Баллистический гальванометр принцип действия

Гальванометр — это прибор для измерения электрических параметров, который работает путем преобразования электрического тока в механическое движение и отображает значение измеряемого параметра на шкале.

Гальванометр

Гальванометры используются техническими специалистами для проверки электрических параметров в заданных пределах в целях мониторинга и устранения неисправностей, поскольку отклонения от оптимальных параметров могут указывать на неисправность системы.

Принцип действия гальванометра

Гальванометр состоит из постоянного магнита, проволочной катушки, установленной между полюсами магнита, очень легкой стрелки, прикрепленной к катушке и имеющей одну ось вращения; пружины, которая удерживает стрелку в нулевом положении, когда в катушке не течет ток.

Диаграмма гальванометра

Когда ток проходит через катушку, он создает вокруг нее магнитное поле. Взаимодействие между магнитным полем катушки и магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом, создает силу, которая заставляет катушку вращаться или поворачиваться. Если магнитное поле катушки достаточно сильное, катушка преодолеет сопротивление пружины и будет стремиться расположиться между полюсами постоянного магнита. При движении катушки перемещается и указатель. Величина перемещения катушки и указателя пропорциональна величине тока, проходящего через катушку.

За стрелкой гальванометра находится шкала, откалиброванная в единицах электричества. Поэтому положение стрелки на шкале указывает на величину измеряемого электрического параметра.

Гальванометр — что он измеряет и как работает

Дата печати 25.11.2019 02:59

Что такое гальванометр

Гальванометр — это прибор, используемый для измерения параметров электрической цепи, а точнее, минимальных значений I, R и количества электричества (при известной постоянной прибора). Чтобы выяснить, какая функция I используется в гальванометре, необходимо остановиться на его конфигурации.

Когда необходимо либо обнаружить, либо измерить очень малые значения I, используется гальванометр с высокой чувствительностью. Помимо прямого измерения, он реагирует на наличие или отсутствие I или U в определенной части цепи.

Принцип работы гальванометра

Принцип действия основан на преобразовании измеренного I в механическое движение стрелки, указывающее на наличие или отсутствие рассматриваемого параметра.

На передней панели может отсутствовать градуированная шкала. В такой ситуации он используется для визуальной индикации наличия или отсутствия тока. Поэтому эти устройства часто используются в качестве индикатора нуля.

Джон Швайгер создал первые устройства почти два века назад.

Они состояли из указателя из магнитного материала (часть компаса), подвешенного на тонкой проволоке и помещенного в прямоугольную рамку, которая позже была заменена катушкой электрического провода. Когда U было приложено к проволоке рамки, стрелка согнулась. При снятии U возвращается в исходное положение, совместимое с долготой места установки.

Такое устройство первоначально называлось «умножителем», а позже было признано первым гальванометром (или гальваноскопом).

Большинство современных устройств — это магнитоэлектрические приборы, конструкция которых практически идентична той, что изобрел Швейггер. В их основе лежат три компонента:

  • Рамка с тонко намотанным проводом, удерживаемая в нулевой точке (катушке) специальной пружиной, установленная на оси в магнитном поле.
  • Магнит (постоянный).
  • Масштаб (с масштабом или без масштаба).
  • Указатель механически соединен с катушкой (образуя 1 ось вращения).

Все типы имеют в основном один и тот же принцип работы, а именно:

  • К катушке прикладывается определенное значение I.
  • Когда я прохожу вокруг катушки, создается электромагнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита.
  • Сила, вызванная взаимодействием полей, стремится повернуть катушку и поместить ее точно между полюсами магнита.
  • Поскольку световой указатель механически соединен с катушкой, его вращение также вызывает движение.
  • После расчета компонентов I шкала градуируется в зависимости от того, насколько указатель отклоняется от заданного значения I.

Как отмечалось выше, шкала выполняется либо без шкалы, либо с условно размеченными линиями деления. В таких случаях гальванометр используется в качестве индикатора нуля.

Типовые конструкции

Все гальванометры можно разделить на два основных типа в соответствии с их конструкцией:

  • Портативный, используется в цепях постоянного тока. Они состоят из (подвижной) рамы, установленной на пружинах, шкалы и индикатора (механического или светового).
  • Неподвижный (зеркальный) прибор, механический или механический, с механическим или механическим индикатором или зеркалом. Эти устройства не являются переносными и должны быть выровнены.

Особенности устройства стационарного гальванометра

Подвижные гальванометры используют крепежные тросы для крепления подвижного корпуса, в то время как неподвижные гальванометры устанавливаются на подвесе.

1 — рама с обмоткой.
2 — подвеска.
3 — зеркало.
4 — резьба без крутящего момента.

Когда неподвижное устройство подключается к той части электрической цепи, по которой течет ток, рамка начинает двигаться и вращаться. Для фиксации и измерения этого угла поворота используется зеркало, на которое направляется луч света специальной лампы.

Основные характеристики гальванометров

Несмотря на свою простоту, такие устройства также имеют основные характеристики и опции, которые определяют их работу и чувствительность.

  • Одним из важнейших параметров прибора является константа. Его значение определяется доступной длиной между весами и зеркалом и рассчитывается в соответствии со стандартной длиной в 1 метр. Для портативных приборов это значение считается делителем используемой шкалы. Современное оборудование: стационарное оборудование 10-11 А-м/мм, переносное оборудование 10-8-10-9 А/дел. Все типы измерительных приборов имеют допуск ±10 %.
  • Постоянство нулевой точки указателя (указатель не возвращается к нулю при перемещении от крайней значимой точки шкалы). Они различаются по этому параметру в зависимости от уровня стабильности. Этот показатель, имеющий числовое значение, обязательно отмечается на шкале и обозначается ромбовидным штампом.
  • Магнитный шунт. Его положение можно изменять поворотом внешней ручки, тем самым изменяя: магнитную индукцию в диафрагме и постоянную гальванометра (I в три раза). Таким образом, во всей технической документации и в паспорте прибора стандартные значения всегда приводятся в двух положениях шунта: в выведенном и во втянутом состоянии.
  • Наличие корректирующего устройства. Его можно использовать для перевода указателя (индикатора) из одного конечного состояния в другое.
  • Имеется закрывающее устройство. Она обязательна для всех статических устройств с подвеской, так как позволяет жестко зафиксировать подвижную часть устройства. Это помогает предотвратить повреждения во время движения.
  • Электростатическая защита. Он устанавливается для защиты оборудования от утечки I.

Поскольку устройство имеет подвижный компонент, его движение и вибрация пропорциональны неподвижности, которая может быть отрегулирована путем выбора внешнего R. В паспорте изделия всегда указывается максимально допустимое внешнее R (критическое R). На практике фактическое значение R выбирается как можно ближе к критическому R. Это позволяет избежать колебаний указателя вокруг положения равновесия.

Виды существующих гальванометров

Все существующие приборы можно разделить на несколько основных типов в зависимости от их конструкции.

Магнитоэлектрический

Как упоминалось выше, это прямоугольная каркасная конструкция с обмоткой из тонкой проволоки, помещенной в сферу влияния (постоянного магнита).

Пружина действует как удерживающее устройство, зажимающее некий виток (рамку) в достаточно жестком нейтральном (нулевом) положении.

При подаче напряжения I начинает течь по проволоке, заставляя рамку изгибаться на фиксированный угол, определяемый следующими параметрами:

  • Я ценю.
  • Индукция магнитного поля.
  • Магнитное поле индуцируется наведенным магнитным полем. коэффициент жесткости (пружины).

Определяется прогиб отклоняющего элемента и величина тока I. Эти механизмы довольно популярны благодаря высокому коэффициенту чувствительности.

Электромагнитный

Электромагнитное устройство, считающееся простейшим из подобных устройств, включает в себя:

  • Катушка (стационарная).
  • Катушка (стационарная).

Приложение силы I к проводу катушки заставляет сердечник вращаться или втягиваться, тем самым перемещая стрелку по шкале.

Этот тип активно используется для измерения малых значений I AC, но его погрешность довольно велика. Это связано с нелинейностью шкалы, что очень затрудняет ее масштабирование.

Тангенциальный

Основным устройством, используемым в этом типе, является обычный компас.

Он позволяет прибору сравнивать два типа полей (магнитных полей):

Сам гальванометр работает по принципу тангенциального закона магнетизма (угол наклона стрелки (тангенса) магнита пропорционален отношению магнитных полей, направленных под углом 90 градусов друг к другу).

Он также имеет катушку с медным сердечником, выполненную в форме каркаса. При использовании I жестко вертикальная рама начинает вращаться вокруг своей центральной оси.

Прямо в центре шкалы находится компас с алюминиевой стрелкой, прикрепленной к стрелке, и она должна находиться на одном уровне с плоскостью обмотки. Когда электричество I включено, оно индуцирует магнитное поле на оси соленоида, которое совершенно перпендикулярно магнитному полю Земли. Под воздействием этих двух полей стрелка компаса начинает двигаться и поворачиваться на угол, равный тангенсу отношения между полем Земли и индуцированным I-полем. Шкала градуируется пропорционально этому отклонению.

Электродинамический

Устройство содержит катушки, которые выступают в качестве как подвижных, так и статических элементов.

Принцип его действия основан на воздействии стального магнита на проводник с I. Если тонкую натянутую проволоку расположить вертикально, а стальной магнит поместить вблизи ее центра, то даже небольшое значение I будет отклонять проводник при подаче на него электрического тока.

Такой закон привел к созданию так называемых пружинных устройств, которые сегодня широко используются в лабораторной технике.

Зеркальный

Относится к наиболее чувствительному, точному и быстрому из всех описанных типов устройств.

Он состоит из зеркала, на которое направляется луч света. Само измерение производится с помощью рамки и угла поворота намотанной на нее катушки. Поскольку вращение рамки достаточно мало, оптический эффект светового луча приводит к тому, что отражение светового луча от зеркала получается в определенном масштабе.

Если при использовании I рамка повернута на угол, то сам луч уже образует угол 2, а точка света смещается на определенное количество делений (по шкале). Устройство настроено таким образом, что угол самой рамки прямо пропорционален количеству делений.

Вибрационный

Этот прибор имеет небольшие размеры и обычно используется в качестве индикатора нуля. Существует два вида этого типа:

Все они имеют петлю или ободок, который находится в сильном магнитном поле и регулируется натяжением удерживающей пружины. Особенностью этих приборов является очень высокая чувствительность, что позволяет им измерять самые низкие значения I.

Тепловой

Состоит из двух основных элементов:

  • Проводник, к которому приложена сила I.
  • Система рычагов.

При включении электрического тока проводник начинает растягиваться за счет своего материала, а рычажная система преобразует это изменение в движение указателя, с которым она механически связана.

Апериодический

Приборы этого типа отличаются тем, что стрелка шкалы всегда возвращается в исходное положение после каждого измерения, без колебаний.

Баллистический

Для измерения количества электричества в I-импульсах (цепи) используются баллистические гальванометры.

Они отличаются тем, что подвижная часть инструмента имеет больший момент инерции. Это означает, что период I-импульса должен быть в несколько раз короче Т-волн каркаса.

Применение гальванометров

Гальванометр используется не только как отдельный измерительный прибор, показывающий малые значения I, U или действующий как индикатор нуля, но и как базовая единица многих других измерительных приборов. Каждый из этих видов использования подробно описан ниже.

1. в качестве амперметра или вольтметра, т.е:

  • подключив параллельно прибору резистор (шунт), можно измерить ток (амперметр);
  • подключив R (добавку) последовательно с прибором, можно измерить напряжение (вольтметр).

Таким образом, прибор может работать как амперметр и вольтметр, даже если не подключен резистор, в зависимости от того, как он подключен к интересующей схеме.

2. в качестве термометра или измерителя освещенности:

  • При подключении к фотодиоду он используется в качестве измерителя освещенности;
  • При подключении к датчику температуры (термопаре) он действует как своеобразный термометр.

3. Как счетчик заработной платы.

Для этой цели используется баллистический гальванометр. Он позволяет измерять один импульс заряда, поскольку после прохождения заряда через устройство внутренняя рамка резко отскакивает назад.

4. в качестве индикатора нуля.

Когда стрелка находится в нулевой точке шкалы, прибор используется в качестве нулевого индикатора и указывает на отсутствие электрического параметра при подключении к части цепи.

5. Запись различных сигналов с помощью осциллографа.

Гальванометр осциллографа напрямую подключен к писцу. При подаче импульса устройство реагирует и перемещает писец, который затем отображает заданные колебания на бумаге. В таких ситуациях используются различные устройства:

  • Большая сила, способная перемещать писчий лист по бумаге.
  • Большая сила, способная перемещать перо по бумаге. Это подходит для тех случаев, когда требуется лишь эпизодический и кратковременный контакт с бумагой.

6. Оптическое сканирование в лазерной оптике (зеркальная оптика).

В настоящее время аналоговые устройства постепенно уступают место современным устройствам, основанным на цифровой технологии. Единственные типы гальванометров, которые все еще востребованы сегодня — это зеркальные оптические приборы, которые используются как один из компонентов лазерной оптической установки из-за их способности производить отклонение лазерного луча.

Гальванометр — это высокочувствительный электроизмерительный прибор, который измеряет очень малый постоянный электрический ток. В отличие от микроамперметра, который также измеряет очень малые токи, шкала гальванометра часто измеряется в единицах электрического тока, а также других электрических величин. Например, он может быть в милливольтах или в чем-то другом. Часто разметка шкалы на гальванометре может быть выполнена очень обычным способом.

Устройство и принцип действия

Основные элементы конструкции используемых сегодня гальванометров следующие

Вращающаяся катушка (обмотка);

Катушка, к которой прикреплен указатель, помещается в магнитное поле постоянного магнита. В исходном положении катушка со стрелкой удерживается в нулевом положении фиксирующей пружиной.

При прохождении постоянного тока через катушку на ней создается магнитное поле, которое взаимодействует с полем магнита. Это взаимодействие заставляет катушку и указатель изгибаться, что означает прохождение электрического тока.

Когда электрический ток исчезает, магнитное поле катушки исчезает, а катушка и указатель возвращаются в исходное положение благодаря возвратной пружине. Таким образом, визуально видно, что электрический ток в цепи отсутствует.

Гальванометры очень чувствительны. Они могут иметь чувствительность, например, сто микроампер. Если необходимо измерить немного больший ток, необходимо использовать специальные шунты.

Существуют различные типы гальванометров.

Виды гальванометров

Магнитоэлектрический

В этом гальванометре используется специальная электропроводящая рамка, прикрепленная к специальному валу, расположенному в поле постоянного магнита. Первоначально рамка удерживается в нулевом положении пружиной, которая фиксирует ее на месте. Когда ток проходит через рамку, она изгибается на определенный угол. Угол отклонения зависит от величины тока, индукции магнитного поля и жесткости удерживающей пружины.

Величина тока может быть определена по положению стрелки, прикрепленной к проводящей рамке. Магнитоэлектрические гальванометры отличаются от других гальванометров высокой чувствительностью.

Электромагнитный

Электромагнитный гальванометр относительно прост. Гальванометр состоит из неподвижной катушки и подвижного магнита или сердечника, который либо вращается, либо притягивается к катушке при прохождении через нее электрического тока. Недостатком электромагнитных гальванометров является то, что их шкала нелинейна и поэтому ее трудно правильно откалибровать. Тем не менее, эти гальванометры используются в качестве амперметров переменного тока.

Тангенциальный

Тангенциальный гальванометр построен с помощью компаса. Магнитное поле электрического тока сравнимо с магнитным полем Земли. Работа прибора основана на тангенциальном законе магнетизма, отсюда и название.

Катушка гальванометра изготовлена из изолированной медной проволоки. Проволока наматывается на специальный каркас, материал которого является немагнитным. Рама расположена вертикально и вращается во время использования вокруг оси, проходящей через центр рамы. Гальванометрический компас размещается горизонтально и одновременно в центре круговой шкалы. К стрелке компаса прикреплен специальный алюминиевый указатель.

Гальванометр работает следующим образом. Прибор располагается так, чтобы игла компаса и плоскость намотки совпадали. Затем через обмотку пропускается электрический ток, создавая магнитное поле на оси катушки. Искусственно созданное магнитное поле перпендикулярно магнитному полю Земли. Стрелка гальванометра реагирует как на искусственно созданное магнитное поле, так и на естественное магнитное поле Земли и поэтому отклоняется на определенный угол. Угол стрелки равен тангенсу двух магнитных полей.

Электродинамический

В электродинамическом гальванометре подвижный и неподвижный элементы представляют собой катушки.

Зеркальный

Гальванометр зеркального типа является одним из самых точных и быстрых гальванометров. Для снятия показаний используется небольшое зеркало и отраженный от него луч света. В свое время эти гальванометры широко использовались. Но и сегодня они используются, например, для перемещения лазерных лучей в различных спектаклях.

Вибрационный

Разновидностью зеркального гальванометра являются вибрационные гальванометры, которые имеют небольшие размеры. Эти гальванометры настраиваются путем регулировки натяжения пружины. Осциллирующие гальванометры используются, когда необходимо измерить очень малые электрические величины.

Тепловой

Это устройство состоит из троса и системы рычагов. При протекании тока по проводнику длина проводника увеличивается. Рычажная система преобразует удлинение проводника в отклонение стрелки гальванометра.

Апериодический

Идея заключается в том, что каждое отклонение указателя заканчивается его возвращением в положение равновесия.

Баллистический

Баллистические гальванометры используются для измерения величины одиночного электрического импульса, основной характеристикой которого является особенность подвижной части. Дело в том, что момент инерции движущихся частей увеличивается.

Сейчас вместо гальванометров для измерения электрических величин почти повсеместно используются современные цифровые приборы.

Оцените статью
Добавить комментарий