灵敏电流计的特性研究.doc

实验九 灵敏电流计的特性研究 实验目的 1了解灵敏电流计的工作原理 2掌握灵敏电流计内阻和灵敏度的测定方法 3观察灵敏电流计的三种动动状态 仪器与用具 电源，复射式检流计，电压表，电阻箱，标准电阻，滑线变阻器，电子秒表等 实验原理 1灵敏电流计的结构 灵敏电流计是一种灵敏度很高的磁电系仪表，它主要用于较量式电磁测量中作指零器，也可用于测量微弱电流和电压，如测量光电流，生物电流，温差电势等灵敏电流计的内部结构原理如图8-1所示，它与磁电系电流表相同，不同的是转动线圈轻而狭长，以减小其转动惯量，如图8-1所示为直流复射检流计，它是用经过几次反射后形成的光斑代替了指针，相当于指针式电表的指针大大加长了，指针越长，分辨本领越高，加之扭转系数很小的张丝，消除了摩擦，因此直流复射式检流计具有更高的灵敏度，一般达到1081010分度安-1(divA-1)灵敏度是灵敏电流计的一个重要参数，它的定义式为 (8-1) 式中为通过灵敏电流计的电流为时，光标偏转的分格数(或角)仪器铭牌上是用的倒数安格-1来表示，叫做电流常数一般C10-10-10安格-1据此，我们就可以从光标偏转的格数读出通过灵敏电流计的电流的大小但是仪器经过长期使用、维修，这些常数是有变化的，使用前必须重新测量 图81 2灵敏电流计的运动特性 使用中，我们发现，在某些情况下，当通过它的电流发生变化后，光标会来回摆动很久才逐渐停在新的平衡位置，如在这种状态下进行测量，就很费时间，而一般指针式电表就没有这个问题，一旦通电，指针很快平稳地摆到平衡位置，这是因为指针式电表内部设有阻尼装置，而灵敏电流计动圈的电阻，即电流计的内阻与外电路构成一个回路，这个感生电流与磁场相互作用，就产生一个阻止动圈运动的电磁阻尼力矩，该力矩的大小与回路总电阻成反比： (8-2) 式中为外电路的电阻，显然，控制的大小，就可以控制电磁阻尼力矩的大小，从而控制动圈的运动状态 根据电磁学理论，全面分析电流通电线圈的运动状态为一个二阶线性常系数微分方程： (8-3)式中为线圈的转动惯量，为电磁阻尼力矩，为悬丝的扭转系数，、分别为线圈的匝数，面积和线圈所处的磁感应强度以及通过动圈的电流强度，解方程(8-3)，引入阻尼度： (8-4) 按阻尼度大于，等于和小于1，动圈有三种运动状态：即过阻尼，临界阻尼和欠阻尼运动状态，这三种运动状态下线圈的偏转角随时间变化规律如图8-2所示 图82 与关系曲线 图83 当(取等于仪器铭牌所标值的4倍)较大时，则较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，反映光标需经较长时间，才能停在平衡位置，越大，越小，振动时间也越长，这种状态叫做阻尼振荡，或叫欠阻尼状态，如图8-2中曲线I 当较小时(取=1/)，则较大，线圈缓慢地趋向平衡位置，且不越过平衡位置，越小，则越大，达到平衡位置的时间也越长，这种状态叫做过阻尼状态，如图8-2中曲线 当适当时，(取=)，线圈能很快达到平衡位置，且不振动，这是前两种状态的中间状态，叫做临界状态，如图(8-2)中曲线，这时外电路的电阻值，叫做外临界电阻，理论和实际测量都证明，使灵敏电流计工作在略微欠阻尼状态，线圈趋于平衡位置所需时间最短，于是，在实际工作中，往往使外电路的电阻略大于 3灵敏电流计的电流灵敏度与内阻的测量 它们的测量电路如图8-3所示，其中，根据电路有方程： (8-5) (8-6) (8-7) 将(8-1)、(8-5)、(8-7)式代入(8-)式中得： (8-8) 为了便于实验的方法解出和,将(8-8)式变为： (8-9) 由(8-9)式可见，如果在实验中保持、和不变，则与电压成线性关系，其斜率为,截距为，因此在实验中不断地改变,并相应使，并相应调节，使保持不变，然后根据与的关系，利用图解，求出和的值 实验内容 1观察灵敏电流计的三种运动状态与的关系，并确定外临界电阻值 按图8-3连接电路，取：=1：3000，预置等于4倍(仪器铭牌上注有外临界阻值，若不知此值，可采用优选法逐渐逼近求得)，然后依次置等于1/4和滑线变阻器置于零输出处，接通检流计光路电源，旋钮拨至“直接”档，调零，接通稳压电源，调至6伏，推动滑线变阻器使复射式检流计在三种值下分别使光标满偏(=50格)，断开，同时用秒表记录三种运动状态达到平衡位置不动的时间，确定(=外临界电阻之值)，并画出三种运动状态曲线 2求灵敏电流计内阻与灵敏度以及电流常数的值 仍按图83连接电路，取：=1：20K，滑线变阻器置于零输出处，调节电源为4伏，将分别调为0.50伏、1.0伏、1.50伏、2.0伏、2.50伏并对应调节，使光标每次偏格(50格)，反向2.50伏依次调至0.50伏，再得与之对应的值，取二次平均值，作为作与图线，用图解出与之值，并计算出 实验结束后置灵敏电流计旋钮于短路处 思考与问答 1灵敏电流计为什么灵敏? 2灵敏电流计动圈在磁场中运动时，受哪几种力作用?力矩产生的原因是什么? 3使