Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 5): la conexión a tierra de los microscopios electrónicos

Como es bien sabido, los equipos eléctricos requieren conexión a tierra para su protección. La carcasa exterior o las partes metálicas expuestas de varios dispositivos deben conectarse directamente a tierra para garantizar que, en caso de cortocircuito o fuga, el voltaje en la carcasa o las piezas metálicas expuestas permanezca dentro de un rango seguro para el contacto humano (el La norma de seguridad actual especifica un voltaje que no excede los 24 V), garantizando así la seguridad personal.

Los Mmicroscopios electrónicos no son una excepción y también requieren conexión a tierra por motivos de seguridad. En caso de una fuga en el sistema, se proporciona una ruta de descarga para garantizar la seguridad de los operadores o del personal de mantenimiento.

Sin embargo, existe un requisito especial para los microscopios Eelectrones M. El cable de conexión a tierra del microscopio electrónico sirve como punto de referencia común de "potencial cero" para varios subsistemas dentro del microscopio electrónico (como detectores, amplificadores de procesamiento de señales, control del haz de electrones, etc.), y el voltaje debe ser estable a potencial cero.

En teoría, el cable de tierra es un punto de referencia con voltaje cero. Sin embargo, en la práctica, cuando hay una corriente en el circuito de puesta a tierra (esta corriente generalmente se denomina corriente de fuga o corriente de tierra, que es la suma vectorial de las corrientes de fuga generadas por varios equipos eléctricos), cualquier terminal de puesta a tierra en el circuito de puesta a tierra El circuito tendrá un voltaje de tierra (debido a que la resistencia a tierra de cualquier cable de tierra, aunque pequeña, no puede ser cero, de acuerdo con la ley de Ohm V = IR, el voltaje de tierra V no será cero cuando la corriente de fuga I sea distinta de cero).

Aunque este voltaje de tierra suele ser insignificante, para Eelectrones Mmicroscopios que a menudo necesitan ampliar imágenes entre decenas de miles y millones de veces, el El impacto resultante suele ser significativo y no puede ignorarse.

La fluctuación del voltaje de tierra causa directamente artefactos similares a campos magnéticos e interferencias de vibración en los bordes verticales de la imagen escaneada y, en casos severos, puede causar vibración en la imagen.

La solución a este problema es simple y consiste en configurar un circuito de conexión a tierra dedicado específicamente para el microscopio electrónico, lo que se conoce como "bucle de tierra único". Esto elimina la interferencia de las corrientes de fuga de otros dispositivos eléctricos en el mismo circuito de alimentación al Eelectrón Mmicroscopio.

Tenga en cuenta que el cuerpo de tierra, el cable de tierra y el terminal de tierra deben ser independientes y no estar conectados a ningún cuerpo conductor para garantizar la total independencia del cable de tierra.

Se deben evitar los siguientes errores comunes:

1) No instalar un cuerpo de tierra completamente independiente, sino simplemente tender un cable de tierra conectado a un cuerpo de tierra común.

2) Aunque hay un cuerpo de conexión a tierra independiente, el cable de conexión a tierra o el terminal de conexión a tierra están conectados a un cable de conexión a tierra común u otros dispositivos eléctricos.

3) Trate de evitar el uso de "cajas de terminales equipotenciales" que generalmente están conectadas al cable de tierra común o que están en cortocircuito con quillas de acero livianas.

4) Trate de evitar el uso de un solo cable de tierra para dos o más microscopios electrónicos (algunos usuarios tienen varios microscopios y se muestran reacios a instalar un cable de tierra separado para cada microscopio).

5) No utilice conductores metálicos subterráneos existentes como cuerpo de conexión a tierra, como barras de refuerzo en las vigas inferiores de los edificios, ya que son propiedad pública. No tome prestado el cuerpo de conexión a tierra del sistema de corriente débil, ya que no es confiable.

El requisito de resistencia a tierra para microscopios electrónicos no es alto en la práctica. Hace unos años, cierta marca exigía una resistencia inferior a 100 ohmios. Actualmente, la mayoría de los fabricantes exigen una resistencia de 1 a 10 ohmios.

La construcción de puesta a tierra generalmente incluye métodos de "tipo pozo profundo" y "tipo pozo poco profundo" (ver Figuras 1 y 2). Tenga en cuenta que, independientemente del método utilizado, se debe mantener una distancia de más de cuatro metros en línea recta desde el cuerpo de conexión a tierra hasta cualquier metal subterráneo para evitar interferencias.

Instrucciones de construcción de pozos profundos (como referencia):

1. Haga un agujero profundo: con un diámetro de unos 50-100 milímetros y una profundidad de unos 3-20 metros, es suficiente alcanzar una capa de suelo húmedo.

2. Cuerpo de conexión a tierra: un tubo de cobre con un espesor de pared de 2 milímetros (también se puede usar una varilla de cobre) con un diámetro de aproximadamente 30 milímetros y una longitud de aproximadamente 0,5 metros, soldado al cable de conexión a tierra (al menos tres puntos ) y condujo a las proximidades del microscopio electrónico.

3. Cable de conexión a tierra: 4-10 milímetros cuadrados de cable con núcleo de cobre multifilar de caucho o plástico.

4. Mejorador de la conductividad: alrededor de 2-3 kilogramos de sal y carbón vegetal.

5. Proceso constructivo: Colocar el cuerpo de puesta a tierra en el fondo del pozo, preparar una herramienta larga y delgada (barra de refuerzo, tubería de agua, etc.), llenar gradualmente el mejorador de conductividad de abajo hacia arriba y compactarlo, luego continuar rellenando y compactando, pagando. Preste especial atención a compactar y apretar alrededor del cuerpo de conexión a tierra y tenga cuidado de no romper el cable de conexión a tierra.

Figura 1. Diagrama de tipo de pozo profundo

Instrucciones de construcción tipo pozo poco profundo (como referencia):

1. Excave un pozo poco profundo con una profundidad de aproximadamente 0,5 a 2 metros, alcanzando una capa de suelo húmedo es suficiente.

2. Cuerpo de puesta a tierra: una placa de cobre de aproximadamente 0,5×0,5 metros con un espesor de 2-3 milímetros, soldada al cable de tierra (al menos tres puntos) y conducida a las proximidades del microscopio electrónico.

3. Cable de conexión a tierra: 4-10 milímetros cuadrados de cable con núcleo de cobre multifilar de caucho o plástico.

4. Mejorador de la conductividad: alrededor de 2,5 a 5 kilogramos de sal y carbón vegetal.

5. Proceso constructivo: Colocar la placa de cobre verticalmente en el fondo de la fosa, primero cubrirla con el mejorador de conductividad, compactarla y apretarla, luego continuar rellenando y compactando, teniendo cuidado de no romper el cable de tierra.

Figura 2. Diagrama de pozo poco profundo

El "tipo pozo profundo" es adecuado para lugares donde es difícil excavar el suelo o el nivel del agua subterránea es profundo. En términos generales, el "tipo pozo poco profundo" es el método más común.

Independientemente del "tipo pozo profundo" o "tipo pozo poco profundo", según este proceso de construcción, la resistencia de puesta a tierra se puede lograr entre 4 y 10 ohmios (para un solo cuerpo de puesta a tierra).

En lugares donde la resistencia del suelo es alta, se pueden conectar múltiples cuerpos de conexión a tierra para formar un pequeño sistema de conexión a tierra para reducir la impedancia de conexión a tierra. En este caso, la distancia entre cada cuerpo de puesta a tierra debe ser de 0,3 a 0,5 metros (se puede utilizar el mismo pozo para el tipo de pozo profundo).

A través de pruebas reales, la resistencia de puesta a tierra de un solo cuerpo de tierra es típicamente de alrededor de 4 ohmios, dos cuerpos de tierra son de alrededor de 3 ohmios, tres cuerpos de tierra son de alrededor de 2 ohmios y de seis a diez cuerpos de tierra pueden lograr una resistencia inferior a 1 ohmios (dependiendo de la resistividad del suelo).

Dado que no existe el peligro de "tensión de paso", no es necesario seguir la práctica de un sistema de puesta a tierra de red de protección contra rayos.

Al mismo tiempo, para reducir la influencia de otros conductores subterráneos cercanos, este pequeño sistema de puesta a tierra debe ocupar la menor superficie subterránea posible.

Para evitar cortocircuitos accidentales, el cable de tierra debe conectarse directamente al cable de tierra del Eelectrón Mmicroscopio (o el bus de puesta a tierra dentro del microscopio electrónico), sin utilizar cajas de conexión a tierra o cajas de terminales comunes, no entrar en otras cajas de terminales equipotenciales o cajas de interruptores y no estar conectado a barras colectoras.