检流计的特性研究.doc

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1、大学物理仿真实验报告专业：能源动力与自动化专业班级：能动-21姓名：耶律楚材日期：2012.11.29一．实验简介:检流计是磁电式仪表，它是根据载流线圈在磁场中受到力矩而偏转德原理制成的。普通电表中线圈是安放在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，用指针来指示偏转。由于轴承有摩擦，被测电流不能太弱。检流计使用极细的金属悬丝代替轴承悬挂在磁场中，由于悬丝细而长，反抗力矩很小，所以有很弱的电流通过线圈就足以使它产生显著的偏转。因而检流计比一般的电流表灵敏的多，可以测量微电流（10-7~10-10A）或者微电压

2、（10-3~10-6V），如光电流、生理电流、温差电动势等。首次记录神经动作电位，就是用此类仪器实现的。检流计的另一种用途是平衡指零，即根据流过检流计的电流是否为零来判断电路是否平衡，它被广泛使用在直流电桥和电位差计中。本实验的目的就是为了了解磁电式检流计的结构、原理和运动规律，测量临界电阻，通过测量它的灵敏度和内阻，学习正确的使用方法。二．实验原理磁电式检流计的结构以光点式检流计为例，结构如图1和图2所示，检流计由三部分组成：l磁场部分：由永久磁铁(N,S)产生磁场，圆柱形软铁心(J)使气隙中磁

3、场呈均匀辐射状。l偏转部分：能在气隙中转动的矩形线圈C及从上下拉紧线圈的金属张丝E,只要有很小的力矩作用，就能使线圈偏转。l读数部分：小镜M固定在动圈上，它把光源射进来的光束反射到标尺上形成一个光标，当电流流过动圈时，动圈受力偏转而带动小镜M转过α角，因而反射光束偏转的角度为,光标在标尺上移动的距离，L为小镜到标尺的距离。磁电式检流计的结构以光点式检流计为例，结构如图1和图2所示，检流计由三部分组成：l磁场部分：由永久磁铁(N,S)产生磁场，圆柱形软铁心(J)使气隙中磁场呈均匀辐射状。l偏转部分：

4、能在气隙中转动的矩形线圈C及从上下拉紧线圈的金属张丝E,只要有很小的力矩作用，就能使线圈偏转。l读数部分：小镜M固定在动圈上，它把光源射进来的光束反射到标尺上形成一个光标，当电流流过动圈时，动圈受力偏转而带动小镜M转过α角，因而反射光束偏转的角度为,光标在标尺上移动的距离，L为小镜到标尺的距离。检流计的工作原理当被测电流IG(或电压)经悬丝流过动圈时，载流动圈受到气隙中永久磁铁产生的磁场(磁感应强度B)的作用。由于磁场是辐射装的，因此手里的动圈不管偏转到什么位置，B的方向总与l(即IG)的方向垂直

5、，那么N匝载流动圈受到的总磁力矩为M=NBIGS=GIG&(1)其中S为动圈面积，G=NBS为检流计的结构常数。在电磁力矩M的作用下动圈偏转，同时悬丝受扭力而产生反作用力矩(扭转力矩)，当作用在动圈上的电磁力矩和悬丝的反作用扭力矩平衡时，动圈停止偏转，则NBIGS＝Wa(2)为悬丝的扭转系数，偏转角a的大小由读数装置读出，n=2La(3)则(4)或(5)CI称为检流计的电流常数或分度值，单位是A/mm。如果检流计的结构已定，则CI为一定值。在使用中，W或其他结构参数可能有变化，所以必须用实验测定C

6、I。在实际中，也常用灵敏度SI来表示，即(6)SI的单位是mm/A。检流计的运动状态检流计的动圈通电流后，除了受到电磁力矩和扭转力矩的作用外，还存在空气阻尼力矩和电磁阻尼力矩，而悬丝是弹性材料制成，若动圈的转动惯量为J，则动圈运动状态(7)或(8)其中称为衰减系数，为阻尼系数，，为固有角频率，根据衰减系数的不同，有不同的运动状态：欠阻尼状态(b

7、1-3中的曲线I。特别当外电路断开和无空气阻尼(D=0)时候，动圈为无阻尼运动，以平衡位置aF为中心作等幅振动，运动曲线如图2.1.1-3中的曲线IV。实际实验中由于空气阻尼D很小，当外电路断开时动圈以位置aF为中心作一衰减系数很小的振动。临界阻尼状态(b＝wo时):公式8的解为:(10)其中aF=GIG/W。动圈无振动的很快达到平衡位置，此时的外电阻称为临界电阻Rc,它的运动曲线如图2.1.1-3中的曲线II。一般来说，检流计的临界阻尼状态是它的理想工作状态。过阻尼状态(b>wo,即R0

8、。公式8的解为:(11)其中aF=GIG/W,。此时动圈也是做单向偏转运动，缓慢的趋向平衡位置aF,运动曲线如图2.1.1-3中的曲线III。R越小，到达平衡位置的时间越长。因为过阻尼运动中，动圈到达平衡的时间长，而且不易判断动圈是否到达平衡位置，因此它对于测量是不利的。测量电路由于检流计很灵敏，一般通过电流不能超过1uA,在实际测量中常采用图2.1.1-4的电路。电压经过两次分压后得到很小的电压(常小于1mV)后才加到检流计电路中。第一次采用滑线变阻器分压，第二次采用固定电阻的数