检流计分析和总结.docx

PAGE PAGE 2 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。 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。 偏转部分：能在气隙中转动的矩形线圈 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。 读数部分：小镜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 2α , 光标在标尺上移动的距离（格）为n ? 2? L ，L 为小镜到标尺的距离。 检流计的工作原理 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 其中 S 为动圈面积，G = N B S 为检流计的结构常数。 (1) 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 W I ? ?  1 n ? C ? n  (4) G 2NBSL 2L I 或 C ? W ? I G  (5) I 2NBSL n 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 I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C 。 I 在实际中，也常用灵敏度 SI 来表示，即 S ? 1 ? n I C I I G (6) SI 的单位是 mm/A。 检流计的运动状态 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 ? d? ? ? G 2 d? ? ?? D dt ? 和电磁阻尼力矩? ? R ? R dt ? ，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 ? G ? ? G 2 ? J?? ? GIG ? ? R ? R ? ??? ? ? D W (7) ? G ? 或 GI ?? ? 2??? ?? 2? ? JG  (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)。 公式 8 的解为 ? ? ame? ?t s i n??t ? ? ?? ?F (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 FF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? 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? 为中心作一衰减系数很小的振动。 F F 临界阻尼状态(? ＝? o 时),圈无振动地很快达到平衡位置，此时的外电阻称为临界电阻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 R Rc)时,动圈也是做单向偏转运动，缓慢地趋向平衡位置? , 运 0 F 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