Efeitos da blindagem eletromagnética no ambiente de laboratório de microscopia eletrônica (Parte 5): O aterramento dos microscópios eletrônicos

Como é bem sabido, o equipamento eléctrico requer ligação à terra para protecção de segurança. O invólucro externo ou as peças metálicas expostas de vários dispositivos precisam ser diretamente conectados ao terra para garantir que, no caso de um curto-circuito ou vazamento, a tensão no invólucro ou nas peças metálicas expostas permaneça dentro de uma faixa segura para contato humano (o o padrão de segurança atual especifica uma tensão não superior a 24 V), garantindo assim a segurança pessoal.

Os microscópios Meletrônicos não são exceção e também exigem aterramento por segurança. No caso de vazamento do sistema, é fornecido um caminho de descarga para garantir a segurança dos operadores ou do pessoal de manutenção.

No entanto, há um requisito especial para microscópios Eelétrons M. O fio de aterramento do microscópio eletrônico serve como ponto de referência comum de "potencial zero" para vários subsistemas dentro do microscópio eletrônico (como detectores, amplificadores de processamento de sinal, controle de feixe de elétrons, etc.), e a tensão deve ser estável em potencial zero.

Em teoria, o fio terra é um ponto de referência com tensão zero. Porém, na prática, quando há uma corrente no circuito de aterramento (essa corrente é geralmente chamada de corrente de fuga ou corrente de aterramento, que é a soma vetorial das correntes de fuga geradas por vários equipamentos elétricos), qualquer terminal de aterramento no aterramento o circuito terá uma tensão de terra (porque a resistência de aterramento de qualquer fio de aterramento, embora pequena, não pode ser zero, de acordo com a lei de Ohm V = IR, a tensão de terra V não será zero quando a corrente de fuga I for diferente de zero).

Embora essa tensão de terra seja geralmente insignificante, para microscópios Eelétrons M que muitas vezes precisam ampliar imagens de dezenas de milhares a milhões de vezes, o o impacto resultante é muitas vezes significativo e não pode ser ignorado.

A flutuação da tensão de terra causa diretamente artefatos semelhantes a campos magnéticos e interferência de vibração nas bordas verticais da imagem digitalizada e, em casos graves, pode causar trepidação da imagem.

A solução para este problema é simples: configurar um circuito de aterramento dedicado especificamente para o microscópio eletrônico, conhecido como "loop de terra único". Isso elimina a interferência das correntes de fuga de outros dispositivos elétricos no mesmo circuito de alimentação para o microscópio Eelétron M.

Observe que o corpo de aterramento, o fio de aterramento e o terminal de aterramento devem ser independentes e não conectados a nenhum corpo condutor para garantir a total independência do fio de aterramento.

Os seguintes erros comuns devem ser evitados:

1) Não instalar um corpo de aterramento completamente independente, mas simplesmente colocar um fio de aterramento conectado a um corpo de aterramento comum.

2) Embora haja um corpo de aterramento separado, o fio terra ou terminal de aterramento é conectado a um fio terra comum ou a outros dispositivos elétricos.

3) Tente evitar o uso de "caixas de terminais equipotenciais" que geralmente são conectadas ao fio terra comum ou estão em curto com quilhas de aço leve.

4) Tente evitar usar um único fio de aterramento para dois ou mais microscópios eletrônicos (alguns usuários têm vários microscópios e relutam em instalar um fio de aterramento separado para cada microscópio).

5) Não utilize condutores metálicos subterrâneos existentes como corpo de aterramento, como barras de reforço nas vigas inferiores dos edifícios, pois são propriedade pública. Não peça emprestado o corpo de aterramento do sistema de corrente fraca, pois eles não são confiáveis.

O requisito de resistência de aterramento para microscópios eletrônicos não é alto na prática. Há alguns anos, uma determinada marca exigia uma resistência inferior a 100 ohms. Atualmente, a maioria dos fabricantes exige uma resistência de 1 a 10 ohms.

A construção de aterramento geralmente inclui métodos do tipo "poço profundo" e "tipo poço raso" (ver Figuras 1 e 2). Observe que, independentemente do método utilizado, deve ser mantida uma distância de mais de quatro metros em linha reta do corpo de aterramento a qualquer metal subterrâneo para evitar interferências.

Instruções de construção de poço profundo (para referência):

1. Faça um furo profundo: com um diâmetro de cerca de 50-100 milímetros e uma profundidade de cerca de 3-20 metros, é suficiente atingir uma camada de solo úmido.

2. Corpo de aterramento: um tubo de cobre com espessura de parede de 2 milímetros (também pode ser usada uma haste de cobre) com diâmetro de cerca de 30 milímetros e comprimento de cerca de 0,5 metros, soldado ao fio de aterramento (pelo menos três pontos ) e levou até a vizinhança do microscópio eletrônico.

3. Fio de aterramento: 4-10 milímetros quadrados de fio de núcleo de cobre multifilamentos de borracha ou plástico.

4. Melhorador de condutividade: cerca de 2-3 kg de sal e carvão.

5. Processo de construção: Coloque o corpo de aterramento no fundo do furo, prepare uma ferramenta longa e fina (vergalhão, cano de água, etc.), preencha gradativamente o melhorador de condutividade de baixo para cima e compacte-o, depois continue aterrando e compactando, pagando atenção especial à compactação e aperto ao redor do corpo de aterramento e tome cuidado para não quebrar o fio de aterramento.

Figura 1. Diagrama de tipo de poço profundo

Instruções de construção do tipo poço raso (para referência):

1. Escavar um poço raso com uma profundidade de cerca de 0,5-2 metros, atingir uma camada de solo úmido é suficiente.

2. Corpo de aterramento: uma placa de cobre de cerca de 0,5×0,5 metros com espessura de 2-3 milímetros, soldada ao fio de aterramento (pelo menos três pontos) e conduzida até as proximidades do microscópio eletrônico.

3. Fio de aterramento: 4-10 milímetros quadrados de fio de núcleo de cobre multifilamentos de borracha ou plástico.

4. Melhorador de condutividade: cerca de 2,5-5 kg ​​de sal e carvão.

5. Processo de construção: Coloque a placa de cobre verticalmente no fundo do poço, primeiro cubra-a com o melhorador de condutividade, compacte e aperte, depois continue aterrando e compactando, tomando cuidado para não quebrar o fio de aterramento.

Figura 2. Diagrama de poço raso

O “tipo poço profundo” é adequado para locais onde é difícil escavar o solo ou onde o nível do lençol freático é profundo. De modo geral, o "tipo de fossa rasa" é o método mais comum.

Independentemente do "tipo poço profundo" ou "tipo poço raso", de acordo com este processo de construção, a resistência de aterramento pode ser alcançada entre 4 e 10 ohms (para um único corpo de aterramento).

Em locais onde a resistência do solo é alta, vários corpos de aterramento podem ser conectados para formar um pequeno sistema de aterramento para reduzir a impedância de aterramento. Neste caso, a distância entre cada corpo de aterramento deve ser de 0,3-0,5 metros (o mesmo furo pode ser usado para o tipo de poço profundo).

Através de testes reais, a resistência de aterramento de um único corpo de aterramento é normalmente em torno de 4 ohms, dois corpos de aterramento têm cerca de 3 ohms, três corpos de aterramento têm cerca de 2 ohms e seis a dez corpos de aterramento podem atingir uma resistência abaixo de 1 ohm (dependendo da resistividade do solo).

Como o perigo de "tensão de passo" não existe, não há necessidade de seguir a prática de um sistema de aterramento de rede de proteção contra raios.

Ao mesmo tempo, para reduzir a influência de outros condutores subterrâneos próximos, este pequeno sistema de aterramento deve ocupar a menor área subterrânea possível.

Para evitar curtos-circuitos acidentais, o fio de aterramento deve ser conectado diretamente ao fio de aterramento do Eelétron Mmicroscópio (ou do barramento de aterramento dentro do microscópio eletrônico), sem utilizar caixas de aterramento ou caixas de ligação comuns, não entrar em outras caixas de ligação equipotenciais ou caixas de distribuição e não estar conectado a barramentos.