實(shí)驗(yàn)十-靈敏電流計(jì)特性的研究

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)則是用極細(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，反抗力矩很小，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(cè)量10-6~10-11A范圍的微弱電流和10-3~10-6V范圍的微小電壓，如光電流、物理電流、溫差電動(dòng)勢(shì)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)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(cè)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)主要分三部分：磁場部分：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)部分：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。讀數(shù)部分：有光源、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)，此部分相當(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)常采用多次反射式，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，即式中比例常數(shù)K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(duì)應(yīng)的i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(cè)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夕卜的總電阻〕，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)。⑴欠阻尼狀態(tài)：當(dāng)R夕卜較大時(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。⑵過阻尼狀態(tài):當(dāng)R夕卜較小時(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。⑶臨界阻尼：當(dāng)R外適當(dāng)時(shí)，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)。

其使用方法和注意事項(xiàng)分述如下：⑴待測(cè)電流由面板左下角標(biāo)有“+”和“-”的兩個(gè)接線柱接入，—般可以不考慮正負(fù)。⑵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“x1”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,則順時(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。⑶x0.1,x0.01檔：檢流計(jì)分流器的主要作用是改變測(cè)量的靈敏度，它通過分流電阻改變可測(cè)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V。。通過電流計(jì)的電流為I，其中Rg為電流計(jì)的內(nèi)阻。當(dāng)R》R時(shí)，可得Ig的表達(dá)式為〔V為電壓g 2 0表讀數(shù)〕:7 VR表讀數(shù)〕:=g (R€Rg)(R€R)21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)開關(guān)K］、K2預(yù)先斷開，按圖6聯(lián)接電路，電路中的小電阻R。二歐，R2的值先取為外臨界電阻RC〔由儀器銘牌上讀取〕的4—5倍。歐,E=1.5V。并調(diào)節(jié)R使電壓表讀數(shù)為零，請(qǐng)老師檢查電路后方可接通電源。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)K1，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。〔二〕測(cè)定外臨界電阻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R。。由測(cè)得的RC及Rg計(jì)算電流計(jì)的全臨界電阻RW=RC+Rg?！彩褂秒娏饔?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1.1Rc〕?！踩秤冒胫捣y(cè)定電流計(jì)的內(nèi)阻r。g1?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)d0;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左右,靜等約3分鐘后，記錄電流計(jì)的讀數(shù)d;,d—d-d）即表示R2=0時(shí)通過電流計(jì)的電流。?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的值，即電流計(jì)的內(nèi)阻Rg。'2必須指出,只有在(R€R)》R以及通過電流計(jì)的電流變化〔由d。fd。/2〕對(duì)v。的2 g 0恒定值影響甚小時(shí)，所測(cè)得的Rg才足夠正確〔這樣，R］是大點(diǎn)還是小點(diǎn)好？〕。〔四〕測(cè)定電流計(jì)的電流常數(shù)Ki1.將R］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)d］〔對(duì)于零點(diǎn)在標(biāo)尺中央的電流計(jì)，為消除懸絲左、右扭轉(zhuǎn)時(shí)的不對(duì)稱，需要將雙向轉(zhuǎn)換開關(guān)Q反向，再讀出光標(biāo)在零點(diǎn)另一側(cè)的偏轉(zhuǎn)d2,然后求偏轉(zhuǎn)的平均值〕。2?由式(2〕算出Ig,再由式⑴計(jì)算k〔式中d可用d咸d2的平均值〕，其中Ig及di的單位分別用安及毫米。注意事項(xiàng)1?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(qǐng)教師指導(dǎo)解決。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。?擱置不用時(shí)，應(yīng)將電流計(jì)短路。表1測(cè)量臨界電阻RJ歐運(yùn)動(dòng)狀^態(tài)Rc=