检流计的特性讲义..doc

检流计的特性 实验简介 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德原理制成的。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。 本实验的目的就是为了了解磁电式检流计的结构、原理和运动规律，测量临界电阻，通过测量它的灵敏度和内阻，学习正确的使用方法。 实验原理 磁电式检流计的结构 ?以光点式检流计为例，结构如图 1和图 2所示，检流计由三部分组成： 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。 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。 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α角，因而反射光束偏转的角度为α,光标在标尺上移动的距离，L为小镜到标尺的距离。 ???????? 当被测电流IG(或电压)经悬丝流过动圈时，载流动圈受到气隙中永久磁铁产生的磁场(磁感应强度B)的作用。由于磁场是辐射装的，因此手里的动圈不管偏转到什么位置，B的方向总与l(即IG)的方向垂直，那么N匝载流动圈受到的总磁力矩为 M = N B IG S= G IG (1) 其中S为动圈面积，G = N B S 为检流计的结构常数。 在电磁力矩M的作用下动圈偏转，同时悬丝受扭力而产生反作用力矩(扭转力矩)，当作用在动圈上的电磁力矩和悬丝的反作用扭力矩平衡时，动圈停止偏转，则 N B IG S ＝ W ?? (2)? W为悬丝的扭转系数，偏转角?的大小由读数装置读出， n = 2L?? (3) 则 (4) 或 (5) CI称为检流计的电流常数或分度值，单位是A/mm。如果检流计的结构已定，则CI为一定值。在使用中，W或其他结构参数可能有变化，所以必须用实验测定CI。 在实际中，也常用灵敏度SI来表示，即 (6) SI的单位是mm/A。 ????????检流计的运动状态 在电磁力矩M的作用下动圈偏转，同时悬丝受扭力而产生反作用力矩(扭转力矩)，当作用在动圈上的电磁力矩和悬丝的反作用扭力矩平衡时，动圈停止偏转检流计的动圈通电流后，除了受到电磁力矩和扭转力矩的作用外，还存在空气阻尼力矩和电磁阻尼力矩，而悬丝是弹性材料制成，若动圈的转动惯量为J，则动圈运动状态 (7) 或 (8)? 其中称为衰减系数，为固有角频率，根据衰减系数的不同，有不同的运动状态： 欠阻尼状态(?????o 时)。 8的解为 (9) ? 其中?F = G IG /J。 此时外电阻R较大，动圈以平衡位置?F为中心作一衰减振动，并且逐渐趋紧于平衡位置，运动曲线如图2.1.1-3中的曲线I。特别当外电路断开和无空气阻尼(D=0)时候，动圈为无阻尼运动，以平衡位置?F为中心作等幅振动，运动曲线如图2.1.1-3中的曲线IV。实际实验中由于空气阻尼D很小，当外电路断开时动圈以位置?F为中心作一衰减系数很小的振动。 ???????? 临界阻尼状态(??＝??o 时),Rc,它的运动曲线如图2.1.1-3中的曲线II。一般来说，检流计的临界阻尼状态是它的理想工作状态。 ???????? 过阻尼状态(?????o ,即R0Rc),动圈也是做单向偏转运动，缓慢地趋向平衡位置?F , 运动曲线如图2.1.1-3中的曲线III。R越小，到达平衡位置的时间越长。因为过阻尼运动中，动圈到达平衡的时间长，而且不易判断动圈是否到达平衡位置，因此它对于测量是不利的。 测量电路 由于检流计很灵敏，一般通过电流不能超过1uA,在实际测量中常采用图2.1.1-4的电路。电压经过两次分压后得到很小的电压(常小于1mV)后才加到检流计电路中。第一次采用滑线变阻器分压，第二次采用电阻箱分压。K2是换向开关，用它可以变换过检流计的电流方向，K3是阻尼开关，将它合上就可以将检流计短路，检流计的动圈就停止振动。 如图 4，我们得到 IG ( RG+RKP ) = ( I-IG )R1 (10) (11) 因为R1R0,所以 (13) 电流常数 (14) 加在开关K2两端的