实验3—15用冲击电流计测量磁感应强度.

1、图 3 15 1速度，但还来不及偏转，线圈仍处于静止状态。流计线圈在脉冲电流作用下第一次最大偏转角9 max实验3 15用冲击电流计测量磁感应强度【实验目的】1. 了解冲击电流计的结构特点、工作原理，学习使用冲击电流计。2掌握用冲击电流计测量磁感应强度的方法。3测定螺线管轴线上磁感应强度的分布。【实验仪器】冲击电流计，待测螺线管（内附探测线圈），标准互感器，电阻箱，直流稳压电源,滑线变阻器，直流毫安表等。【实验原理】1冲击电流计的工作原理冲击电流计的结构与灵敏电流计相似，都属于磁电式检流计，它的结构特点，也就是它与一般灵敏电流计的区别在于它的线圈扁而宽或带一圆盘形重物，如图3 15-1 所示，

2、从而使线圈的转动惯量 J较大，自由振荡周期To较长（To=2:JD，式中D为线圈悬丝的扭转系数）普通磁电式检流计的 To约为3 5s,而冲击电流计的 To约为20s。正因为冲击电流计具有To大这一特点，所以可用来测量短时期内脉冲电流所迁移的电量，以 及与此有关的其它测量，如磁感应强度、高阻、电容 的测量等。当时间间隔 t很短（.W丄To）的脉冲电20流通过线圈时，则线圈的运动有以下特性：（1）在脉冲电流通过的时间内，线圈虽有一角（2）当圈开始偏转时，脉冲电流已经通过完毕。利用以上的特性，由电磁理论可以推出，冲击电-89 -与通过线圈的总电量 q成正比。在冲击电流计的标尺与线圈上的小圆镜之间的距

3、离较远 （如1米）的情况下，小圆镜光标在标尺上的偏转距离与线圈的偏转角成正比，因此冲击电流计光标第一次最大偏转距离dmax正比于通过线圈的总电量 q,即卩或 d max - Sqq(3 15 1)式中比例系数 Cq称为电量冲击常数，Sq= 1 / Cq称为电量冲击灵敏度， Cq和Sq都与电 流计的装置、外电路的电阻有关。 （3 15 1）式告诉我们，已知 Cq或Sq,由冲击电流 计最大偏转值dmax可以求出通过电流计的电量 q。2用冲击电流计测量磁感应强度的原理将冲击电流计与一探测线圈串联，并与一电阻R组成闭合回路。当探测线圈内磁通量发生脉冲式变化 d1时，探测线圈两端产生脉冲式感应电动势d

4、:3 =-dt感应电动势在电路中产生脉冲式感应电流1 diR dt在脉冲电流i持续的时间t内，通过冲击电流计的电荷迁移量为qidt 音.J 右（ 一）=訂将（3- 15- 1）式代入上式得用jRq nRCqdmax =C dmax （ 3 15 2）Sqj式中C =RCq称为磁通冲击常数，S = 1/C 称为磁通冲击灵敏度，它们可以通过实验来确定。（3 15-2）式说明，冲击电流计光标的最大偏转值 dmax与探测线圈中的磁通 变化量成正比，根据这一关系，由冲击电流计的最大偏转值dmax可以求出探测线圈-X图 3- 15 - 2式中角度 a B如图3 15 2所示。真处的磁感应强度。3 螺线管内

5、的磁感应强度及其测 量原理如图3- 15-2所示的螺线管，单 位长度上线圈匝数为 n,长度为L,直 径为D。当通有电流I时，螺线管内轴 线上某点P的磁感应强度的理论值为B =1 nl (cos-cos：) (3 15 3)2空磁导率 卩0= 4n X 107H/m。B沿X轴的分布曲线如图 3- 15- 3所示。当LD时, 螺线管中心附近的磁感应强度为Bo = J0nI在螺线管轴线的一端，磁感应强度为1B端o nI2用冲击电流计测量螺线管中磁感应强度的电路如图3- 15-4 所示。测量螺线管内的磁场时， 将选择开关 K2打向b处，这时电源 E通过开关Ki向 螺线管提供励磁电流 I，设探测线圈的匝

6、 数为N,平均截面积为 S,而且探测线圈 的法线与B的方向一致，则通过探测线圈 的磁通量为二 NSB改变电流换向开关 Ki,使励磁电流由I迅 速变换为一I，这时，螺线管中电流变化=21，探测线圈内磁通变化量为L :-2 ： = 2N S B探测线圈处的磁感应强度为B 二2NS K3O将（4 15-2）式中的 二丨代入上式，可以得到电流换向开关 K1从一个状态（+ I）倒向另一个状态（一I）时，螺线管内磁感应强度为B 二 _C2NSd max(3 15-4)式中探测线圈的匝数 N、截面积S由实验室提供，磁通冲击常数 C通常用标准互感器 测定。因此，测得冲击电流计的最大偏转值dmax就可以由（3

7、- 15-4 ）式求出螺线管内探测线圈所在处的磁感应强度 B。4.磁通冲出常数C的测定将图3- 15-4中选择开关K2打向a处，使电流通过互感器 M,利用电流换向开关 心，使互感器M初级线圈电流从I。变为一I。即电流有一瞬时变化量 厶|0=210，这时互感 器次级线圈内的磁通变化量为(3 15- 5)：二 M ：l0 =2MI相应地，冲击电流计有最大偏转值dmax。由（3 15-2）、（3 15- 5）式得磁通冲击常数为2d max2Mlodmax(3 15-6)式中互感量 M是已知的，Io由电流表读出。因此，由冲击电流计的最大偏转值dax可以求出磁通冲击常数 C o由(3 15 2)式知，C

8、与电流计回路总电阻 R (包括电阻 箱电阻，探测线圈、互感线圈的电阻及冲击电流计的内阻)有关，因此在测量C和B的过程中，要保持回路总电阻不变，不管是测量 C(p或B,探测线圈和互感器次级线圈要始终串联在电流计回路中，电阻箱的电阻不能再改变。【实验内容】1 调节好冲出电流计，按图3 15 4连接电路。整个电路由三个回路组成：(1) K1闭合，K2合向“a”，直流电源E与互感器M初级线圈连接而构成定标回路， 用以测量C :。(2) 心闭合，K2合向“ b”，直流电源与螺线管接通，构成磁化电流回路，用以测 量B。(3) 冲击电流计 G,外电阻R (电阻箱)、互感器M的次级线圈、螺线管内的探测 线圈构

9、成电流计回路。螺线管及探测线圈和互感器 M的规格参数标在仪器上，电路中电流的大小可以由 直流稳压电源的输出旋钮或变阻器 R来调节，电流计的外电阻的取值应使电流计处于 临界状态附近。2 .测定磁通冲击常数 C将电源开关K1闭合，选择开关 K2合向“ a”，使M接入电路，调节合适的电流Io(使Io不超过互感器的额定电流，冲击电流计的光标不超过满标，又要使dmax有较大的读数，以减小读数相对误差)。电流Io应取三个合适的值。每一电流下测三次，为减小系统误差，每次测量时，应 切换电流换向开关 K1从一个状态(如Io)迅速变换到另一个状态(如Io),测出光标向左偏和向右偏的最大值，然后取平均值代入(3

10、15 6)式求出C.:。三个电流Io下求出的C :再取平均值。3. 测量螺线管轴线上磁感应强度分布将选择开关K2合向“ b”，使螺线管接入电路， 不改变测C时的R值，调节电源输 出旋钮或变阻器 R,使磁化电流I达到一固定值，在探测线圈的每一位置，切换换向开 关K1测出光标向左偏和向右偏的最大值。测量从螺线管轴线中心“ o”位置开始，探测线圈每向外移动1cm测一次，直到螺线管的边缘为止。【数据处理】1 .将测量数据及处理结果填入设计好的数据表。2 .作螺线管轴线上磁感应强度分布BX曲线。3. 由（3- 15-3）式计算螺线管中心处的磁感应强度Bo和边缘处的磁感应强度 Bl值，并与实验结果比较，以测量值为标准，计算相对误差。【注意事项】1冲击电流计的安装调节要在教师指导下进行。实验后，要用阻尼开关K3将电流计短路；调节制动器旋钮，将电流计线圈制动。2. 连接电路后，须经指导教师检查认可后才能接通电源。电流计的引线千万不可 接到电源回路中。3为了减小测量误差，实验仪器安排要尽量使螺线管、标准互感器、滑线变阻器 之间离远些，以免相互感应；电流换向开关的切换速度要快。4. 通过标准互感器和螺线管的电流不能超过各自的额定值；不使光标跑出标尺外。5为了消除光标的“零点”误差、接触电势差、温差电动势等多种因素产生的系 统误差，每次测量都应改变电流方向，使光标左、右偏转各测一次，然后取平均值。