检流计(用于测微弱电流的磁电式仪表)
检流计,检测微弱电量用的高灵敏度的机械式指示电表,用于电桥、电位差计中作为指零仪表,也可用于测微弱电流、电压以及电荷等。主要有磁电系检流计、光电放大式检流计、冲击检流计、振动检流计和振子等。
检流计
galvanometer
指示电表
磁电系检流计、光电放大式检流计
原理
检流计
检流计是磁电式仪表,它是根据载流线圈在磁场中受到力矩而偏转的原理制成的。普通电表中线圈是安放在轴承上,用弹簧游丝来维持平衡,用指针来指示偏转。由于轴承有摩擦,被测电流不能太弱。检流计使用极细的金属悬丝代替轴承悬挂在磁场中,由于悬丝细而长,反抗力矩很小,所以有很弱的电流通过线圈就足以使它产生显著的偏转。因而检流计比一般的电流表灵敏的多,可以测量微电流(10-7~10-10A)或者微电压(10-3~10-6V),如光电流、生理电流、温差电动势等。首次记录神经动作电位,就是用此类仪器实现的。检流计的另一种用途是平衡指零,即根据流过检流计的电流是否为零来判断电路是否平衡,它被广泛使用在直流电桥和电位差计中。
结构
以光点式检流计为例,检流计由三部分组成:(1)磁场部分:由永久磁铁(N,S)产生磁场,圆柱形软铁心(J)使气隙中磁场呈均匀辐射状。(2)偏转部分:能在气隙中转动的矩形线圈C及从上下拉紧线圈的金属张丝E,只要有很小的力矩作用,就能使线圈偏转。(3)读数部分:小镜M固定在动圈上,它把光源射进来的光束反射到标尺上形成一个光标,当电流流过动圈时,动圈受力偏转而带动小镜M转过角,因而反射光束偏转的角度为,光标在标尺上移动的距离n=L*α,L为小镜到标尺的距离。
运动状态
检流计
按阻尼的大小不同,有不同的运动状态:1)无阻尼状态当β=0,即外电路开路(R→∞)和无空气阻尼(D=O)时,动圈为无阻尼状态,以平衡位置为中心做等幅振动;(2)实际运动状态实际上阻尼总是存在的,当R≠∞,D≠0时有三种运动状态.1)欠阻尼状态:此时外电阻R较大,β<ω,动圈以平衡位置为中心作衰减振动,并且逐渐趋紧于平衡位置。2)临界阻尼状态:R=Rc,β=ω,动圈无振动的很快达到平衡位置,此时的外电阻称为临界电阻Rc,一般来说,检流计的临界阻尼状态是它的理想工作状态。3)过阻尼状态:当β>ω,即R使用方法1.观察检流计运动状态并测量临界电阻。合上开关K1,调节变阻器R使得光标偏转至60mm,断开K1使检流计处于测量状态。(1) 根据临界阻尼的工作状态要求,测量临界电阻Rc。(2) 选取Rkp分别为临界电阻的31、21、1、2、3倍时,判别检流计的运动状态,测出光标第一次回到自然平衡位置(零点)的时间和最终达到平衡位置的阻尼时间(每种状态测两次)。在上述操作中,选取合适的R0/R1,使得光标偏转60mm2.测量检流计的电流常数CI和电压常数CV。(1) 选择Rkp= Rc,使检流计工作在临界状态,选择合适的R0/R1,调节滑线变阻器R,使光标n=60mm,记下对应的刻度n1和电压V01,然后将开关K2迅速倒向,记下反方向偏转n1’。(2) 调节变阻器R,使得光标每次减少5mm,重复(1)的步骤,得到一组ni、ni’ 和V0i的数据。由平均值做出n-V曲线,求出K=n/V,带入(15)和(17),计算CI和CV。3.测量阻尼时间Tc 阻尼时间Tc是指在临界状态下,检流计从最大偏转位置(如60mm)到达稳定平衡位置需要的时间,断开开关K1,测量三次Tc。[2] 4.根据步骤2的数据,求最大偏转(60mm)时的5.测量Rkp= 0.5Rc和2Rc及满偏60mm时的CI和CV。
注意事项检流计使用时在“直接”档进行调零和测量,实验完毕后放回“短路”档。检流计在实验过程中要避免受震动。在调节Rkp过程中要注意对检流计的保护以防进入检流计电流过大。