Реферат: Измерение постоянных токов

2

Магнитоэлектрические гальванометры . ?????????????? ??????????? ???????????????????? ?????? ? ???????????????? ???????, ??????? ??????? ???????????????? ? ???? ??? ??????????.

Рис. 3.25. Схематическое

устройство гальванометра

на подвесе

Гальванометры широко используются в ка­честве нуль-индикаторов, а также для из­мерения малых токов, напряжений и коли­честв электричества, если известна посто­янная гальванометра.

Кроме магнитоэлектрических сущест­вуют и некоторые другие виды гальвано­метров, например электростатические, на­зываемые электрометрами. Однако их при­менение весьма ограничено.

Основное требование, предъявляемое к гальванометрам, — высокая чувствитель­ность, которая достигается, главным обра­зом, путем уменьшения противодействую­щего момента и использования светового указателя с большой длиной луча.

По конструктивному оформлению раз­личают: а) гальванометры переносные (со встроенной шкалой), в которых исполь­зуются как стрелочные, так и световые указатели; б) гальвано­метры зеркальные, с отдельной шкалой, требующие стационарной установки по уровню.

В переносных гальванометрах подвижная часть устанавливается на растяжках, а в зеркальных — на подвесе (рис. 3.25). В последнем случае токоподвод к обмотке рамки 1 осуществляется посредством подвеса 2 и безмоментной нити 4. Для измерения угла поворота рамки служит зеркальце 3, на которое фокусируется луч света от специального осветителя.

Постоянная зеркального гальванометра данной конструкции зависит от расстояния между зеркальцем и шкалой. Ее условились выражать для расстояния, равного 1 м, например: С₁ = 1,2*10^-6 А*м/мм. Для переносных гальванометров в паспорте указывают цену деления шкалы, например: 1 деление = 0,5*10^-6 А.

Наиболее чувствительные современные зеркальные гальвано­метры имеют постоянную до 10^-11 А*м/мм; у переносных гальвано­метров постоянная составляет примерно 10^-8 — 10^-9 А/дел.

Стандарт на гальванометры (ГОСТ 7324 — 68) допускает откло­нение постоянной (или цены деления) от указанной в паспорте на ±10%.

Важной характеристикой гальванометра является постоянство, нулевого положения указателя, под которым понимают невозвра­щение указателя к нулевой отметке при плавном его движении от крайней отметки шкалы. По этому параметру гальванометры делят на разряды постоянства. Условное обозначение разряда постоян­ства нулевого положения указателя гальванометра, состоящее из цифрового обозначения разряда постоянства, заключенного в ромб, наносят на шкалу гальванометра при маркировке.

Многие гальванометры снабжают магнитным шунтом. Регули­руя положение шунта посредством выведенной наружу ручки, можно менять значение магнитной индукции в рабочем зазоре. При этом изменяется постоянная, а также ряд других параметров гальвано­метра. По требованию стандарта, магнитный шунт должен изменять постоянную по току не менее чем в 3 раза. В паспорте гальванометра и в его маркировке указывают значения постоянной при двух край­них положениях шунта — полностью введенном и полностью вы­веденном.

Гальванометр должен иметь корректор, перемещающий при круговом вращении указатель в ту или другую сторону от нулевой отметки. Гальванометры с подвижной частью на подвесе должны быть снабжены арретиром (приспособлением для механической фиксации подвижной части), который включают, например, при переноске прибора.

Гальванометры ввиду высокой чувствительности необходимо защищать от помех. Так, от механических сотрясений гальвано­метры защищают, устанавливая их на капитальные стены или спе­циальные фундаменты; от токов утечек — электростатическим экранированием и т. п.

Характер движения подвижной части гальванометра при изме­нении измеряемой величины зависит от его успокоения, которое определяется сопротивлением внешней цепи. Для удобства работы с гальванометром это сопротивление подбирают близким к так называемому внешнему критическому сопротивлению R _к , указанному в паспорте гальванометра. Если гальванометр замкнут на внеш­нее критическое сопротивление, то указатель плавно и за минималь­ное время подходит к положению равновесия, не переходит его и не совершает около него колебаний (см. § 3.10).

Баллистический гальванометр позволяет измерять малые коли­чества электричества (импульс тока), протекающие в течение корот­ких промежутков времени — долей секунды. Таким образом, баллистический гальванометр предназначен для импульсных из­мерений. Теория баллистического гальванометра (см. § 3.10) пока­зывает, что если принять допущение о том, что подвижная часть начинает свое движение после окончания импульса тока в обмотке подвижной рамки, то количество электричества Q, протекшее в цепи, пропорционально первому максимальному отклонению указателя a_lm , т. е.

Q = C ₆ a _{1 m} , (3.36)

где С_б — баллистическая постоянная гальванометра, выражаемая в кулонах на деление.

Следует отметить, что С_б не остается неизменной для данного гальванометра, а зависит от сопротивления внешней цепи, что требует обычно ее определения в процессе измерений опытным путем.

Указанное выше допущение выполняется тем точнее, чем больше момент инерции подвижной части гальванометра и, следовательно, больше период свободных колебаний Т₀ . Для баллистических галь­ванометров Т₀ составляет десятки секунд (для обычных гальвано-,метров — единицы секунд). Это достигается увеличением момента {инерции подвижной части гальванометра с помощью дополнитель-|ной детали в виде диска.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы. В магнито­электрических измерительных механизмах вращающий момент со­здается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля 'проводника с током, выполняемого обычно в виде катушки — рамки.

Обратимся к рассмотрению принципа действия магнитоэлектри­ческих измерительных механизмов.

На рис. 3.1 показана подвижная рамка измерительного меха­низма, находящаяся в равномерном радиальном магнитном поле. При протекании по обмотке рамки тока возникают силы F , стре­мящиеся повернуть рамку так, чтобы ее плоскость стала перпенди­кулярной к направлению О_х — 0₂ . При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижная часть останавли­вается.

Для получения зависимости между углом отклонения и током в рамке обратимся к уравнению (3.1), которое применительно к на­шему случаю представляется так:

(3.5) где Ф — поток, сцепляющийся с обмоткой рамки; I — ток в обмотке рамки.

Величина Ф может быть подсчитана как произведение индукции В в воздушном зазоре, числа витков w обмотки рамки и суммы площадей двух боковых поверхностей, опи­санных активными сторонами подвиж­ной катушки при ее повороте на угол а я от нейтрального положения (оси О₁ — O₂ ).

В соответствии с рис. 3.1 активными сторонами обмотки рамки будут являть­ся стороны, расположенные в плоско­сти, перпендикулярной рисунку. Сто­роны рамки, находящиеся в плоскости рисунка, при своем движении скользят

вдоль силовых линий, не пересекая их, и поэтому не будут участ­вовать в создании вращающего момента. Следовательно,

Ф = B 2 rlwa ,