靈敏電流計特性研究

1、實驗5-24靈敏電流計特性研究靈敏電流計是一種測量微小電流的直讀式磁電式儀表，由于它變革了機械指針式電流計的機械結構和偏轉顯示系統(tǒng)（用懸絲代替了普通電表的轉軸和軸承，避免了機械摩擦，同時采用一套光學放大系統(tǒng)來測量偏轉角），因而具有很高的靈敏度，可以檢測10 610 10A的微小電流，或檢測10 磁場部分 永久磁鐵N、S產(chǎn)生磁場，圓柱形軟鐵芯 J使磁場呈均勻輻射狀。2.偏轉部分線圈C可以在磁場內轉動，上下兩端用金屬懸絲繃緊，金屬絲同時作為線圈的電流引 線。 讀數(shù)部分（小鏡 m和弧形標尺）小鏡m固定在線圈上，它把光源射來的光反射到弧形標尺上并成一光標，見圖5-24-1b。當沒有電流通過線圈時，反射

2、光標位于弧形標尺的零點上，當某一穩(wěn)定電流I流過線圈時，線圈受到的磁力矩為 式中，N為線圈匝數(shù)，B為磁感應強度， S為線圈面積。線圈在磁力矩的作用下而產(chǎn)生轉動，懸絲隨線圈轉動而產(chǎn)生的反向扭轉力矩為 式中，D為扭轉系數(shù)，為線圈轉過的角度。當Mb和M D大小相等時，光標停在新的平衡位置。 由圖5-24-1b知標尺讀數(shù)d 2 l , 由于得10 6V的微小電壓，常用于光電流、生物電流、溫差電動勢的測 量或用做精密電橋、精密電位差計的平衡指示器?！緦嶒災康摹?了解靈敏電流計的結構，掌握控制靈敏電流計運動狀態(tài)的方法。2 測定靈敏電流計的特性參量一外臨界電阻、電流常數(shù)及內阻。3 學會用最小二乘法處理數(shù)據(jù)。【

3、實驗器材】AC15型直流復射式檢流計、直流穩(wěn)壓電源、直流電壓表、電阻箱、滑線變阻器、雙刀 雙擲開關、單刀開關等。【實驗原理】一、靈敏電流計的工作原理靈敏電流計的結構見圖 5-24-1 ,主要由三部分組成：圖5-24-1 靈敏電流計的結構原理圖a）線圈偏轉系統(tǒng)b）讀數(shù)系統(tǒng)Ddkd(5-24-1 )2NBSI由此可見，通過電流計的電流I與反射光標在弧形標尺上的讀數(shù)d成正比，式中k D/（2NBSI）稱為電流計的電流常數(shù)，即光標移動1mm對應的電流值，其倒數(shù)1/k S稱為電流計的靈敏度，式（5-24-1 ）可寫為式中S表示單位電流引起的光標移動距離。靈敏電流計中采用 “光指針”代替普通電表的金 屬指

4、針，相當于大大加長了指針的長度，進一步提高了電表的靈敏度。二、靈敏電流計 的運動狀態(tài)及控制方 法在線圈由d 0 到新的平衡位置 d do的運動過程 中，線圈在磁場中運 動將產(chǎn)生感應電動 勢，而電流計在工作 時，總是由它的內阻 Rg與外電路上電阻 R外構成一個回路， 因而就有感應電流流 過線圈，感應電流與 磁場相互作用，將產(chǎn)生阻止線圈運動的電磁 阻尼力矩 M，它的大小與回路總電阻成反 比，即由此可見，控制 R外的大小就可以控制 電磁阻尼力矩 M的大小，從而控制線圈的運 動情況。對應于不同的R外，線圈將以三種不同的運動狀態(tài)達到新的平衡位置d0，如圖5-24-2a 所示。1當R外較大時，M較小，線圈

5、作振 幅逐漸衰減的振動，需經(jīng)較長時間，才停在 新的平衡位置，R外越大，M越小，振動時 間也就越長，這種運動狀態(tài)叫做欠阻尼狀態(tài)， 見圖5-24-2a曲線1。E圖5-24-3測量內阻和電流常數(shù)的實驗電路2當R外較小時，M較大，線圈緩慢 地趨向新的平衡位置，也不會越過平衡位置， R外越小，M越大，到達平衡位置的時間也 越大，這種狀態(tài)叫做過阻尼狀態(tài)，見圖 5-24-2a 曲線 3。3當R外適當時，線圈能很快達到平衡位置而又不發(fā)生振動，這是前兩種狀態(tài)的中介狀態(tài)，叫做臨界狀態(tài)，見圖5-24-2a曲線2，這時對應的R外叫做外臨界電阻（R外臨）。當電流計線圈由新平衡位置d0回到零時也有以上三種運動狀態(tài)，如圖5

6、-24-2b所示。顯然，電流計工作于臨界狀態(tài)最便于測量，在實際工作中，常采用以下辦法使電流計工 作在或接近工作在臨界狀態(tài)：(1) 選擇適當?shù)碾娏饔?，使它的R外臨 接近于R外。(2) 在電流計上串聯(lián)或并聯(lián)一個電阻，使它的R外接近于R外臨。三、測量電流計的電流常數(shù)及內阻測量電路如圖5-24-3所示，圖中G為靈敏電流計，電阻 &和R2組成固定分壓器，R, 為1的標準電阻，分壓比r/r2可在0.00010.001之間根據(jù)需要選取。S2為換向開關， 用來改變電流方向， 以消除電流計零點未調好帶來的誤差。S為阻尼開關，當光標運動到零點時，按下此開關，可使光標盡快停止在零點。由于電流計允許通過的電流很小，故

7、實驗中采用二級分壓，且 R1R2，使得加在R和Rg上的電壓Uo很小。由圖5-24-3知由此得到將Ig kd代入上式，得R 1(Rg R)(5-24-2 )kR2 d式中，k和Rg是待測量。若選定 U、R1、R2而改變R值，對應有光標的不同偏轉量 d。 R與1/d成線性關系，其斜率為 UR,(kR2)，截距為(Rg RJ，分別測出不同R所對應 的光標偏轉d，作R1/ d曲線，即可求出直線的斜率和截距，從而求得K和Rg。若要精確求得與實驗數(shù)據(jù)符合最佳的斜率和截距，可采用最小二乘法對實驗數(shù)據(jù)進行一元線性回歸。由 y ax b和式(5-24-2 )可知，yi與R對應，xi與1/di對應， 且 a UR

8、/kR?, b(Rg RJ ,從而得UR1k -(5-24-3 )aR2Rg(b R1)(5-24-4 )若由實驗測得n組數(shù)據(jù)(X1 , yj、(x2, y2)(Xn , y.)，則用最小二乘法可求得 a 與b。(見第二章第五節(jié))【實驗內容】一、測定電流計的電流常數(shù)和內阻1 按圖5-24-3連接線路，將電流計倍率檔置“X0.01 ”檔，調節(jié)光標零點。2先取R 100，選取合適的分壓比 R1/ R2和電壓U，換向開關S2擲向任一方，使電流計偏轉至一定格數(shù)(例如50mm),將S2擲向另一方以改變電流方向，分別測出d左、d右，填入表格5-24-1中。3.保持分壓比R1/ R2和電壓U不變，依次改變R

9、使之為200、300、900,分別測出相應的電流計偏轉值數(shù)di，填入表格5-24-1中。二、觀察電流計的運動狀態(tài)并測定外臨界電阻1 .將電流計倍率檔置“直接”位置，斷開S3，調節(jié)光標零點。2.根據(jù)電流計銘牌上給出的外臨界電阻值，把R撥到4R外臨，調節(jié)滑線式變阻器，使電壓U由小到大，使電流計有 4050mm的偏轉(如偏轉不夠，可以減小R2的數(shù)值，但注意，以后R減少時，需增加 R2以保護電流計)。斷開S2，觀察光點回零時的運動方式， 判斷它屬于哪一種運動狀態(tài)。3分別取R R外臨、R R外臨/4等進行觀察和判斷，最后根據(jù)電流計各運動狀態(tài)的 特點設法測出R外臨的實際值?！緮?shù)據(jù)處理】表5-24-1測定電流計的電流常數(shù)和內阻數(shù)據(jù)表格U = V , R1 =,R2 =100200300400500600700800900左右1求di的平均值d =（ di左+ di右）/2和倒數(shù)1/di，填入表5-24-1中。2 將測得的U、R,、R2、Ri等數(shù)據(jù)，按照式（5-24-2）,應用最小二乘法對其進行 元線性回歸，由式（5-24-3）和（