετρήσει τόσο τη συνιστάµενη πυκνότητα µαγνητικής ροής όσο και τις 3 διαφορετικές συνιστώσες.για το λόγο αυτό στο παρόν κεφάλαιο θα γίνει αναφορά στα µετρητικά πηνία. Ένα καλό µετρητικό πηνίο είναι απαραίτητο έτσι ώστε το όργανο που µετράει µε τη βοήθεια αυτού να λειτουργεί ικανοποιητικά.ευτυχώς τα µετρητικά πηνία είναι τα πιο ανέξοδα από όλα τα αισθητήρια µαγνητικών πεδίων και µπορούν να κατασκευαστούν εύκολα και γρήγορα, χωρίς να επηρεαστεί η ικανότητα µέτρησης τους. Ένα µετρητικό πηνίο κατασκευάζεται από έναν αριθµό στροφών ενός καλωδίου, έτσι ώστε να έχει µέγεθος ικανό για να περικλείει τον υπό δοκιµή µαγνήτη.πάντως αν θέλουµε να επαναλάβουµε τα πειράµατα ή να µετρήσουµε σχεδόν παρόµοιους µαγνήτες, είναι απαραίτητο να γνωρίζουµε όλες τις παραµέτρους του.εάν θέλουµε να του δώσουµε κάποιο συγκεκριµένο σχήµα αυτό µπορούµε να το κάνουµε τυλίγοντας το πάνω σε έναν πυρήνα από fiberglass ή pherolic. Όταν ένα πηνίο χρειάζεται να προσδιορίσει µόνο τη ροή ενός µαγνήτη ή ενός µαγνητικού κυκλώµατος, τότε το µόνο που χρειάζεται είναι ο αριθµός των στροφών του.το πηνίο µπορεί να έχει οποιοδήποτε σχήµα, στρόγγυλο, ορθογώνιο ή τετράγωνο.μια παράµετρος που µας ενδιαφέρει ιδιαίτερα είναι το αξονικό µήκος του πηνίου.το ιδανικό είναι αυτό το µήκος να γίνει µηδέν.αυτό είναι φανερό αν σκεφτεί κανείς ότι το πηνίο δε µετράει τη ροή της περιοχής που βρίσκεται κάτω από αυτό το µήκος. Όταν θέλουµε να µετρήσουµε ένα ραβδοειδή µαγνήτη ή ένα µαγνήτη σχήµατος πετάλου, τότε τοποθετούµε το µετρητικό πηνίο στο λεγόµενο ουδέτερο σηµείο του µαγνήτη.αυτό θεωρητικά βρίσκεται στο κέντρο ανάµεσα στους δύο πόλους.στην πραγµατικότητα το ουδέτερο σηµείο ξεφεύγει λίγο από τη θέση αυτή.για να βρούµε αυτό το µαγνητικό κέντρο τοποθετούµε το πηνίο κοντά στο φυσικό κέντρο και το µετακινούµε µέχρι να βρούµε ένα σηµείο στο οποίο οποιαδήποτε κίνηση να προκαλεί µεταβολή στην ένδειξη του ροοµετρητή, µε τον οποίο συνεργάζεται το πηνίο. Αν τώρα το πηνίο έχει αρκετό αξονικό µήκος, η περιοχή κάτω από αυτό το µήκος δε θα µπορεί να µετρηθεί καθώς το πεδίο θα µετακινείται, γιατί για µια µικρή απόσταση κάποια από τη ροή θα ακυρώνεται.για να γίνει αυτό καλύτερα κατανοητό ας θεωρήσουµε ότι έχουµε ένα πηνίο µε αξονικό µήκος 2,5cm.Όταν τοποθετήσουµε 17

18 το κέντρο του πηνίου στο κέντρο ενός µαγνήτη τότε 1,25cm του πηνίου θα έχουν µια πολικότητα και τα υπόλοιπα 1,25cm του πηνίου θα έχουν την αντίθετη πολικότητα.όταν το πηνίο µετακινείται προς µια κατεύθυνση το µισό πηνίο που βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά από αυτήν της φοράς της κίνησης θα τείνει να δηµιουργήσει ένα ηλεκτροµαγνητικό πεδίο αντίθετης διεύθυνσης από αυτό που δηµιουργεί το άλλο µισό.όταν τελικά και τα δύο µισά περάσουν το κέντρο του µαγνήτη το πηνίο θα δηµιουργεί από εκεί και πέρα ένα πεδίο ίδιας διεύθυνσης το οποίο θα προστίθεται στο πεδίο του άλλου µισού. Στην πραγµατικότητα κανένα πηνίο δεν έχει τέτοιο µήκος, αλλά αυτό το παράδειγµα εξηγεί γιατί τα µήκη των πηνίων είναι όσο το δυνατόν πιο µικρά.το φαινόµενο αυτό της ακύρωσης µεγαλώνει όταν το µήκος του µαγνήτη είναι συγκρίσιµο µε το αξονικό µήκος του πηνίου. Το ακτινικό βάθος ενός µετρητικού πηνίου πρέπει επίσης να κρατηθεί σχετικά µικρό, αν και αυτό δεν είναι τόσο σηµαντικό όσο η αναγκαιότητα για µικρό αξονικό µήκος.αναγκαστικά θα έχουµε µια αξονική αύξηση του µήκους λόγω των πολλών στρώσεων ώστε να έχουµε ικανοποιητικές στροφές του πηνίου.το λάθος που επεισέρχεται εξαιτίας της κατασκευής αυτής είναι πολύ µικρό. Αν το ροόµετρο χρησιµοποιείται για να προσδιορίσει τη µαγνητική ροή ενός µαγνητικού πεδίου η περιοχή που περικλείεται από το πηνίο πρέπει να είναι γνωστή όπως και ο αριθµός των στροφών του πηνίου.αυτό εκφράζεται µε το γινόµενο ΝΑ που είναι το γινόµενο των στροφών του πηνίου επί την περιοχή του πηνίου σε cm 2.Μέσω του γινοµένου αυτού υπολογίζονται οι λεγόµενες εµβαδοστροφές του πηνίου.η ακρίβεια του ΝΑ εξαρτάται από την ακρίβεια µε την οποία µετράµε την ακτίνα του πηνίου.ένα καλό µικρόµετρο είναι απαραίτητο για να γίνουν ακριβείς µετρήσεις. Το εµβαδό προκύπτει από τη γνωστή εξίσωση Α=πr 2 όπου Α=εµβαδό σε cm 2, r=ακτίνα του πηνίου σε cm και π=3,1416 Η ακτίνα προσδιορίζεται υπολογίζοντας τη µέση διάµετρο του πηνίου και διαιρώντας την διά δύο.η µέση διάµετρος είναι η απόσταση τών κέντρων δύο συρµάτων από αντίθετες µεριές του πηνίου.αν το πηνίο είναι τετραγωνικό ή ορθογωνικό το µέσο µήκος επί το µέσο πάχος πολλαπλασιάζονται για να βρεθεί το εµβαδό, όπου το µέσο µήκος και το µέσο πάχος είναι η απόσταση µεταξύ των κέντρων των συρµάτων. Μερικές φορές χρησιµοποιούνται πολλές στρώσεις για να µπορέσουµε να πάρουµε ικανοποιητικό αριθµό στροφών έτσι ώστε να έχουµε καλύτερη ευαισθησία.οι στρώσεις πρέπει να τοποθετούνται προσεκτικά η µία πάνω στην άλλη 18

19 και η µέση διάµετρος καθώς και ο αριθµός στροφών της κάθε στρώσης να σηµειώνεται προσεκτικά.κάθε στρώση στη συνέχεια λαµβάνεται υπόψη σαν ένα ξεχωριστό πηνίο και βρίσκονται οι εµβαδοστροφές της.κατόπιν προστίθενται όλες οι επιµέρους εµβαδοστροφές και βρίσκουµε τις ολικές.η µέση τιµή της διαµέτρου υπολογίζεται γνωρίζοντας τη διάµετρο του καλωδίου και τη µέση διάµετρο της πρώτης στρώσης.από εκεί και πέρα για τις υπόλοιπες στρώσεις απλούστατα προσθέτουµε τη διάµετρο ενός καλωδίου. Όταν παίρνουµε µετρήσεις µε µετρητικά πηνία θα πρέπει να προσέχουµε το εµβαδό του πηνίου να είναι µικρότερο από το εµβαδό του αέρα της περιοχής στην οποία γίνεται η µέτρηση.σε οποιαδήποτε µέτρηση στην οποία χρησιµοποιείται µετρητικό πηνίο ή οποιοσδήποτε άλλος µαγνητικός αισθητήρας είναι σηµαντικό ο άξονας του πηνίου να ευθυγραµµίζεται µε τον άξονα του µαγνητικού πεδίου.οποιαδήποτε διαφορά στην ευθυγράµµιση θα δηµιουργεί ένα λάθος το οποίο θα µεγαλώνει όσο θα µεγαλώνει η γωνία της µη ευθυγράµµισης. Άλλος ένας σηµαντικός παράγοντας που θα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη είναι το καλώδιο που συνδέει το πηνίο µε το ροοµετρητή.αυτό το καλώδιο µπορεί να έχει οποιοδήποτε µήκος.όµως δε θα πρέπει να µπορεί να λαµβάνει από µόνο του οποιαδήποτε µαγνητική ροή.η ροή που τυχόν λαµβάνει προστίθεται ή αφαιρείται δηµιουργώντας µε τον τρόπο αυτό ένα λάθος στις µετρήσεις.καλύτερες λύσεις ώστε να µην αντιµετωπίζονται τέτοιου είδους προβλήµατα είναι το οµοαξονικό καλώδιο και το καλώδιο που αποτελείται από δύο περιελιγµένα σύρµατα. Η αντίσταση του καλωδίου και του πηνίου συνήθως δεν παίζει κάποιο ρόλο.αυτό όµως ισχύει µέχρι η τιµή τους να αρχίσει να επηρεάζει τη συνολική αντίσταση εισόδου σε κάποιο αξιόλογο βαθµό.το λάθος που εισάγεται από την αντίσταση του πηνίου µπορεί να διορθωθεί αν στις εξισώσεις αντί της αντίστασης του ροοµετρητή, βάλουµε το άθροισµα των αντιστάσεων του ροοµετρητή και της αντίστασης του πηνίου. 19

20 4. ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΠΗΝΙΩΝ ΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕ ΙΩΝ ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ ΧΑΜΗΛΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Πηνία που να µπορούν να µετράνε µαγνητικά πεδία εξαιρετικά χαµηλών συχνοτήτων µπορούν γρήγορα, εύκολα και φθηνά να κατασκευαστούν χρησιµοποιώντας υλικά ήδη έτοιµα.σχεδόν κάθε µιλιβολτόµετρο µε υψηλή αυτεπαγωγή µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως όργανο µέτρησης. Ένα όργανο που µετράει τέτοια µαγνητικά πεδία µπορεί να αποτελείται από ένα µετρητικό πηνίο και ένα όργανο µέτρησης είτε αναλογικό είτε ψηφιακό.το πηνίο µπορεί να τυλιχτεί σε έναν κύλινδρο µεγάλης διαµέτρου(15-20cm) µε σχετικά λίγες στροφές ή σε έναν πιο µικρό κύλινδρο ώστε το πηνίο να έχει χιλιάδες στροφές.όπου επιθυµείται µεγάλη ακρίβεια ένας απλός ενισχυτής µε κέρδος 50 ή 100 µπορεί να προστεθεί.ένα τέτοιο όργανο µπορεί να µετρήσει από τις βιοµηχανικές συχνότητες(50/60ηz) µέχρι την ακουστική συχνότητα. Η σχέση από την οποία µπορούµε να πάρουµε τη µαγνητική επαγωγή ενός εναλλασσόµενου µαγνητικού πεδίου χρησιµοποιώντας ένα µετρητικό πηνίο είναι: B=E 10 4 /N Α ω cosθ (4.1) όπου Β=µαγνητική επαγωγή σε Tesla E=επαγόµενη τάση στο πηνίο σε Volt N=αριθµός στροφών του σύρµατος του πηνίου Α=µέσο εµβαδό που περικλείεται από το πηνίο σε cm 2 ω=2πf όπου f η συχότητα σε Hz θ=η γωνία µεταξύ του άξονα του πηνίου και της διεύθυνσης του µαγνητικού πεδίου.όταν οι δύο αυτοί άξονες συµπίπτουν, τότε έχουµε τη µέγιστη ένδειξη τάσης στο οργάνο, η γωνία είναι 0 και το συνηµίτονο 1. Αν θέλουµε να λύσουµε ως προς την τάση τότε: Ε=Β Ν Α ω cosθ 10-4 (V) (4.2) Ένα σχετικά µεγάλης διαµέτρου πηνίο µπορεί να κατασκευασθεί από ένα µικρού µήκους φαινολικό πλαστικό ή από fiberglass κύλινδρο έχοντας διάµετρο 15 µε 25cm.Το αξονικό µήκος χρειάζεται σε αυτή την περίπτωση να είναι από 1,25 έως 2,5cm.Τέτοιου είδους κύλινδροι από ξύλο ή από πλαστικό διατίθενται στο εµπόριο.αυτοί οι κύλινδροι έχουν µεγάλη ποικιλία στο µέγεθος και είναι κατάλληλοι για την κατασκευή µεγάλων µετρητικών πηνίων.προσοχή όµως γιατί αυτοί οι κύλινδροι δε θα πρέπει να έχουν επάνω τους κανένα είδος µετάλλου. 20