检流计的特性.docx

/112 /112 实 验 报 告 00 系 2007 级 姓名 宁盛嵩 日期 2008-10-20 实验题目: 检流计的特性 实验目的:1、了解磁电式检流计的结构、原理和运动规律； 2、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。 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? 角，因而反射光束偏转的角度为,光标在标尺上移动的距离n ? L ?? ，L 为小镜到标尺的距离。 检流计的工作原理 当被测电流 I (或电压V ? I ? R )经悬丝流过动圈时，载流动圈受到气隙中永 G G G G 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 I G 受到的总磁力矩为 )的方向垂直，那么N 匝载流动圈 M ? NBIG S ? GIG (1) 其中 S 为动圈面积， G ? NBS 为检流计的结构常数。 /122 /122 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 NBSI ? GI ? W? (2) G G 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 1 I ? ?  n ? C ? n  （4） G NBS 2L I 或 GC ? W ? I G  (5) I 2NBSL n C 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C I I 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C 。 I 在实际中，也常用灵敏度S I 来表示，即 1 n CS ? ? C I I I G (6) S 的单位是 mm/A。 I 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 ? d? ? ? G 2 d? ? 尼力矩?? D dt ? 和电磁阻尼力矩? ? R R dt ? ，而悬丝是弹性材料制成，若动 G? ? ? ? G 圈的转动惯量为 J，则动圈运动状态可用一转动方程来描述,如式(7),(8)和(9) .. ? G 2 ? . J ? ? GIG ? ? R ? R ? ?? ? D ? W (7) ? G ? 或 /132 /132 .. . .. . ?? 2? ?? ? 2? ???G (8) 其解为 ? ? ? m ? G 2 ? 0 e??t sin?? 0 J t ? ? ?? ? F  (9) ? G 2 ? 其中? ? ? R ? R D ? 2J ? A 2J ,称为衰减系数， A ? ? R ? R D ? 为阻尼系 WJ? G W J ? G ? ?数， ? ? 0 为固有角频率. 由式(9)可知,方程的解由两部分组成 ,一个特解(稳定解),相当于平衡状态,即 GI ? ? G ;另一个是通解(瞬时项),按阻尼的大小不同,有不同的运动状态： F J 无阻尼状态 当式(9)中β=0,即外电路开路(R→∞)和无空气阻尼(D=O)时,动圈为无阻尼状态, 以平衡位置? 为中心做等幅振动,如图 3 中曲线Ⅳ F 实际运动状态 实际上阻尼总是存在的,当式(9)中 R≠∞,D≠0 时有三种运动状态. 1)欠阻尼状态 此时外电阻 R 较大，? ? ? ,动圈以平衡位置? 为中心作衰减振动，并且逐渐趋 0 F 紧于平衡位置，运动曲线如图 3 中的曲线Ⅰ。2)临界阻尼状态 R ? R C , ? ? ? 0 ,动圈无振动的很快达到平衡位置，此时的外电阻称为临界电阻 /142 /142 R ,它的运动曲线如图 3 中的曲线Ⅱ。一般来说，检流计的临界阻尼状态是它的 C 理想工作状态。 3)过阻尼状态 当? ? ? ,即 R ? R ,此时动圈也是做单向偏转运动，缓慢的趋向平衡位置 ? , 0 C F 运动曲线如图 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1? A ,在实际测量中常采用图 4 的电路。电压经过两次分压后得到很