Гальванометр

Теплова система

У тепловій системі рухомою частиною є пружина, натяг якої залежить від довжини провідника, по якому тече струм. Видовження чи скорочення провідника є тепловим і виникає при зміні його температури. При проходженні в провіднику струму, в ньому виділяється джоулеве тепло яке і змінює температуру провідника.

Вимірюють електричні величини по різних їхніх проявах і впливам: а) механічним; наприклад, різниця потенціалів між двома пластинами може бути виміряна по силі їхнього взаємного притягання; б) хімічним, наприклад, кількість пройденої електрики (величина заряду q) може бути виміряна по вазі речовини, що виділилася на електродах; в) тепловим — по нагріванню провідника і т.д. Вимір однієї величини можна часто замінити виміром іншої, із нею зв'язаної. Наприклад, знаючи опір ділянки ланцюга і, виміривши вольтметром спадання напруги, можна знайти величину струму за законом Ома. Вимір може бути абсолютним (вимір q електрометром) чи порівняльним (вимір R мостовою схемою). Як правило, усякий вимір у кінцевому рахунку зводять до виміру переміщення чи стрілки чи променя світла («зайчика») по шкалі. Вимірювальна апаратура розділяється на міру (еталони опору, електрорушійної сили, ємності і т.д.) і вимірювальний прилад, що порівнює вимірювану величину з одиницею її виміру.

Прилади розділяються: а) по характеру вимірювання на прилади з безпосереднім відліком і самозаписувальні; б) за умовами роботи­­¾ на стаціонарні, переносні і транспортувальні; в) за точністю ¾ на класи 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; цифра класу, що наноситься на шкалу приладу, дає відсоток погрішності від номінальної межі виміру; г) за принципом роботи ¾ магнітоелектричні, електромагнітні, теплові, електродинамічні, і т.д. Символ, що вказує принцип дії приладу, також наноситься на його шкалу. На шкалу, крім того, наносяться й інші характеристики приладу: рід струму-постійний (—) чи перемінний (~); установка вертикально (­), горизонтально (®) чи під кутом (Ð60°); пробивна напруга ізоляції (2 кВ) і т.д.

Розрахунки вимірювальних приладів

Магнітоелектрична система

У лабораторіях найбільш уживаними є магнітоелектричні прилади, засновані на дії постійного магніту на котушку, через яку йде вимірюваний струм. Основним магнітоелектричним приладом є гальванометр ¾ високочутливий прилад, що служить для виміру слабких струмів і інших електричних величин.

На мал. 1 зображена схема стрілочного гальванометра. Котушка (рамка) із тонкого дроту може обертатися між полюсами постійного магніту. Для посилення магнітного поля усередині розташований залізний сердечник С_р. При пропусканні струму через котушку вона прагне установитися по полю. Обертаючий момент М_об, що діє на котушку, прямо пропорційний струму І, тобто М_об=к₁І, де коефіцієнт к₁, залежить від напруженості поля, створеного магнітом, числа витків котушки, розмірів і взаємного розташування елементів приладу. При повороті котушки і зв'язаної з нею стрілки на деякий кут j спіральна пружина П_руж розтягується й створює протидіючий момент М_пр. Цей момент прямо пропорційний кутові закручування, тобто М_пр=к₂j, де коефіцієнт k₂ залежить від розмірів і матеріалу пружини. При рівновазі

М_об=М_пр

тобто

к₁І=к₂j, I~j~n, (1)

де n-число поділок, відмічуване стрілкою на пропорційній шкалі Ш. Як видно зі співвідношення (1), шкала магнітоелектричного гальванометра рівномірна. Отже,

І=Сn, або n=SI.

Залежний від параметрів приладу коефіцієнт пропорційності С називається постійної приладу. Обернена йому величина S=1/C називається чутливістю приладу. Звичайно постійна гальванометра має порядок величини С»10^-7 A/под

Для збільшення чутливості гальванометра полегшують його рухливу частину і замінюють спіральну пружину пружною ниткою Н, що закручується. На нитці підвішують маленьку котушку К, так називану рамку. Схема подібного дзеркального гальванометра зображена на Мал. 2. Для реєстрації кута закручування нитки j до неї прикріплюють маленьке дзеркальце Дз. Промінь світла від джерела Дж падає на дзеркальце і, відбиваючись, попадає на прозору шкалу Ш, розташовану на деякій відстані від приладу. При повороті дзеркальця світловий «зайчик» переміщається на відповідне число поділок по шкалі. Поділки, звичайно, виміряються в мм при відстані від шкали до дзеркальця в 1 м.

Відповідно до високої чутливості, постійна дзеркального гальванометра досягає С»10^-11 A/(мм/м).

Балістичний гальванометр.

Прикріплюючи до рамочки додаткові вантажці (мал. 3) і, збільшуючи тим самим її момент інерції J, можна перетворити дзеркальний гальванометр у так називаний балістичний гальванометр і вимірювати з його допомогою короткочасні імпульси струму. Якщо струм І проходить через рамку протягом короткого проміжку часу Δt, то заряд , тобто пропорційний імпульсу моменту сил, що діють при цьому на рамку. Із законів механіки випливає, що цей імпульс дорівнює приросту моменту імпульсу рамки, тобто

,

де w-кутова швидкість обертання, придбана рамкою до кінця цього проміжку. У результаті поштовху рамка здобуває кінетичну енергію обертання і починає закручувати нитку. При цьому відбувається робота проти сил пружності, і через якийсь час, звичайно, через 5—10 с рамка зупиняється, повернувшись на деякий кут j. Запишемо закон перетворення кінетичної енергії рамки у потенціальну енергію пружної деформації нитки

,

де — коефіцієнт пружності нитки. Звідси w~j, і з послідовних співвідношень

q=IΔt~М_врΔt~w~j~n_макс

випливає, що заряд q прямо пропорційний максимальному відхиленню «зайчика», тобто

q=C_бn_макс

Величина С_б зветься постійної балістичного гальванометра і, звичайно, має порядок .

Після зупинки нитка почне розкручуватися, і рамка стане здійснювати коливання, що унаслідок тертя будуть загасаючими. Для заспокоєння (демпфірування) коливань рамку закорочують, і в ній виникають індукційні струми, що різко гальмує її рух.

Рамка гальванометра намотується з тонкого дроту, і через неї не можна пропускати великі струми. Тому гальванометр не можна вімкнути у звичайний ланцюг постійного струму щоб уникнути згорання рамки.

Дата добавления: 2015-05-23