实验十___灵敏电流计特性的研究[1].doc

实验十 灵敏电流计的研究灵敏电流计也叫直流检流计或检流计，是一种精确的磁电式仪表。它和其它磁电式仪表一样，都是根据载流线圈在磁场中受力矩作用而偏转的原理制成的，只是在结构上有些不同。普通电表中的线圈安装在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，用指针来指示偏转。而灵敏电流计则是用极细的金属悬丝代替轴承，且将线圈悬挂在磁场中，由于悬丝细而长，反抗力矩很小，所以当有极弱的电流流过线圈时，就会使它明显的偏转。因而它比一般的电流表要灵敏得多，可以测量10-610-11A范围的微弱电流和10-310-6V范围的微小电压，如光电流、物理电流、温差电动势等；电流计的另一种用途是平衡指零，即根据流过电流计的电流是否为零来判断电路是否平衡。实验目的 1.了解灵敏电流计的结构和工作原理；2.了解灵敏电流计的三种运动状态； 3.测定灵敏电流计的临界电阻，电流常数和内阻。实验原理1、灵敏电流计的构造 其结构主要分三部分： 磁场部分： 有永久磁铁和圆形软铁芯。永久磁铁产生磁场，圆柱形软铁芯使磁铁极隙间磁场呈均匀径向分布，并增加磁极和软铁之间空隙中的磁场。偏转部分： 可在磁场中转动的线圈，它的上下用金属张丝张紧，张丝同时作为线圈两端的电流引线。由于用张丝代替了普通电表的转轴和轴承，避免了机械摩擦，电流计的灵敏度得以提高。读数部分： 有光源、小镜和标尺。小镜固定在线圈上，随线圈一起转动。它把从光源射来的光反射到标尺上形成一个光点，此部分相当于指针式电表中很长的指针。但是指针太长，线圈的转动惯量增大，灵敏度将下降。为了克服这样的缺点，采用光点偏转法，可使灵敏度进一步大幅度地提高。有的灵敏电流计常采用多次反射式，使标尺远离电流计的小镜，ACl5型检流计就是此种灵敏电流计。2、灵敏电流计的读数 当有电流通过灵敏电流计的线圈时，线圈受到电磁力矩作用而偏转。当电磁力矩与张丝的扭转反力矩相等时，线圈就停止在某一位置上，随之标尺上的光标将固定在一定的位置（例如在标尺的刻度d上）起一条“光线指针”的作用而且，电流Ig与光标的位移d成正比，即 （1）式中比例常数称为电流计常数；单位是Amm，在数值上等于光点移动一个毫米所对应的电流。3、线圈运动的阻尼特性当外加电流通过灵敏电流计或断去外电流使线圈发生转动时，由于线圈具有转动惯量和转动动能，它不可能一下子就停止在平衡位置上，而是要越过平衡位置在其附近摆动一段时间才能稳定，摆动时间的长短直接影响测量的速度。为此有必要了解影响线圈运动状态的各种因素。灵敏电流计工作时，总是由它的内阻Rg与外电路电阻R外构成闭合回路（电流计回路除Rg外的总电阻），控制R外的大小，就可控制电磁阻尼力矩M的大小，从而控制线圈的运动状态。 欠阻尼状态：当R外较大时，感应电流较小，电磁阻力矩M较小，线圈偏离平衡位置后就会在平衡位置附近来回振动，振幅逐渐衰减，经过较长时间才能停在平衡位置。R外越大，M越小，线圈振动次数越多，回到平衡位置所需的时间就越长。 过阻尼状态：当R外较小时，感应电流较大，电磁阻力矩M较大，线圈偏离平衡位置后会缓慢地回到平衡位置，但不会越过平衡位置。利用此特性，将一个电键与电流计并联，当电流计光标运动到平衡位置附近时，将电键按下，电流计光标即可迅速停在平衡位置，这样方便了我们的调节。这个电键叫阻尼电键。灵敏电流计面板上的“短路”档，就是这样的阻尼电键装置。 临界阻尼：当R外适当时，线圈偏离平衡位置后能快速的正好回到平衡位置而又不发生振动，临界阻尼状态的外电阻称为电流计的临界阻尼电阻Rc。显然，电流计工作在临界状态时，最有利于观察和读数。4、 灵敏电流计面版图其使用方法和注意事项分述如下： 待测电流由面板左下角标有“+”和“-”的两个接线柱接入，一般可以不考虑正负。（2）实验时，先接通AC220V电源，看到光标后将分流器旋钮从“短路”档转到“1” 档，看光标是否指“0”，若光标不指“0”，应使用零点调节器和标尺活动调零器把光标调到“0”点。若找不到光标，先检查仪器的小灯泡是否发光，若小灯泡是亮的，轻拍检流计，观察光标偏在哪边，若偏在左边，逆时针旋转零点调节器；若偏在右边，则顺时针旋转零点调节器，使光标露出并调整到零。（3） 0.1，0.01档：检流计分流器的主要作用是改变测量的灵敏度，它通过分流电阻改变可测电流的范围，即改变了灵敏度。 (4)当实验结束时必须将分流器置于“短路”档，以防止线圈或悬丝受到机械振动而损坏。5、装置介绍实验电路示于图6。电源E经两次分压后，在一个小电阻R。上得到微弱电压V。通过电流计的电流为，其中Rg为电流计的内阻。当时，可得Ig的表达式为（V为电压表读数）： （2）图6 实验电路图实验内容（一）观察欠阻尼运动1开关K1、K2预先断开，按图6联接电路，电路中的小电阻 RO=0.1欧，R2的值先取为外临界电阻RC（由仪器铭牌上读取）的45倍。R1=99999.9欧,E=1.5V。并调节R使电压表读数为零，请老师检查电路后方可接通电源。2电流计应水平放置，使电流计内悬丝垂直，以保证转动时不会与旁边的磁极和柱形软铁发生摩擦和相碰。调整光标与标尺的零点重合。3接通开关K1，再接通开关K2。调节R以缓慢增大电压表读数，同时观察光标的移动，直至大约偏到40mm。断开K2；观察光标的运动，记录R2及光标振动的最大振幅。反向接通K2，重复前述观察。改变R2，重复前述观察。（）测定外临界电阻RC将电压表读数调到零，调小R2，同时每次都调节R，使光标约位于40mm，断开K2，观察振动情况（限于标尺的一边），直至R2减小到刚能使光标不发生振动，即光标很快地回到零点又恰好不能超过零点时的临界阻尼状态。记录此时的R2，得外临界阻尼电阻RC= R2十R0。由测得的RC及Rg计算电流计的全临界电阻RW=RC+Rg。（使用电流计时，如果情况许可，调节外电路的电阻使全临界电阻提高到1.1 Rc）。 （三）用半值法测定电流计的内阻。 1调节电压表读数至零值，R2调到零，断开K2，静等约3分钟后，记录电流计的零点读数d0；闭合K2，再缓慢增大电压表指示值，使电流计的光标偏转40mm左右，静等约3分钟后，记录电流计的读数d；即表示R2=0时通过电流计的电流。 2保持其他不变，只增大R2，直至增大到能使电流减小到原电流的一半，即2。记录此时的的值，即电流计的内阻Rg。必须指出，只有在以及通过电流计的电流变化（由d。d。/2）对v。的恒定值影响甚小时，所测得的Rg才足够正确（这样，R1是大点还是小点好？）。（四）测定电流计的电流常数1将R1调到外临界电阻RC的数值。调大电压表的读数，使电流计的光标偏到满刻度的2/3（或附近一个整数）。记下此时的电压表读数V以及R1、R0和光标的偏转d1（对于零点在标尺中央的电流计，为消除悬丝左、右扭转时的不对称，需要将双向转换开关K2反向，再读出光标在零点另一侧的偏转d2，然后求偏转的平均值 ）。 2由式(2）算出Ig，再由式(1）计算（式中d可用dl或d2的平均值），其中Ig及d的单位分别用安及毫米。注意事项 1电流表的线圈及悬丝很精细，应注意保护，不容许过重的振动和过分的扭转。不要随意搬动电表，非搬不可时，必须使电流计短路，轻拿轻放。发现光标不动或偏离正常零点过大时，应请教师指导解决。 2 实验过程中，电路调节应仔细进行，不要使光标偏转超过标尺。 3搁置不用时，应将电流计短路。表1 测量临界电阻/欧运动状态= 欧表2 测定电流计的内阻R2=0时 d0= mm d=