الاختلافات بين مجسات المجال الكهربائي ومسابير المجال المغناطيسي

في مجال القياس الكهرومغناطيسي، تعد مجسات المجال الكهربائي ومسابير المجال المغناطيسي أدوات أساسية تستخدم لقياس قوة المجالات الكهربائية والمغناطيسية، على التوالي. وهي تختلف بشكل كبير من حيث مبادئ العمل والتصميم الهيكلي وسيناريوهات التطبيق. تقدم هذه المقالة شرحًا تفصيليًا للاختلافات بين هذين النوعين من المجسات لفهم تطبيقاتهما في القياسات الكهرومغناطيسية بشكل أفضل.

1. الاختلافات في أهداف القياس

مجسات المجال الكهربائي: الوظيفة الأساسية لمسابير المجال الكهربائي هي قياس شدة المجال الكهربائي في الفضاء. المجال الكهربائي عبارة عن كمية فيزيائية يتم توليدها عن طريق توزيع الشحنات الكهربائية ويتم التعبير عنها عادةً بالفولت لكل متر (V/m). في أنظمة الطاقة، يمكن لمسبارات المجال الكهربائي اكتشاف توزيع المجالات الكهربائية حول المعدات ذات الجهد العالي، ويمكن استخدامها أيضًا لقياس المجالات الكهربائية المشعة للهوائيات.

مجسات المجال المغناطيسي: تستخدم مجسات المجال المغناطيسي لقياس قوة المجالات المغناطيسية. تتولد المجالات المغناطيسية عن طريق التيارات الكهربائية أو المواد المغناطيسية ويمكن تمثيلها بخطوط المجال المغناطيسي. عادة ما يتم قياس قوة المجال المغناطيسي بوحدات تسلا أو غاوس. تُستخدم مجسات المجال المغناطيسي على نطاق واسع في قياس المجالات المغناطيسية للمحولات والمحركات والملفات الكهرومغناطيسية وغيرها من المعدات، وكذلك في القياسات المغناطيسية الأرضية.

2. الاختلافات في مبادئ العمل

مجسات المجال الكهربائي: تعمل مجسات المجال الكهربائي على أساس مبدأ تحريض الشحنة. وتتكون عادةً من واحد أو أكثر من الأقطاب الكهربائية المعدنية التي، عند وضعها في مجال كهربائي، تحدث تغييرًا في شحنة الأقطاب الكهربائية، مما يولد إشارة جهد. تتناسب هذه الإشارة مع قوة المجال الكهربائي. تعتبر عملية الحث هذه حساسة للغاية للتغيرات المكانية في المجال الكهربائي، مما يجعل مجسات المجال الكهربائي مناسبة بشكل خاص لقياس التغيرات الطفيفة في المجالات الكهربائية.

مجسات المجال المغناطيسي: تعمل مجسات المجال المغناطيسي على أساس مبادئ الحث الكهرومغناطيسي أو تأثير هول. تشمل الأنواع الشائعة من مجسات المجال المغناطيسي مجسات ذات أساس ملفوف ومجسات تأثير هول. في المسبار القائم على الملف، تؤدي التغيرات في المجال المغناطيسي إلى توليد جهد كهربائي في ملف المسبار، ويتناسب حجم هذا الجهد المستحث مع شدة المجال المغناطيسي. من ناحية أخرى، تستخدم مجسات تأثير هول تأثير هول للكشف عن شدة المجال المغناطيسي عن طريق قياس القوة التي يمارسها المجال المغناطيسي على حاملات الشحنة (مثل الإلكترونات). يمكن لهذه المجسات قياس قوة المجال المغناطيسي بدقة وتحليل اتجاه وتنوع المجالات المغناطيسية.

3. الاختلافات في التصميم الهيكلي

مجسات المجال الكهربائي: يتم تصميم مجسات المجال الكهربائي عادةً لتكون خفيفة الوزن ومحمولة قدر الإمكان للاستخدام في بيئات مختلفة. تعتبر الأقطاب الكهربائية المعدنية الموجودة في المسبار هي المكونات الأساسية، ويهدف تصميمها إلى تقليل الاضطراب في المجال الكهربائي لضمان نتائج قياس دقيقة. قد تشتمل أيضًا بعض مجسات المجال الكهربائي عالية الحساسية على درع لتقليل التداخل الخارجي.

مجسات المجال المغناطيسي: التصميم الهيكلي لتحقيقات المجال المغناطيسي أكثر تنوعًا. تتكون المجسات القائمة على الملف من سلك ملفوف، ويؤثر عدد اللفات والقطر والمادة المكونة للسلك على حساسية المسبار ونطاق القياس. يمكن لمسبارات تأثير هول، المصنوعة من مواد شبه موصلة، تحقيق قياسات دقيقة للمجال المغناطيسي في حجم صغير. يجب أيضًا أن يأخذ تصميم مجسات المجال المغناطيسي في الاعتبار العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والاهتزازات الميكانيكية، والتي يمكن أن تؤثر على دقة المسبار.

4. الاختلافات في سيناريوهات التطبيق

مجسات المجال الكهربائي: تستخدم مجسات المجال الكهربائي في المقام الأول في المواقف التي تحتاج إلى قياس قوة المجال الكهربائي في الفضاء. على سبيل المثال، في أنظمة الطاقة، يمكن لمسبارات المجال الكهربائي اكتشاف توزيع المجالات الكهربائية حول المعدات ذات الجهد العالي لضمان السلامة التشغيلية. في اختبار إشعاع الهوائي، يمكن لمسبارات المجال الكهربائي قياس قوة المجال الكهربائي حول الهوائي لتقييم أدائه. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم مجسات المجال الكهربائي في اختبار التوافق الكهرومغناطيسي لاكتشاف ما إذا كان الجهاز يولد تداخلًا كهرومغناطيسيًا.

مجسات المجال المغناطيسي: مجسات المجال المغناطيسي لديها مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءا من المعدات الصناعية إلى البحث العلمي. في المحولات والمحركات وغيرها من المعدات، يتم استخدام مجسات المجال المغناطيسي للكشف عن قوة المجال المغناطيسي لتقييم الحالة التشغيلية للمعدات. في البحث العلمي، يتم استخدام مجسات المجال المغناطيسي للقياسات المغناطيسية الأرضية وقياس مكونات المجال المغناطيسي لموجات الراديو. علاوة على ذلك، في المجال الطبي، يتم استخدام مجسات المجال المغناطيسي في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لقياس توزيع المجال المغناطيسي داخل جسم الإنسان بدقة.

5. الاختلافات في نطاق تردد القياس

مجسات المجال الكهربائي: يمكن لمسبارات المجال الكهربائي قياس المجالات الكهربائية التي تتراوح من المجالات الثابتة إلى المجالات عالية التردد، وتغطي نطاق ترددي واسع. وهذا يسمح باستخدامها ليس فقط لقياسات نظام الطاقة منخفض التردد ولكن أيضًا لقياسات مجال التردد الراديوي عالي التردد (RF).

مجسات المجال المغناطيسي: تُستخدم عادةً مجسات المجال المغناطيسي لقياس المجالات المغناطيسية في نطاق التردد المنخفض إلى التردد المتوسط، خاصة بالنسبة لتردد الطاقة (50/60 هرتز) وقياسات المجال المغناطيسي للترددات اللاسلكية. يمكن لبعض المجسات المصممة خصيصًا قياس المجالات المغناطيسية بترددات أعلى.

6. الاختلافات في الحساسية

مجسات المجال الكهربائي: مجسات المجال الكهربائي حساسة للغاية للتغيرات في المجالات الكهربائية الضعيفة، مما يجعلها مناسبة للقياسات الدقيقة. على سبيل المثال، عند اكتشاف المجالات الكهربائية الضعيفة أو اضطرابات المجال الكهربائي، يمكن أن توفر مجسات المجال الكهربائي نتائج قياس عالية الدقة.

مجسات المجال المغناطيسي: مجسات المجال المغناطيسي حساسة بشكل خاص للتغيرات في المجالات المغناطيسية، مما يجعلها مثالية للكشف عن المواد المغناطيسية أو المجالات المغناطيسية التي تولدها المعدات. على سبيل المثال، في الكشف عن المواد المغناطيسية أو تحليل توزيع المجال المغناطيسي، يمكن لمسابير المجال المغناطيسي التقاط التغيرات الصغيرة في المجال المغناطيسي بدقة.

على الرغم من أن كلاً من مجسات المجال الكهربائي ومجسات المجال المغناطيسي هي أدوات لقياس الكهرومغناطيسي، إلا أنها تختلف بشكل كبير من حيث أهداف القياس، ومبادئ العمل، والتصميم الهيكلي، وسيناريوهات التطبيق، والحساسية. تعتبر مجسات المجال الكهربائي أكثر ملاءمة لقياس شدة المجال الكهربائي، خاصة في معدات الطاقة ذات الجهد العالي واختبار إشعاع الهوائي، في حين أن مجسات المجال المغناطيسي مناسبة بشكل أفضل لقياس شدة المجال المغناطيسي وتستخدم على نطاق واسع في المعدات الصناعية والقياسات المغناطيسية الأرضية والبحث العلمي. . إن فهم الاختلافات بين هذين النوعين من المجسات يساعد في اختيار أداة القياس المناسبة للتطبيقات العملية، مما يضمن نتائج قياس دقيقة وموثوقة.