Effetti della schermatura elettromagnetica nell'ambiente di laboratorio di microscopia elettronica (Parte 5): La messa a terra dei microscopi elettronici

Come è noto, le apparecchiature elettriche necessitano di messa a terra per la protezione di sicurezza. L'involucro esterno o le parti metalliche esposte di vari dispositivi devono essere collegati direttamente a terra per garantire che, in caso di cortocircuito o dispersione, la tensione sull'involucro o sulle parti metalliche esposte rimanga entro un intervallo sicuro per il contatto umano (l' l'attuale standard di sicurezza specifica una tensione non superiore a 24 V), garantendo così la sicurezza personale.

I microscopi Melettronici non fanno eccezione e richiedono anche la messa a terra per motivi di sicurezza. In caso di perdita del sistema, viene fornito un percorso di scarico per garantire la sicurezza degli operatori o del personale di manutenzione.

Tuttavia esiste un requisito speciale per gli Emicroscopi elettronici M. Il filo di terra del microscopio elettronico funge da punto di riferimento comune del "potenziale zero" per vari sottosistemi all'interno del microscopio elettronico (come rilevatori, amplificatori di elaborazione del segnale, controllo del fascio di elettroni, ecc.) e la tensione deve essere stabile al potenziale zero.

In teoria, il filo di terra è un punto di riferimento con tensione zero. Tuttavia, in pratica, quando è presente una corrente nel circuito di terra (questa corrente viene solitamente definita corrente di dispersione o corrente di terra, che è la somma vettoriale delle correnti di dispersione generate da varie apparecchiature elettriche), qualsiasi terminale di terra nel circuito di terra il circuito avrà una tensione di terra (poiché la resistenza di terra di qualsiasi filo di terra, anche se piccolo, non può essere zero, secondo la legge di Ohm V=IR, la tensione di terra V non sarà zero quando la corrente di dispersione I è diversa da zero).

Sebbene questa tensione di terra sia solitamente trascurabile, per i microscopi Eelettronici M che spesso necessitano di ingrandire le immagini da decine di migliaia a milioni di volte, la l'impatto risultante è spesso significativo e non può essere ignorato.

La fluttuazione della tensione di terra provoca direttamente artefatti simili a campi magnetici e interferenze di vibrazione sui bordi verticali dell'immagine scansionata e, nei casi più gravi, può causare tremolio dell'immagine.

La soluzione a questo problema è semplice e consiste nel realizzare un circuito di messa a terra dedicato specifico per il microscopio elettronico, denominato "single ground loop". Ciò elimina l'interferenza delle correnti di dispersione di altri dispositivi elettrici sullo stesso circuito di alimentazione al Eelettrone Microscopio.

Si noti che il corpo di terra, il filo di terra e il terminale di terra devono essere tutti indipendenti e non collegati ad alcun corpo conduttore per garantire la completa indipendenza del filo di terra.

I seguenti errori comuni dovrebbero essere evitati:

1) Non installare un corpo di terra completamente indipendente, ma semplicemente posare un filo di terra collegato a un corpo di terra comune.

2) Sebbene sia presente un corpo di messa a terra separato, il filo di terra o il terminale di messa a terra è collegato a un filo di terra comune o ad altri dispositivi elettrici.

3) Cerca di evitare l'uso di "morsettiere equipotenziali" che di solito sono collegate al filo di terra comune o sono cortocircuitate su chiglie in acciaio leggero.

4) Cerca di evitare di utilizzare un singolo filo di messa a terra per due o più microscopi elettronici (alcuni utenti hanno più microscopi e sono riluttanti a installare un filo di messa a terra separato per ciascun microscopio).

5) Non utilizzare come corpo di messa a terra conduttori metallici sotterranei esistenti, come barre di rinforzo nelle travi inferiori degli edifici, poiché sono di proprietà pubblica. Non prendere in prestito il corpo di terra del sistema a corrente debole, poiché non sono affidabili.

I requisiti di resistenza di terra per i microscopi elettronici non sono elevati nella pratica. Alcuni anni fa una certa marca richiedeva una resistenza inferiore a 100 ohm. Attualmente la maggior parte dei produttori richiede una resistenza da 1 a 10 ohm.

La costruzione della messa a terra comprende generalmente metodi di tipo "pozzo profondo" e "tipo pozzo poco profondo" (vedere Figure 1 e 2). Si noti che, indipendentemente dal metodo utilizzato, è necessario mantenere una distanza superiore a quattro metri in linea retta dal corpo di messa a terra a qualsiasi metallo sotterraneo per evitare interferenze.

Istruzioni per la costruzione del tipo a pozzo profondo (per riferimento):

1. Praticare un foro profondo: con un diametro di circa 50-100 millimetri e una profondità di circa 3-20 metri, è sufficiente raggiungere uno strato di terreno umido.

2. Corpo di messa a terra: un tubo di rame con spessore di parete di 2 millimetri (si può usare anche una bacchetta di rame) con un diametro di circa 30 millimetri e una lunghezza di circa 0,5 metri, saldato al filo di terra (almeno tre punti ) e portato nelle vicinanze del microscopio elettronico.

3. Cavo di messa a terra: 4-10 millimetri quadrati di filo con anima in rame multifilare in gomma o plastica.

4. Miglioratore di conducibilità: circa 2-3 chilogrammi di sale e carbone.

5. Processo di costruzione: posizionare il corpo di messa a terra sul fondo del foro, preparare uno strumento lungo e sottile (armatura, tubo dell'acqua, ecc.), riempire gradualmente il miglioratore di conducibilità dal basso verso l'alto e compattarlo, quindi continuare a riempire e compattare, pagando prestare particolare attenzione alla compattazione e al serraggio attorno al corpo di messa a terra e fare attenzione a non rompere il filo di messa a terra.

Figura 1. Diagramma del tipo di pozzo profondo

Istruzioni per la costruzione del tipo a fossa poco profonda (per riferimento):

1. Scavare una fossa poco profonda con una profondità di circa 0,5-2 metri, è sufficiente raggiungere uno strato di terreno umido.

2. Corpo di terra: una lastra di rame di circa 0,5×0,5 metri con spessore di 2-3 millimetri, saldata al filo di terra (almeno tre punti) e portata in prossimità del microscopio elettronico.

3. Cavo di messa a terra: 4-10 millimetri quadrati di filo con anima in rame multifilare in gomma o plastica.

4. Miglioratore di conduttività: circa 2,5-5 chilogrammi di sale e carbone.

5. Processo di costruzione: posizionare la piastra di rame verticalmente sul fondo della fossa, coprirla prima con il miglioratore di conduttività, compattarla e serrarla, quindi continuare a riempire e compattare, facendo attenzione a non rompere il filo di terra.

Figura 2. Diagramma della fossa poco profonda

Il "tipo pozzo profondo" è adatto a luoghi dove è difficile scavare il terreno o il livello della falda freatica è profondo. In generale, il "tipo fossa poco profonda" è il metodo più comune.

Indipendentemente dal "tipo a pozzo profondo" o "tipo a pozzo poco profondo", secondo questo processo di costruzione, la resistenza di terra può essere raggiunta tra 4 e 10 ohm (per un singolo corpo di terra).

In luoghi in cui la resistenza del suolo è elevata, è possibile collegare più corpi di terra per formare un piccolo sistema di terra per ridurre l'impedenza di terra. In questo caso, la distanza tra ciascun corpo di messa a terra dovrebbe essere di 0,3-0,5 metri (lo stesso foro può essere utilizzato per il tipo a pozzo profondo).

Attraverso test effettivi, la resistenza di messa a terra di un singolo corpo di messa a terra è in genere di circa 4 ohm, due corpi di messa a terra sono di circa 3 ohm, tre corpi di messa a terra sono di circa 2 ohm e da sei a dieci corpi di messa a terra possono raggiungere una resistenza inferiore a 1 ohm (a seconda della resistività del terreno).

Poiché non esiste il pericolo di "tensione di gradino", non è necessario seguire la pratica di un sistema di messa a terra della rete di protezione contro i fulmini.

Allo stesso tempo, per ridurre l'influenza di altri conduttori sotterranei nelle vicinanze, questo piccolo sistema di messa a terra dovrebbe occupare la minor area sotterranea possibile.

Per evitare cortocircuiti accidentali, il filo di terra deve essere collegato direttamente al filo di terra del Electron Microscopio (o bus di terra all'interno del microscopio elettronico), senza utilizzare comuni scatole di messa a terra o morsettiere, senza entrare in altre morsettiere equipotenziali o scatole di commutazione e senza essere collegati a sbarre.