靈敏電流計(jì)特性研究

PAGEPAGE5靈敏電流計(jì)特性研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私忪`敏電流計(jì)的原理和構(gòu)造；測(cè)定靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻和電流計(jì)常數(shù)；觀察靈敏電流計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與外電阻的關(guān)系。

【實(shí)驗(yàn)原理】

一、靈敏電流計(jì)的構(gòu)造：

靈敏電流計(jì)的構(gòu)造如下圖所示：

在極細(xì)并富有彈性的金屬絲上面懸掛著小鏡子MO和線圈C，當(dāng)線圈通有電流時(shí)，線圈所受到的磁力矩M1和金屬絲的扭力矩M2平衡時(shí)，線圈將偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，有以下關(guān)系：

（1）

（2）（3）

由以上三式可知：

（4）

對(duì)于小鏡子MO在這個(gè)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用：

做工時(shí)可以把α角做得很小，此時(shí)小鏡子到讀數(shù)尺的距離為L(zhǎng)，可以有如下的近似關(guān)系：

（5）

由（5）式和（4）式消去角度可得如下結(jié)論：

（6）

上式中的K就是靈敏電流計(jì)的電流計(jì)常數(shù)，K的倒數(shù)S1稱為電流計(jì)的靈敏度。而K和S1僅僅取決于電流計(jì)的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

并且注意到，當(dāng)入射光線到達(dá)讀數(shù)尺之前經(jīng)過了多次反射，可以進(jìn)一步提高電流計(jì)的靈敏度，這個(gè)時(shí)候的靈敏電流計(jì)稱之為復(fù)射式靈敏電流計(jì)。它的靈敏度比通常的靈敏電流計(jì)更大。

二、靈敏電流計(jì)的阻尼特性：

靈敏電流計(jì)由于采用的是懸掛式的線圈結(jié)構(gòu)，所以摩擦阻尼變得特別小，在讀書的過程中，有時(shí)候會(huì)需要很長(zhǎng)的時(shí)間停下來，所以需要注意靈敏電流計(jì)的阻尼特性。

在線圈運(yùn)動(dòng)的過程中，豎直的兩邊切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這將會(huì)在回路情況下產(chǎn)生電磁阻尼。通過線圈的電流大小為：

（7）

所受到的電磁阻尼矩為：（8）

由上式可見，電磁阻尼矩總是可外電阻有關(guān)的，因此，可以利用這一點(diǎn)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中讓靈敏電流計(jì)指針迅速停下來。

可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外電阻為某個(gè)臨界電阻值的時(shí)候，電磁阻尼矩在某個(gè)適當(dāng)值，會(huì)使得指針迅速停下來（曲線Ⅲ）。如果阻尼矩稍大，線圈將緩慢的趨于平衡（曲線Ⅱ）；如果阻尼矩稍小，線圈將在平衡位置附近來回震蕩（曲線Ⅰ）。如右圖所示：

因此，實(shí)際中只需要選擇合適的外電阻，使得電磁阻尼矩處于曲線Ⅲ所示的臨界狀態(tài)即可。

靈敏電流計(jì)都裝有零點(diǎn)調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)零時(shí)，它能保證電流計(jì)在水平位置向任何方向偏離不超過50時(shí)將光斑調(diào)整到標(biāo)尺的零點(diǎn)上。

三、實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理：

實(shí)驗(yàn)電路圖如右圖所示：

滿足實(shí)驗(yàn)參數(shù)的條件下，有如下結(jié)論：

數(shù)字式電壓表示數(shù)，并且

。流過靈敏電流計(jì)的電流：

（9）

在（9）式中，除了電流I之外，有待測(cè)的內(nèi)阻和電流計(jì)常數(shù)K、。所以利用（9）式即可測(cè)量出待測(cè)的內(nèi)阻和電流計(jì)常數(shù)K：

和（10）

【實(shí)驗(yàn)儀器】AC10/2型直流光點(diǎn)反射式檢流計(jì)、滑線變阻器、電阻箱、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字式電壓表、1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻等。

【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】

1、測(cè)定靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻Rg和電流計(jì)常數(shù)K：

調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：，K2合向1，記錄不同數(shù)字式電壓表讀數(shù)U時(shí)候的R值，保持電流計(jì)始終偏轉(zhuǎn)在這同一個(gè)位置。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

電壓表讀數(shù)U（V）0.1100.1200.1300.1400.1500.2200.2400.2600.2800.300R值33.038.545.051.057.0100.0111.3123.0136.0147.5利用計(jì)算機(jī)算得如下的內(nèi)阻值和電流計(jì)常數(shù)K，取第i組和第i+5組數(shù)據(jù)計(jì)算內(nèi)阻和電流計(jì)常數(shù)K列表如下：電壓表讀數(shù)U（V）0.1100.1200.1300.1400.1500.2200.2400.2600.2800.300R值33.038.545.051.057.0100.0111.3123.0136.0147.5內(nèi)阻34.034.333.034.033.50.00.00.00.00.0電流計(jì)常數(shù)K（A/mm）3.243.313.233.283.31計(jì)算內(nèi)阻的不確定度為：

=8.108，1.423727502，忽略儀器的不確定度，則：

=3.5%，即所測(cè)得內(nèi)阻為：

計(jì)算電流計(jì)常數(shù)K的不確定度為：

，=4.14144，，即所測(cè)得電流計(jì)常數(shù)K為：

A/mm

2、觀察靈敏電流計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與外電阻之間的關(guān)系：115.0s3.0s2.5s5.0s分別取時(shí)候的光點(diǎn)返回零點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)記錄相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)下光點(diǎn)返回零點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如下：

由上表可看出，當(dāng)時(shí)，光點(diǎn)歸零的時(shí)間明顯比其它時(shí)候小，說明此時(shí)的電磁阻尼發(fā)揮了作用。用替代法測(cè)量靈敏電流計(jì)內(nèi)阻：

實(shí)驗(yàn)用另一個(gè)檢流計(jì)指示電流，當(dāng)開關(guān)分別打在電阻箱和待測(cè)電流計(jì)的通路上始終使指示電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)在50mm處時(shí)，可認(rèn)為此時(shí)的電阻箱阻值等于待測(cè)電流計(jì)內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123電阻30.731.231.3實(shí)驗(yàn)測(cè)得：，標(biāo)稱值

計(jì)算百分差：=8.5%

【思考題】

1、如何利用靈敏電流計(jì)測(cè)量高電阻值電阻？畫出電路圖，并導(dǎo)出測(cè)量公式。

答：電路圖如右圖