實驗十---靈敏電流計特性的研究[1]

1、實驗十靈敏電流計的研究靈敏電流計也叫直流檢流計或檢流計， 是一種精確的磁電式儀表。它和其它磁電式儀表一 樣，都是根據(jù)載流線圈在磁場中受力矩作用而偏轉(zhuǎn)的原理制成的，只是在結(jié)構(gòu)上有些不同。普通電表中的線圈安裝在軸承上，用彈簧游絲來維持平衡，用指針來指示偏轉(zhuǎn)。而靈敏電流計那么 是用極細的金屬懸絲代替軸承，且將線圈懸掛在磁場中，由于懸絲細而長，對抗力矩很小，所 以當有極弱的電流流過線圈時， 就會使它明顯的偏轉(zhuǎn)。因而它比一般的電流表要靈敏得多，可以測量10-610-11 A范圍的微弱電流和10-310-6V范圍的微小電壓，如光電流、物理電流、 溫差電動勢等；電流計的另一種用途是平衡指零，即根據(jù)流過電流計

2、的電流是否為零來判斷電 路是否平衡。實驗目的1. 了解靈敏電流計的結(jié)構(gòu)和工作原理；2. 了解靈敏電流計的三種運動狀態(tài)；3. 測定靈敏電流計的臨界電阻，電流常數(shù)和內(nèi)阻。實驗原理1、靈敏電流計的構(gòu)造其結(jié)構(gòu)主要分三局部：二-11 電流輸入引鐵E超3小鏡線圈磁場局部： 有永久磁鐵和圓形軟鐵 芯。永久磁鐵產(chǎn)生磁場，圓柱形軟鐵芯使 磁鐵極隙間磁場呈均勻徑向分布，并增加 磁極和軟鐵之間空隙中的磁場。偏轉(zhuǎn)局部：可在磁場中轉(zhuǎn)動的線圈，它的上下用金屬張絲張緊，張絲同時作為線圈兩端的電流引線。由于用張絲代替了普通電表的轉(zhuǎn)軸和軸承，防止了機械摩擦，電流計的靈敏度得以提高S3多汝反射武靈皺電濤計光路圖讀數(shù)局部：有光源、

3、小鏡和標尺。小鏡固定在線圈上，隨線圈一起轉(zhuǎn)動。它把從光源射來的 光反射到標尺上形成一個光點，此局部相當于指針式電表中很長的指針。但是指針太長，線圈的轉(zhuǎn)動慣量增大，靈敏度將下降。為了克服這樣的缺點，采用光點偏轉(zhuǎn)法，可使靈敏度進一步 大幅度地提高。有的靈敏電流計常采用屢次反射式，使標尺遠離電流計的小鏡，ACI5型檢流計就是此種靈敏電流計。2、靈敏電流計的讀數(shù)當有電流通過靈敏電流計的線圈時， 線圈受到電磁力矩作用而偏轉(zhuǎn)。當電磁力矩與張絲 的扭轉(zhuǎn)反力矩相等時，線圈就停止在某一位置上，隨之標尺上的光標將固定在一定的位置例如在標尺的刻度d上起一條“光線指針的作用而且，電流 Ig與光標的位移d成正比， 即I

4、g Ki d 1式中比例常數(shù)Ki稱為電流計常數(shù)；單位是A/mm，在數(shù)值上等于光點移動一個毫米所對應的電流。3、線圈運動的阻尼特性當外加電流通過靈敏電流計或斷去外電流使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動時，由于線圈具有轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn) 動動能，它不可能一下子就停止在平衡位置上， 而是要越過平衡位置在其附近擺動一段時間才 能穩(wěn)定，擺動時間的長短直接影響測量的速度。為此有必要了解影響線圈運動狀態(tài)的各種因素。 靈敏電流計工作時，總是由它的內(nèi)阻 Rg與外電路電阻R外構(gòu)成閉合回路電流計回路除 Rg 外的總電阻，控制R外的大小，就可控制電磁阻尼力矩 M的大小，從而控制線圈的運動狀態(tài)。_欠阻尼狀態(tài)2過阻尼狀態(tài)3 臨界阻尼狀態(tài) 圖4(接

5、通電流時( 斷開電流時 欠阻尼狀態(tài)：當R外較大時，感應電流較小，電磁阻力矩M較小，線圈偏離平衡位置 后就會在平衡位置附近來回振動，振幅逐漸衰減，經(jīng)過較長時間才能停在平衡位置。R外越大, M越小，線圈振動次數(shù)越多，回到平衡位置所需的時間就越長。 過阻尼狀態(tài)：當R外較小時，感應電流較大，電磁阻力矩M較大，線圈偏離平衡位置 后會緩慢地回到平衡位置，但不會越過平衡位置。利用此特性，將一個電鍵與電流計并聯(lián)， 當電流計光標運動到平衡位置附近時，將電鍵按 下，電流計光標即可迅速停在平衡位置，這樣方便了我們的調(diào)節(jié)。這個電鍵叫阻尼電鍵。靈敏電流計面板上的“短路檔，就是這樣的阻尼電鍵裝置。 臨界阻尼：當R外適當時

6、，線圈偏離平衡位置后能快速的正好回到平衡位置而又不發(fā) 生振動，臨界阻尼狀態(tài)的外電阻稱為電流計的臨界阻尼電阻Rc。顯然，電流計工作在臨界狀態(tài)時，最有利于觀察和讀數(shù)。Es靈敏電謚計面版國1-零點調(diào)節(jié)器；獷燈泡蓋飯；3-電灑標吉尺開關(guān)：4-活動調(diào)勰;5-掠盤；分硫器；接錢柱4、靈敏電流計面幅員其使用方法和考前須知分述如下： 待測電流由面板左下角標有“ +和“-的 兩個接線柱接入，一般可以不考慮正負。2實驗時，先接通AC220V電源，看到光標后將 分流器旋鈕從“短路檔轉(zhuǎn)到“X 1 檔，看光標是 否指“ 0 ，假設光標不指“ 0，應使用零點調(diào)節(jié)器和標尺活動調(diào)零器把光標調(diào)到“ 0點。假設找不到光標，先檢查

7、儀器的小燈泡是否發(fā)光，假設 小燈泡是亮的，輕拍檢流計，觀察光標偏在哪邊，假設偏在左邊，逆時針旋轉(zhuǎn)零點調(diào)節(jié)器；假 設偏在右邊，那么順時針旋轉(zhuǎn)零點調(diào)節(jié)器，使光標露出并調(diào)整到零。3 X0.1，X0.01檔：檢流計分流器的主要作用是改變測量的靈敏度，它通過分流電 阻改變可測電流的范圍，即改變了靈敏度。(4)當實驗結(jié)束時必須將分流器置于“短路檔，以防止線圈或懸絲受到機械振動而損壞。5、裝置介紹實驗電路示于圖6。電源E經(jīng)兩次分壓后，在一個小電阻 R。上得到微弱電壓V00通過表讀數(shù):VR。(R2Rg)( Ri R0)電流計的電流為Ig，其中Rg為電流計的內(nèi)阻。當 只2?&時，可得Ig的表達式為V為電

8、壓圖 6 實驗電路圖實驗內(nèi)容一觀察欠阻尼運動1 開關(guān)Ki、K2預先斷開，按圖6聯(lián)接電路，電路中的小電阻 Ro=歐，R2的值先取為外 臨界電阻Rc由儀器銘牌上讀取的4 5倍。Ri=歐,E=1.5V。并調(diào)節(jié)R使電壓表讀數(shù)為零， 請老師檢查電路前方可接通電源。2 電流計應水平放置，使電流計內(nèi)懸絲垂直，以保證轉(zhuǎn)動時不會與旁邊的磁極和柱形軟 鐵發(fā)生摩擦和相碰。調(diào)整光標與標尺的零點重合。3 接通開關(guān)Ki,再接通開關(guān)K2。調(diào)節(jié)R以緩慢增大電壓表讀數(shù)，同時觀察光標的移動， 直至大約偏到40mm。斷開K2；觀察光標的運動，記錄R2及光標振動的最大振幅。反向接通 K2，重復前述觀察。改變R2，重復前述觀察。=測定

9、外臨界電阻Rc將電壓表讀數(shù)調(diào)到零，調(diào)小 R2，同時每次都調(diào)節(jié)R，使光標約位于40mm，斷開K2，觀 察振動情況限于標尺的一邊，直至R2減小到剛能使光標不發(fā)生振動，即光標很快地回到零 點又恰好不能超過零點時的臨界阻尼狀態(tài)。記錄此時的R2，得外臨界阻尼電阻Rc= R2十Ro。由測得的Rc及Rg計算電流計的全臨界電阻 Rw=Rc+Rg。使用電流計時，如果情況許 可，調(diào)節(jié)外電路的電阻使全臨界電阻提高到 1.1 Rc。三用半值法測定電流計的內(nèi)阻 Rg 。1 調(diào)節(jié)電壓表讀數(shù)至零值，R2調(diào)到零，斷開K2,靜等約3分鐘后，記錄電流計的零點讀數(shù)do;閉合K2，再緩慢增大電壓表指示值，使電流計的光標偏轉(zhuǎn)40mm左

10、右，靜等約3分鐘后，記錄電流計的讀數(shù)d ; d d d0即表示R2=0時通過電流計的電流。2 保持其他不變，只增大 R2，直至增大到能使電流減小到原電流的一半，即d /2。記錄此時的R'2的值，即電流計的內(nèi)阻Rg。必須指出，只有在(R2 Rg)冷Ro以及通過電流計的電流變化由 d。 do /2丨對V。的恒定值影響甚小時，所測得的 Rg才足夠正確這樣，Ri是大點還是小點好？。四測定電流計的電流常數(shù) Ki1將Ri調(diào)到外臨界電阻Rc的數(shù)值。調(diào)大電壓表的讀數(shù)，使電流計的光標偏到滿刻度的2/3或附近一個整數(shù)。記下此時的電壓表讀數(shù) V以及Ri、Ro和光標的偏轉(zhuǎn)di對于零點 在標尺中央的電流計，為消

11、除懸絲左、右扭轉(zhuǎn)時的不對稱，需要將雙向轉(zhuǎn)換開關(guān)K2反向，再讀出光標在零點另一側(cè)的偏轉(zhuǎn) d 2，然后求偏轉(zhuǎn)的平均值 丨。2 由式(2丨算出Ig，再由式(1計算Ki :式中d可用di或d2的平均值，其中Ig及d 的單位分別用安及毫米?？记绊氈? 電流表的線圈及懸絲很精細，應注意保護，不容許過重的振動和過分的扭轉(zhuǎn)。不要 隨意搬動電表，非搬不可時，必須使電流計短路，輕拿輕放。發(fā)現(xiàn)光標不動或偏離正常零點過 大時，應請教師指導解決。2實驗過程中，電路調(diào)節(jié)應仔細進行，不要使光標偏轉(zhuǎn)超過標尺。3擱置不用時，應將電流計短路。表1測量臨界電阻r2/歐運動狀態(tài)Rc =歐表2測定電流計的內(nèi)阻RgR2=0 時do=mmd=mmd d d0 =mmr2/歐1d0/mm