10、电气、磁学及液体属性传感器的原理与应用

电气、磁学及液体属性传感器的原理与应用

在现代科技领域，传感器发挥着至关重要的作用。本文将详细介绍电气和磁学量传感器以及液体属性传感器的相关知识，包括它们的工作原理、特点和应用场景。

电气和磁学量传感器

电荷传感器

• 动态电容传感器 ：用于感应非导电物体表面的静电电荷。它由一个固定电极（通常为环形）和一个可移动的圆形电极组成，可移动电极的运动由压电致动器控制。由于动态电容器电容 $C(t)$ 随时间变化，在静电场强度 $E$ 的作用下，电极之间会感应出电压 $u(t)=\frac{Q}{C(t)}$，该电压与检测到的表面电荷 $Q$ 成正比。经过调制的电压由高输入电阻的静电计放大器放大，并由同步检测器整流，可显著消除外部干扰信号对电荷测定精度的影响。
• 电感和电容探头 ：用于检测高压电机绝缘系统中的局部放电。
  • 简单电感探头 ：由空气线圈组成，由于磁场变化会在线圈中感应出电压脉冲，经过积分可确定局部放电的电荷。若导体与线圈距离为 $r$，且通过随时间变化的电流 $i(t)$，则在距离导体 $r$ 处的磁场强度会随时间变化 $dH = \frac{di(t)}{r}$，在匝数为 $N$、面积为 $S$ 且垂直于磁场强度相量的线圈中会产生电压 $u(t)=N\cdot\frac{d\varPhi}{dt}=N\cdot\frac{S}{r}\cdot\mu_0\cdot\frac{di(t)}{dt}$。若连接具有时间常数 $R_1\cdot C_1$ 的积分元件，其输出电压为 $u_{i1}(t)=\f