實(shí)驗(yàn)3—15 用沖擊電流計(jì)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度

1、實(shí)驗(yàn)315 用沖擊電流計(jì)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?了解沖擊電流計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，學(xué)習(xí)使用沖擊電流計(jì)。2掌握用沖擊電流計(jì)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法。3測(cè)定螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布?！緦?shí)驗(yàn)儀器】沖擊電流計(jì)，待測(cè)螺線管（內(nèi)附探測(cè)線圈），標(biāo)準(zhǔn)互感器，電阻箱，直流穩(wěn)壓電源，滑線變阻器，直流毫安表等?！緦?shí)驗(yàn)原理】1沖擊電流計(jì)的工作原理SN懸絲反射鏡圓盤圖3151線框沖擊電流計(jì)的結(jié)構(gòu)與靈敏電流計(jì)相似，都屬于磁電式檢流計(jì)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也就是它與一般靈敏電流計(jì)的區(qū)別在于它的線圈扁而寬或帶一圓盤形重物，如圖3151所示，從而使線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J較大，自由振蕩周期T0較長(zhǎng)（，式中D為線圈懸絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)），普通

2、磁電式檢流計(jì)的T0約為35s，而沖擊電流計(jì)的T0約為20s。正因?yàn)闆_擊電流計(jì)具有T0大這一特點(diǎn)，所以可用來測(cè)量短時(shí)期內(nèi)脈沖電流所遷移的電量，以及與此有關(guān)的其它測(cè)量，如磁感應(yīng)強(qiáng)度、高阻、電容的測(cè)量等。當(dāng)時(shí)間間隔很短（）的脈沖電流通過線圈時(shí)，則線圈的運(yùn)動(dòng)有以下特性：（1）在脈沖電流通過的時(shí)間內(nèi)，線圈雖有一角速度，但還來不及偏轉(zhuǎn)，線圈仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。（2）當(dāng)圈開始偏轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖電流已經(jīng)通過完畢。利用以上的特性，由電磁理論可以推出，沖擊電流計(jì)線圈在脈沖電流作用下第一次最大偏轉(zhuǎn)角max與通過線圈的總電量q成正比。在沖擊電流計(jì)的標(biāo)尺與線圈上的小圓鏡之間的距離較遠(yuǎn)（如1米）的情況下，小圓鏡光標(biāo)在標(biāo)尺上的偏轉(zhuǎn)距

3、離與線圈的偏轉(zhuǎn)角成正比，因此沖擊電流計(jì)光標(biāo)第一次最大偏轉(zhuǎn)距離dmax正比于通過線圈的總電量q，即 （3151）式中比例系數(shù)Cq稱為電量沖擊常數(shù)，Sq1Cq稱為電量沖擊靈敏度，Cq和Sq都與電流計(jì)的裝置、外電路的電阻有關(guān)。（3151）式告訴我們，已知Cq或Sq，由沖擊電流計(jì)最大偏轉(zhuǎn)值dmax可以求出通過電流計(jì)的電量q。2用沖擊電流計(jì)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理將沖擊電流計(jì)與一探測(cè)線圈串聯(lián)，并與一電阻R組成閉合回路。當(dāng)探測(cè)線圈內(nèi)磁通量發(fā)生脈沖式變化時(shí)，探測(cè)線圈兩端產(chǎn)生脈沖式感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在電路中產(chǎn)生脈沖式感應(yīng)電流 在脈沖電流i持續(xù)的時(shí)間內(nèi)，通過沖擊電流計(jì)的電荷遷移量為 將（3151）式代入上式得

4、（3152）0 圖3152PDLX式中稱為磁通沖擊常數(shù)，稱為磁通沖擊靈敏度，它們可以通過實(shí)驗(yàn)來確定。（3152）式說明，沖擊電流計(jì)光標(biāo)的最大偏轉(zhuǎn)值dmax與探測(cè)線圈中的磁通變化量成正比，根據(jù)這一關(guān)系，由沖擊電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)值dmax可以求出探測(cè)線圈處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。B0L/2L/20BX圖3153B0/23螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及其測(cè)量原理如圖3152所示的螺線管，單位長(zhǎng)度上線圈匝數(shù)為n，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為D。當(dāng)通有電流I時(shí)，螺線管內(nèi)軸線上某點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度的理論值為 （3153）式中角度、如圖3152所示。真空磁導(dǎo)率04×107H/m。B沿X軸的分布曲線如圖3153所示。當(dāng)L>&g

5、t;D時(shí)，螺線管中心附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 在螺線管軸線的一端，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 用沖擊電流計(jì)測(cè)量螺線管中磁感應(yīng)強(qiáng)度的電路如圖3154所示。圖3154變阻器R探測(cè)線圈K3K1ab螺線管GmAREK2標(biāo)準(zhǔn)互感器MG測(cè)量螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)時(shí)，將選擇開關(guān)K2打向b處，這時(shí)電源E通過開關(guān)K1向螺線管提供勵(lì)磁電流I，設(shè)探測(cè)線圈的匝數(shù)為N，平均截面積為S，而且探測(cè)線圈的法線與B的方向一致，則通過探測(cè)線圈的磁通量為 改變電流換向開關(guān)K1，使勵(lì)磁電流由I迅速變換為I，這時(shí)，螺線管中電流變化，探測(cè)線圈內(nèi)磁通變化量為 探測(cè)線圈處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 將（4152）式中的代入上式，可以得到電流換向開關(guān)K1從一個(gè)狀態(tài)（I）倒向另一個(gè)狀

6、態(tài)（I）時(shí)，螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為 （3154）式中探測(cè)線圈的匝數(shù)N、截面積S由實(shí)驗(yàn)室提供，磁通沖擊常數(shù)通常用標(biāo)準(zhǔn)互感器測(cè)定。因此，測(cè)得沖擊電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)值dmax就可以由（3154）式求出螺線管內(nèi)探測(cè)線圈所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。4磁通沖出常數(shù)的測(cè)定將圖3154中選擇開關(guān)K2打向a處，使電流通過互感器M，利用電流換向開關(guān)K1，使互感器M初級(jí)線圈電流從I0變?yōu)镮0即電流有一瞬時(shí)變化量，這時(shí)互感器次級(jí)線圈內(nèi)的磁通變化量為 （3155）相應(yīng)地，沖擊電流計(jì)有最大偏轉(zhuǎn)值dmax。由（3152）、（3155）式得磁通沖擊常數(shù)為 （3156）式中互感量M是已知的，I0由電流表讀出。因此，由沖擊電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)

7、值dmax可以求出磁通沖擊常數(shù)。由（3152）式知，與電流計(jì)回路總電阻R（包括電阻箱電阻，探測(cè)線圈、互感線圈的電阻及沖擊電流計(jì)的內(nèi)阻）有關(guān)，因此在測(cè)量和B的過程中，要保持回路總電阻不變，不管是測(cè)量或B，探測(cè)線圈和互感器次級(jí)線圈要始終串聯(lián)在電流計(jì)回路中，電阻箱的電阻不能再改變。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1調(diào)節(jié)好沖出電流計(jì)，按圖3154連接電路。整個(gè)電路由三個(gè)回路組成：（1）K1閉合，K2合向“a”，直流電源E與互感器M初級(jí)線圈連接而構(gòu)成定標(biāo)回路，用以測(cè)量。（2）K1閉合，K2合向“b”，直流電源與螺線管接通，構(gòu)成磁化電流回路，用以測(cè)量B。（3）沖擊電流計(jì)G，外電阻R（電阻箱）、互感器M的次級(jí)線圈、螺線管內(nèi)的探

8、測(cè)線圈構(gòu)成電流計(jì)回路。螺線管及探測(cè)線圈和互感器M的規(guī)格參數(shù)標(biāo)在儀器上，電路中電流的大小可以由直流穩(wěn)壓電源的輸出旋鈕或變阻器R 來調(diào)節(jié)，電流計(jì)的外電阻的取值應(yīng)使電流計(jì)處于臨界狀態(tài)附近。2測(cè)定磁通沖擊常數(shù)將電源開關(guān)K1閉合，選擇開關(guān)K2合向“a”，使M接入電路，調(diào)節(jié)合適的電流I0（使I0不超過互感器的額定電流，沖擊電流計(jì)的光標(biāo)不超過滿標(biāo)，又要使dmax有較大的讀數(shù)，以減小讀數(shù)相對(duì)誤差）。電流I0應(yīng)取三個(gè)合適的值。每一電流下測(cè)三次，為減小系統(tǒng)誤差，每次測(cè)量時(shí)，應(yīng)切換電流換向開關(guān)K1從一個(gè)狀態(tài)（如I0）迅速變換到另一個(gè)狀態(tài)（如I0），測(cè)出光標(biāo)向左偏和向右偏的最大值，然后取平均值代入（3156）式求出。

9、三個(gè)電流I0下求出的再取平均值。3測(cè)量螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度分布將選擇開關(guān)K2合向“b”，使螺線管接入電路，不改變測(cè)時(shí)的R值，調(diào)節(jié)電源輸出旋鈕或變阻器R，使磁化電流I達(dá)到一固定值，在探測(cè)線圈的每一位置，切換換向開關(guān)K1測(cè)出光標(biāo)向左偏和向右偏的最大值。測(cè)量從螺線管軸線中心“0”位置開始，探測(cè)線圈每向外移動(dòng)1cm測(cè)一次，直到螺線管的邊緣為止?！緮?shù)據(jù)處理】1將測(cè)量數(shù)據(jù)及處理結(jié)果填入設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)表。2作螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度分布BX曲線。3由（3153）式計(jì)算螺線管中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0和邊緣處的磁感應(yīng)強(qiáng)度BL值，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，以測(cè)量值為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算相對(duì)誤差。【注意事項(xiàng)】1沖擊電流計(jì)的安裝調(diào)節(jié)要在教師指導(dǎo)下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)后，要用阻尼開關(guān)K3將電流計(jì)短路；調(diào)節(jié)制動(dòng)器旋鈕，將電流計(jì)線圈制動(dòng)。2連接電路后，須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查認(rèn)可后才能接通電源。電流計(jì)的引線千萬不可接到電源回路中。3為了減小測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)儀器安排要盡量使螺線管、標(biāo)準(zhǔn)互感器、滑線變阻器之間離遠(yuǎn)些，以免相互感應(yīng)；電流換向開關(guān)的切換速度要快。4通過標(biāo)準(zhǔn)互感器和螺線管的電流不能超過各自的額定值；不使光標(biāo)跑出標(biāo)尺外。5為了消除光標(biāo)的“零點(diǎn)”誤差、接觸電勢(shì)差、溫差電動(dòng)勢(shì)等多種因素產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，每次測(cè)量都應(yīng)改變電流方向，使光標(biāo)左、右偏轉(zhuǎn)各