灵敏电流计特性研究

1、灵敏电流计特性研究【实验目的】1、了解灵敏电流计的原理和构造；2、测定灵敏电流计的阻和电流计常数；3、观察灵敏电流计的运动状态与外电阻的关系。【实验原理】一、灵敏电流计的构造：灵敏电流计的构造如下图所示：在极细并富有弹性的金属丝上面悬挂着小镜子血和线圈C,当线 圈通有电流时，线圈所受到的磁力矩匾和金属丝的扭力矩匾平衡时， 线圈将偏转一个角度，有以下关系：M=NBSJ&(1)M.-DO(2)M,+M2=O(3)由以上三式可知:人=0(4)* MBS】对于小镜子Mo在这个结构中发挥的作用：做工时可以把a角做得很小，此时小镜子到读数尺的距离为L,可以 有如下的近似关系:(5)tan(2& + a)

2、= tan 20 20 = L由(5)式和(4)式消去角度可得如下结论:2N、BsJ = Kd(6)上式中的K就是灵敏电流计的电流计常数，K的倒数称为电流计的 灵敏度。而K和Si仅仅取决于电流计的各个结构参数。并且注意到，当入射光线到达读数尺之前经过了多次反射，可以进一步提高电流计的灵敏度，这个时候的灵敏电流计称之为复射式灵敏电 流计。它的灵敏度比通常的灵敏电流计更大。二、灵敏电流计的阻尼特性：灵敏电流计由于采用的是悬挂式的线圈结构，所以摩擦阻尼变得 特别小，在读书的过程中，有时候会需要很长的时间停下来，所以需 要注意灵敏电流计的阻尼特性。在线圈运动的过程中，竖直的两边切割磁感线，产生感应电动

3、势，这 将会在回路情况下产生电磁阻尼。通过线圈的电流大小为：.s NBS de”、R &+心八所受到的电磁阻尼矩为：EH诜右警(8)由上式可见，电磁阻尼矩总是可外电阻有关的，因此，可以利用这一 点在实际实验中让灵敏电流计指针迅速停下来。可以发现，当外电阻为某个临界电阻值的时候，电磁阻尼矩在某个适 当值，会使得指针迅速停下来（曲线III）。如果阻尼矩稍大，线圈将 缓慢的趋于平衡（曲线1【）；如果阻尼矩稍小，线圈将在平衡位置附 近来回震荡（曲线I ）。如右图所示:hi 当心（取等于仪器铭牌所标心临值的4倍）较大时，p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，心越

4、大，卩越小，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. 当心较小时（取心二1/%）, P则较大，线圈缓慢地趋向平衡 位置，且不越过平衡位置，心越小，卩则越大，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II. 当心适当时，（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III,这时外电路的电阻值弘，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心略大于心临. 因此，实际中只需要选择合

5、适的外电阻，使得电磁阻尼矩处于曲线III 所示的临界状态即可。灵敏电流计都装有零点调节旋钮，调零时，它能保证电流计在水平位 置向任何方向偏离不超过5时将光斑调整到标尺的零点上。三、实验测量原理：实验电路图如右图所示：应2b满足实验参数的条件下，有如下结论:数字式电压表示数u=%,并且11000流过灵敏电流计的电流:I = Kn (9)1000 R + Rg在(9)式中，除了电流I之外，有待测的阻R.和电流计常数K、U、R和n是可以从电表上读出球的。所以利用(9)式即可测量出待测的 阻R,和电流计常数K：R =以一仏和 K=(10)U-U?1000 R +当 U1=2U2 时,Rg=R-2-1【

6、实验仪器】AC10/2型直流光点反射式检流计、滑线变阻器、电阻箱、直流稳 压电源、数字式电压表、1Q标准电阻等。【实验数据】标称值 Rg=34 Q ,分度值 3.4E-8 a mm1(一)电阻箱为0.1级U1 (V)R1(Q)U2 (V)R2(Q)Rg ( Q )K/A mm10. 11270. 2293.438.43. 31E-080. 1233.90. 24106. 137.33 32E-080. 1339.40. 26121. 141. 33.18E-080. 1445. 70. 28133. 140. 73.20E-080. 1551.40.3145.441. 63.19E-08Rg=

7、39.9 Q ；K=3.24E-08 A mm-1单次测量，忽略a类不确定度，B类Ub/b=0.1 Ul=Ubi=27*0.1%=0.03 Q 同理 U2=Ub2=0.04 QUgi=Vt/l2 + 22=0.05Rg= （3840.05） Q阻值百分差E=13% 灵敏度百分差E=5%（二）回归法（作图法）数据表相同Rg=414Q ； K=3.22E-8 A mm1阻值百分差E=22% 灵敏度百分差E=5%(三)替代法R=350Q百分差E=2.9%（四）观察灵敏电流计运动状态与外电阻的关系Rt(s)R oc125R二R临0. 92R二4R 临2. 66R二 023可以发现，在R 8和R=0时电流计指针归零所需时间远大于R R临时。【误差分析】出现问题：可发现替代法（三）中的结果与标称值较为接近，而（一）、（二）中实验结果与标称值偏差较大。可能原因：1、分析电路图可发现测量电阻时，前者包含了单刀双掷 开关的电阻，后者不包括。在实验中，更换开关