實(shí)驗(yàn)十---靈敏電流計(jì)特性的研究[1]

1、實(shí)驗(yàn)十靈敏電流計(jì)的研究靈敏電流計(jì)也叫直流檢流計(jì)或檢流計(jì)， 是一種精確的磁電式儀表。它和其它磁電式儀表一 樣，都是根據(jù)載流線圈在磁場中受力矩作用而偏轉(zhuǎn)的原理制成的，只是在結(jié)構(gòu)上有些不同。普通電表中的線圈安裝在軸承上，用彈簧游絲來維持平衡，用指針來指示偏轉(zhuǎn)。而靈敏電流計(jì)那么 是用極細(xì)的金屬懸絲代替軸承，且將線圈懸掛在磁場中，由于懸絲細(xì)而長，對抗力矩很小，所 以當(dāng)有極弱的電流流過線圈時(shí)， 就會(huì)使它明顯的偏轉(zhuǎn)。因而它比一般的電流表要靈敏得多，可以測量10-610-11 A范圍的微弱電流和10-310-6V范圍的微小電壓，如光電流、物理電流、 溫差電動(dòng)勢等；電流計(jì)的另一種用途是平衡指零，即根據(jù)流過電流計(jì)

2、的電流是否為零來判斷電 路是否平衡。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解靈敏電流計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理；2. 了解靈敏電流計(jì)的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；3. 測定靈敏電流計(jì)的臨界電阻，電流常數(shù)和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)原理1、靈敏電流計(jì)的構(gòu)造其結(jié)構(gòu)主要分三局部：二-11 電流輸入引鐵E超3小鏡線圈磁場局部： 有永久磁鐵和圓形軟鐵 芯。永久磁鐵產(chǎn)生磁場，圓柱形軟鐵芯使 磁鐵極隙間磁場呈均勻徑向分布，并增加 磁極和軟鐵之間空隙中的磁場。偏轉(zhuǎn)局部：可在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，它的上下用金屬張絲張緊，張絲同時(shí)作為線圈兩端的電流引線。由于用張絲代替了普通電表的轉(zhuǎn)軸和軸承，防止了機(jī)械摩擦，電流計(jì)的靈敏度得以提高S3多汝反射武靈皺電濤計(jì)光路圖讀數(shù)局部：有光源、

3、小鏡和標(biāo)尺。小鏡固定在線圈上，隨線圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)。它把從光源射來的 光反射到標(biāo)尺上形成一個(gè)光點(diǎn)，此局部相當(dāng)于指針式電表中很長的指針。但是指針太長，線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，靈敏度將下降。為了克服這樣的缺點(diǎn)，采用光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)法，可使靈敏度進(jìn)一步 大幅度地提高。有的靈敏電流計(jì)常采用屢次反射式，使標(biāo)尺遠(yuǎn)離電流計(jì)的小鏡，ACI5型檢流計(jì)就是此種靈敏電流計(jì)。2、靈敏電流計(jì)的讀數(shù)當(dāng)有電流通過靈敏電流計(jì)的線圈時(shí)， 線圈受到電磁力矩作用而偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁力矩與張絲 的扭轉(zhuǎn)反力矩相等時(shí)，線圈就停止在某一位置上，隨之標(biāo)尺上的光標(biāo)將固定在一定的位置例如在標(biāo)尺的刻度d上起一條“光線指針的作用而且，電流 Ig與光標(biāo)的位移d成正比， 即I

4、g Ki d 1式中比例常數(shù)Ki稱為電流計(jì)常數(shù)；單位是A/mm，在數(shù)值上等于光點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)毫米所對應(yīng)的電流。3、線圈運(yùn)動(dòng)的阻尼特性當(dāng)外加電流通過靈敏電流計(jì)或斷去外電流使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于線圈具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn) 動(dòng)動(dòng)能，它不可能一下子就停止在平衡位置上， 而是要越過平衡位置在其附近擺動(dòng)一段時(shí)間才 能穩(wěn)定，擺動(dòng)時(shí)間的長短直接影響測量的速度。為此有必要了解影響線圈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的各種因素。 靈敏電流計(jì)工作時(shí)，總是由它的內(nèi)阻 Rg與外電路電阻R外構(gòu)成閉合回路電流計(jì)回路除 Rg 外的總電阻，控制R外的大小，就可控制電磁阻尼力矩 M的大小，從而控制線圈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。_欠阻尼狀態(tài)2過阻尼狀態(tài)3 臨界阻尼狀態(tài) 圖4(接

5、通電流時(shí)( 斷開電流時(shí) 欠阻尼狀態(tài)：當(dāng)R外較大時(shí)，感應(yīng)電流較小，電磁阻力矩M較小，線圈偏離平衡位置 后就會(huì)在平衡位置附近來回振動(dòng)，振幅逐漸衰減，經(jīng)過較長時(shí)間才能停在平衡位置。R外越大, M越小，線圈振動(dòng)次數(shù)越多，回到平衡位置所需的時(shí)間就越長。 過阻尼狀態(tài)：當(dāng)R外較小時(shí)，感應(yīng)電流較大，電磁阻力矩M較大，線圈偏離平衡位置 后會(huì)緩慢地回到平衡位置，但不會(huì)越過平衡位置。利用此特性，將一個(gè)電鍵與電流計(jì)并聯(lián)， 當(dāng)電流計(jì)光標(biāo)運(yùn)動(dòng)到平衡位置附近時(shí)，將電鍵按 下，電流計(jì)光標(biāo)即可迅速停在平衡位置，這樣方便了我們的調(diào)節(jié)。這個(gè)電鍵叫阻尼電鍵。靈敏電流計(jì)面板上的“短路檔，就是這樣的阻尼電鍵裝置。 臨界阻尼：當(dāng)R外適當(dāng)時(shí)

6、，線圈偏離平衡位置后能快速的正好回到平衡位置而又不發(fā) 生振動(dòng)，臨界阻尼狀態(tài)的外電阻稱為電流計(jì)的臨界阻尼電阻Rc。顯然，電流計(jì)工作在臨界狀態(tài)時(shí)，最有利于觀察和讀數(shù)。Es靈敏電謚計(jì)面版國1-零點(diǎn)調(diào)節(jié)器；獷燈泡蓋飯；3-電灑標(biāo)吉尺開關(guān)：4-活動(dòng)調(diào)勰;5-掠盤；分硫器；接錢柱4、靈敏電流計(jì)面幅員其使用方法和考前須知分述如下： 待測電流由面板左下角標(biāo)有“ +和“-的 兩個(gè)接線柱接入，一般可以不考慮正負(fù)。2實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通AC220V電源，看到光標(biāo)后將 分流器旋鈕從“短路檔轉(zhuǎn)到“X 1 檔，看光標(biāo)是 否指“ 0 ，假設(shè)光標(biāo)不指“ 0，應(yīng)使用零點(diǎn)調(diào)節(jié)器和標(biāo)尺活動(dòng)調(diào)零器把光標(biāo)調(diào)到“ 0點(diǎn)。假設(shè)找不到光標(biāo)，先檢查

7、儀器的小燈泡是否發(fā)光，假設(shè) 小燈泡是亮的，輕拍檢流計(jì)，觀察光標(biāo)偏在哪邊，假設(shè)偏在左邊，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)零點(diǎn)調(diào)節(jié)器；假 設(shè)偏在右邊，那么順時(shí)針旋轉(zhuǎn)零點(diǎn)調(diào)節(jié)器，使光標(biāo)露出并調(diào)整到零。3 X0.1，X0.01檔：檢流計(jì)分流器的主要作用是改變測量的靈敏度，它通過分流電 阻改變可測電流的范圍，即改變了靈敏度。(4)當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)必須將分流器置于“短路檔，以防止線圈或懸絲受到機(jī)械振動(dòng)而損壞。5、裝置介紹實(shí)驗(yàn)電路示于圖6。電源E經(jīng)兩次分壓后，在一個(gè)小電阻 R。上得到微弱電壓V00通過表讀數(shù):VR。(R2Rg)( Ri R0)電流計(jì)的電流為Ig，其中Rg為電流計(jì)的內(nèi)阻。當(dāng) 只2?&時(shí)，可得Ig的表達(dá)式為V為電

8、壓圖 6 實(shí)驗(yàn)電路圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一觀察欠阻尼運(yùn)動(dòng)1 開關(guān)Ki、K2預(yù)先斷開，按圖6聯(lián)接電路，電路中的小電阻 Ro=歐，R2的值先取為外 臨界電阻Rc由儀器銘牌上讀取的4 5倍。Ri=歐,E=1.5V。并調(diào)節(jié)R使電壓表讀數(shù)為零， 請老師檢查電路前方可接通電源。2 電流計(jì)應(yīng)水平放置，使電流計(jì)內(nèi)懸絲垂直，以保證轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)與旁邊的磁極和柱形軟 鐵發(fā)生摩擦和相碰。調(diào)整光標(biāo)與標(biāo)尺的零點(diǎn)重合。3 接通開關(guān)Ki,再接通開關(guān)K2。調(diào)節(jié)R以緩慢增大電壓表讀數(shù)，同時(shí)觀察光標(biāo)的移動(dòng)， 直至大約偏到40mm。斷開K2；觀察光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，記錄R2及光標(biāo)振動(dòng)的最大振幅。反向接通 K2，重復(fù)前述觀察。改變R2，重復(fù)前述觀察。=測定

9、外臨界電阻Rc將電壓表讀數(shù)調(diào)到零，調(diào)小 R2，同時(shí)每次都調(diào)節(jié)R，使光標(biāo)約位于40mm，斷開K2，觀 察振動(dòng)情況限于標(biāo)尺的一邊，直至R2減小到剛能使光標(biāo)不發(fā)生振動(dòng)，即光標(biāo)很快地回到零 點(diǎn)又恰好不能超過零點(diǎn)時(shí)的臨界阻尼狀態(tài)。記錄此時(shí)的R2，得外臨界阻尼電阻Rc= R2十Ro。由測得的Rc及Rg計(jì)算電流計(jì)的全臨界電阻 Rw=Rc+Rg。使用電流計(jì)時(shí)，如果情況許 可，調(diào)節(jié)外電路的電阻使全臨界電阻提高到 1.1 Rc。三用半值法測定電流計(jì)的內(nèi)阻 Rg 。1 調(diào)節(jié)電壓表讀數(shù)至零值，R2調(diào)到零，斷開K2,靜等約3分鐘后，記錄電流計(jì)的零點(diǎn)讀數(shù)do;閉合K2，再緩慢增大電壓表指示值，使電流計(jì)的光標(biāo)偏轉(zhuǎn)40mm左

10、右，靜等約3分鐘后，記錄電流計(jì)的讀數(shù)d ; d d d0即表示R2=0時(shí)通過電流計(jì)的電流。2 保持其他不變，只增大 R2，直至增大到能使電流減小到原電流的一半，即d /2。記錄此時(shí)的R'2的值，即電流計(jì)的內(nèi)阻Rg。必須指出，只有在(R2 Rg)冷Ro以及通過電流計(jì)的電流變化由 d。 do /2丨對V。的恒定值影響甚小時(shí)，所測得的 Rg才足夠正確這樣，Ri是大點(diǎn)還是小點(diǎn)好？。四測定電流計(jì)的電流常數(shù) Ki1將Ri調(diào)到外臨界電阻Rc的數(shù)值。調(diào)大電壓表的讀數(shù)，使電流計(jì)的光標(biāo)偏到滿刻度的2/3或附近一個(gè)整數(shù)。記下此時(shí)的電壓表讀數(shù) V以及Ri、Ro和光標(biāo)的偏轉(zhuǎn)di對于零點(diǎn) 在標(biāo)尺中央的電流計(jì)，為消

11、除懸絲左、右扭轉(zhuǎn)時(shí)的不對稱，需要將雙向轉(zhuǎn)換開關(guān)K2反向，再讀出光標(biāo)在零點(diǎn)另一側(cè)的偏轉(zhuǎn) d 2，然后求偏轉(zhuǎn)的平均值 丨。2 由式(2丨算出Ig，再由式(1計(jì)算Ki :式中d可用di或d2的平均值，其中Ig及d 的單位分別用安及毫米?？记绊氈? 電流表的線圈及懸絲很精細(xì)，應(yīng)注意保護(hù)，不容許過重的振動(dòng)和過分的扭轉(zhuǎn)。不要 隨意搬動(dòng)電表，非搬不可時(shí)，必須使電流計(jì)短路，輕拿輕放。發(fā)現(xiàn)光標(biāo)不動(dòng)或偏離正常零點(diǎn)過 大時(shí)，應(yīng)請教師指導(dǎo)解決。2實(shí)驗(yàn)過程中，電路調(diào)節(jié)應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行，不要使光標(biāo)偏轉(zhuǎn)超過標(biāo)尺。3擱置不用時(shí)，應(yīng)將電流計(jì)短路。表1測量臨界電阻r2/歐運(yùn)動(dòng)狀態(tài)Rc =歐表2測定電流計(jì)的內(nèi)阻RgR2=0 時(shí)do=mmd=mmd d d0 =mmr2/歐1d0/mm