靈敏電流計(jì)試驗(yàn)報(bào)告

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靈敏電流計(jì)試驗(yàn)報(bào)告

BME8鮑小凡2023013215

（1）了解電流計(jì)的工作原理及其線圈的阻尼運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）測(cè)量電流計(jì)分度值及內(nèi)阻，并學(xué)習(xí)分析誤差的方法。（3）學(xué)習(xí)正確使用和保護(hù)電流計(jì)。

一、電流計(jì)工作原理及線圈的阻尼運(yùn)動(dòng)特性

電流計(jì)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。（a）是正視圖，（b）是俯視圖。線圈處在水平的、徑向局部均勻的磁場(chǎng)B中。假使線圈中通以電流Ig，在磁場(chǎng)作用下它就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。要深入了解電流計(jì)線圈的運(yùn)動(dòng)特性，可寫出它的運(yùn)動(dòng)方程，并求出其解。設(shè)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，它在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到三種力矩的作用：

（1）通有被測(cè)電流Ig的線圈在磁場(chǎng)B中所受的力矩M1，設(shè)線圈匝數(shù)為N，面積為S，則：（1）（2）跟懸絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)W和線圈偏轉(zhuǎn)角a成正比的懸絲的抵擋力矩：（2）

（3）跟線圈角速度d/dt成正比的阻尼力：（3）

式中為線圈的空氣阻尼系數(shù)。為線圈的電磁阻尼系數(shù)，起因于轉(zhuǎn)動(dòng)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所引起的感應(yīng)電流，使線圈受到制動(dòng)作用。在一般狀況下比小好多。所以電磁阻尼系數(shù)可按以下的計(jì)算求出。

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當(dāng)處于沿徑向均勻的磁場(chǎng)中的線圈具有角速度d/dt時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為-BNSd/dt。假使內(nèi)阻為的線圈與外電路電阻組成閉合回路（是外電路的總等效電阻），則感應(yīng)電流為BNS(d/dt)/(+).感應(yīng)電流i’產(chǎn)在磁場(chǎng)B中受到電磁阻尼力矩的作用，其值為：

其中：共同作用下的運(yùn)動(dòng)方程為：

=

（4）

式（4）說(shuō)明：電磁阻尼系數(shù)與線圈回路中的總電阻(Rg+成反比。那么，線圈在三種力矩的

+（5）

當(dāng)電流計(jì)的線圈中通以電流Ig且偏轉(zhuǎn)到，而達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，d/dt=0。且/=0，因此：

（6）

將式（5）的右側(cè)改寫為W，并引入?yún)⒘亢?，分別定義如下：則方程（5）化為：

=

且

（7）

方程（7）是典型的二階常微分方程，運(yùn)用t=0時(shí)偏轉(zhuǎn)角為零的初始條件，到三種不同的解：

①當(dāng)1時(shí)（即很?。┙鉃椋?/p>

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（10）

式中。式（10）說(shuō)明這時(shí)的線圈也是作單向偏轉(zhuǎn)，曲線類似圖2中的曲線③。這時(shí)外電路電阻，線圈的運(yùn)動(dòng)叫過阻尼運(yùn)動(dòng)。過阻尼運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量不利，由于它達(dá)到平衡的時(shí)間長(zhǎng)，且不易判斷線圈是否已達(dá)到平衡位置。

計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)都證明，時(shí)是電流計(jì)的理想工作狀態(tài)，這時(shí)它處于稍欠阻尼的狀態(tài)，線圈達(dá)到測(cè)量所需的平衡位置所用時(shí)間最短。一般狀況下取=。使電流計(jì)工作在臨界阻尼狀態(tài)也是一種較簡(jiǎn)單的處理方法。上文提及的電流計(jì)內(nèi)阻，和外臨界電阻。是電流計(jì)的兩項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，一般總比大得多。

二、測(cè)電流計(jì)的電流分度值

不管屬于何種阻尼運(yùn)動(dòng)，線圈最終都要達(dá)到平衡狀態(tài)，從（6）式可以看出，平衡位置的偏轉(zhuǎn)角總與電流成正比。為了測(cè)量，常用一套如圖3所示的光學(xué)讀數(shù)裝置。從射光筒發(fā)出的光經(jīng)線圈上方的小鏡反射后形成帶標(biāo)記線的光斑投射到標(biāo)尺上，偏轉(zhuǎn)角可用光斑標(biāo)記線在標(biāo)尺上的位置讀數(shù)d來(lái)表示，這相當(dāng)于給電流計(jì)裝上了一個(gè)長(zhǎng)度為2L的指針。光點(diǎn)復(fù)射式檢流計(jì)中光的反射次數(shù)更多。從圖3可以看出，d=2L，因此可得：

（11）

稱作電流計(jì)的電流分度值，也有稱之為電流常數(shù)的，的倒數(shù)叫電流靈敏度，的單位是A/div（或安/分度）。假使同時(shí)測(cè)出d并求得，就能用（11）式算出電流分度值來(lái)。測(cè)定電流分度值的線路如圖4所示。因電流計(jì)十分靈敏，只能通過微小的電流，所以一般用兩級(jí)分壓線路，從其次級(jí)分壓的小電阻R。上分出一微小的電壓U。加在電流計(jì)G和電阻R:上，經(jīng)計(jì)算可得：

（12）

圖3光點(diǎn)反射式讀數(shù)裝置圖4試驗(yàn)線路圖

式中U為電壓表Y的讀數(shù)。電流計(jì)是可以雙向偏轉(zhuǎn)的，所以線路中有一換向開關(guān)可改變U。的極性，以便測(cè)出任一邊的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)。

三、測(cè)電流計(jì)的內(nèi)阻

方法一：采用半偏法。利用公式（11）和（12）計(jì)算電流分度值時(shí)尚需測(cè)定其內(nèi)阻Rg。最常見的方法是“半偏法〞測(cè)內(nèi)阻，所用線路完全同圖4一樣。先令=0，調(diào)理電流Ig，使電流計(jì)偏轉(zhuǎn)為滿偏然后加大R，直至電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)為原來(lái)的一半即d/2，此時(shí)即認(rèn)為等于。（分壓原理）試驗(yàn)條件是兩次測(cè)量中的Uo不變。測(cè)量時(shí)電壓表應(yīng)盡量用到滿量程，并隨時(shí)監(jiān)視其示值不變。

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方法二：這是一種和半偏法類似的測(cè)內(nèi)阻方法（全偏法）。仍用圖4所示的線路。試驗(yàn)中的步驟一仍舊是在=0時(shí)調(diào)使電流計(jì)滿偏。步驟二中先預(yù)置為較大值（如5k），再減小到原來(lái)值的一半，然后逐漸減小到電流計(jì)偏轉(zhuǎn)和步驟一中一樣為止。這時(shí)的值即可認(rèn)為是電流計(jì)內(nèi)阻的值。測(cè)量時(shí)仍應(yīng)保持電壓表的讀數(shù)不變。

四、測(cè)未知高阻（選作）

由于試驗(yàn)要求能使檢流計(jì)處于臨界阻尼狀態(tài)，所以在檢流計(jì)的兩端串聯(lián)的電阻大小應(yīng)為Rg，應(yīng)選擇電橋法測(cè)定電阻，使檢流計(jì)作為電橋。設(shè)計(jì)的電路圖如圖5：

圖5電橋法測(cè)未知高阻

原理：靈敏電流計(jì)示數(shù)為零時(shí)

，當(dāng)約等于時(shí)，的串聯(lián)等效電阻與基本一致，能夠檢流

計(jì)處在臨界阻尼狀態(tài)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)時(shí)能使電流計(jì)有足夠大的偏轉(zhuǎn)，但又不超出量程，光標(biāo)偏轉(zhuǎn)較快地達(dá)到穩(wěn)定位置。在試驗(yàn)中，利用滑動(dòng)變阻器分壓也使得測(cè)量更加確切，更加安全。

靈敏電流計(jì)，電阻箱，滑動(dòng)變阻器，電源等

一、觀測(cè)電流計(jì)阻尼運(yùn)動(dòng)特性。

1.按圖4接線，注意各級(jí)電路的分壓安全位置。經(jīng)教師檢查后方可接通電源。2.通過改變，觀測(cè)圖2所示的三種阻尼運(yùn)動(dòng)并記錄現(xiàn)象。

二、用兩種方法測(cè)定電流計(jì)的內(nèi)阻，并分析和估計(jì)用方法一（半偏法）測(cè)量時(shí)的△。

三、測(cè)定電流分度值，取=，使電流計(jì)工作在臨界阻尼狀態(tài)，分別測(cè)出左右兩側(cè)光標(biāo)指在20，40，60分度處的電流分度值，并求出平均電流分度值。四、(選做內(nèi)容)用電流計(jì)測(cè)未知高阻。

一、注意保護(hù)電流計(jì)懸絲（或張絲）。猛烈振動(dòng)或嚴(yán)重過載都會(huì)損壞懸（張絲）。

1.使用電流計(jì)時(shí)光標(biāo)偏轉(zhuǎn)一般不得超出標(biāo)尺，多分度值檔的電流計(jì)可從靈敏度最低（即分度值最大）的檔用起，逐步提高靈敏度。

2.不用時(shí)，電流計(jì)輸入端必需短路。

3.少搬動(dòng)電流計(jì)，必需搬動(dòng)時(shí)應(yīng)先檢查是否已短路，再輕拿輕放。二、經(jīng)常注意電流計(jì)零點(diǎn)有無(wú)變化，如有變動(dòng)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

三、注意選取適當(dāng)?shù)耐怆娮?，一般使電流?jì)工作在稍欠阻尼狀態(tài)或臨界阻尼狀態(tài)。四、由于試驗(yàn)中R。阻值較小，應(yīng)用四端接法使其確鑿。

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檢流計(jì)編號(hào)：16。1、觀測(cè)電流計(jì)的阻尼運(yùn)動(dòng)特性約10約約0.1阻尼運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)振蕩，且振幅隨時(shí)間衰減單向偏轉(zhuǎn)時(shí)不振蕩單項(xiàng)偏轉(zhuǎn)光標(biāo)自最大偏轉(zhuǎn)處至最終停在零點(diǎn)位置處所需的時(shí)間/s10’17’’1’58’’18’22’’外臨界電阻（自測(cè)值）：

2、測(cè)電流計(jì)的內(nèi)阻Rg

電壓表量程_3_V，確鑿度等級(jí)__0.5__，分度值__0.02_V，電阻箱確鑿度等級(jí)0.1級(jí)。

Ro=1.00。

方法一：測(cè)量次數(shù)123456方法二：測(cè)次1U/V2.02010800.0時(shí)d/div60.05400.095.6調(diào)偏2div對(duì)應(yīng)的37.2U(V)2.0002.0002.0002.0002.0002.00025000.025000.025000.025000.025000.025000.0時(shí)（div）26.226.226.226.226.226.2偏d/2時(shí)96.096.195.896.396.096.0調(diào)偏2div對(duì)應(yīng)的34.033.834.134.033.833.9

3、測(cè)檢流計(jì)分度值測(cè)次U/V左1232.0002.0002.0002100.01080.0696.01200.01200.01200.020.040.060.0右20.040.060.07.35×10-71.43×10-62.21×10-6左3.68×10-83.58×10-83.68×10-8右