книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

а) Магнитоэлектрические гальванометры для измерения постоянного тока и напряжения

Устройство измерительных механизмов стрелочных магнитоэлектрических гальванометров аналогично рас­ смотренным выше измерительным механизмам миллиам-

Р и с. 3-13. Зеркальный отсчет (горизонталь­ ный).

перметров той же системы. Из выражения (2-2) следует, что чувствительность прибора (гальванометра)

повышают увеличением магнитной индукции В, числа витков рамки w и уменьшением удельного противодей­ ствующего момента D. Последний создается растяжкамп или подвесом, при помощи которых крепится подвижная часть.

Дальнейшее повышение чувствительности достигается применением зеркального (светового) отсчета (рис. 3-13). Шкала А с осветителем Б устанавливается на расстоянии 1—1,5 м от гальванометра. Луч света F' от осветителя

80

При нулевом положении подвижной части отраженный от зеркала луч падает на нулевое деление шкалы. При пово­ роте подвижной части на угол а отраженный луч повер­ нется на угол 2а и световой зайчик переместится па п

При малых углах, примерно до 3°, tg 2а можно заме­ нить углом 2а и написать:

Таким образом, при постоянном расстоянии I число делений шкалы, на которое перемещается световой зайчик, пропорционально углу поворота подвижной части галь­ ванометра.

При зеркальном. отсчёте угол поворота определяется числом миллиметров линейного перемещения светового зайчика по шкале. Поэтому чувствительность гальвано­ метра к току определяется отношением линейногопере­ мещения светового зайчика к току, т. е.

Si = n/I = 2lall,

откуда линейное перемещение

n — 2la — SII.

Если бы тот же гальванометр имел стрелку длиной 1С и шкалу с делениями 1 мм, то линейное перемещение конца стрелки

Si/SlB = 2l/lB.

Таким образом, чувствительность при зеркальном отсче­ те увеличивается в 2 Шс раз.

81

т. о. при зеркальном отсчете чувствительность увеличится в 30 раз.

Кроме горизонтального отсчетного устройства, приме­ няются вертикальные установки (рис. 3-14).

Устройство для субъективного отсчета состоит из шкалы и зрительной трубы, на объективе которой нано­

успокоение. Зеркальные гальванометры обычно выпол­ няются с бескаркасной рамкой, так как воздушный за­ зор мал, а обмотка имеет большое число витков. У этих гальванометров роль успокоителя выполняет обмотка рамки.

Подвижная часть прибора, перемещаемая под действи­ ем измеряемого тока, встречает противодействие вследствие закручивания подвеса, трения рамки о воздух и электро­ магнитного торможения. При движении рамки в магнитном поле в ней наводится э. д. с. (рамка становится источни­ ком э. д. с.) и под действием ее в замкнутой цепи гальва­ нометра возникает ток. Этот ток, взаимодействуя с полем магнита, создает электромагнитное торможение. Кроме того, происходит иагреваике цепи, т. е. потеря энергии на электромагнитное торможение.

82

В зависимости от соотношений между моментом инер­ ции подвижной части /,. удельным противодействующим моментом D, магнитной индукцией В, площадью рамки S,

числом витков рамки w и сопротивлением цепи гальва­ нометра будет различный характер движения подвижной части гальванометра и различное время успокоения.

Рис. 3-16. Кривые движения подвижной части гальванометра при его включении.

В идеальном случае, при отсутствии трения и электро­ магнитного торможения, подвижная часть после включе­ ния гальванометра в цепь отклонится под действием вра­ щающего момента на угол ах (рис. 3-16), при котором

83

Но так как к этому положению равновесия подвижная часть подошла с некоторой скоростью, то, следовательно, она обладает некоторой кинетической энергией. За счет этой энергии подвижная часть продолжит свое движение в ту же сторону, пока эта энергия не превратится в потен­ циальную (подвес закручен). При этом подвижная часть будет отклонена на угол 2аг. После этого под влиянием потенциальной энергии пружин она начнет обратное движение и подойдет с некоторой скоростью к положению равновесия аг. Затем под влиянием кинетической энер­ гии подвижная часть перейдет это положение равновесия,

после включения гальванометра подойдет к положению

(кривая 2, рис. 3-16). Для электромагнитного тормо­ жения существенное значение имеет сопротивление цепи тока. Уменьшая сопротивление, на которое замкнут гальванометр (гх и i\ на рис. 3-17), мы увеличиваем ток, вызывающий торможение рамки, а следовательно, увели­ чиваем само торможение. При этом увеличивается зату­ хание колебаний и уменьшается время успокоения (кри­ вая 3, рис. 3-16). Уменьшая сопротивление, на которое замкнут гальванометр, можно найти такое его значение, при котором движение подвижной части гальванометра будет уже апериодическим, а время успокоения — наимень­ шим (кривая 4, рис. 3-16). При дальнейшем уменьшении сопротивления сохраняется характер движения рамки, но движение замедляется, а время успокоения увеличи­ вается (кривая 5, рис. 3-16).

84

Наибольшее сопротивление, при замыкании на которое подвижная часть гальванометра движется апериодически, называется внешним критическим сопротивлением галь­ ванометра, а гальванометр — критически успокоенным. Сопротивление, равное сумме внешнего критического сопротивления и сопротивления гальванометра, называется полным критическим сопротивлением гальванометра.

При замыкании гальванометра на сопротивление, большее его внешнего критического, движение подвижной части будет колебательным — гальванометр недоуспокоен.

Для быстроты производства измерений следует рабо­ тать или с критически успокоенным, или лучше с несколько иедоуспокоенным гальванометром.

Для каждого гальванометра при неизменной магнитной индукции в его воздушном зазоре критическое сопротив­ ление является постоянной величиной, которая обычно указывается заводом. При изменении магнитной индукции в зазоре гальванометра, например при применении магнит­ ного шунта, критическое сопротивление гальванометра изменяется.

Если при использовании гальванометра для измерений тока мы характеризовали гальванометр его постоянной по току Ci = На или его чувствительностью к току Si = =• 1/Ci = all, то при использовании гальванометра для измерения напряжения его следует характеризовать посто­ янной по напряжению Си = Urla или его чувствитель­ ностью к напряжению

Так как рекомендуется работать с критически успоко­ енным гальванометром, то практический интерес представ­ ляет величина

т. е. под чувствительностью гальванометра по напряжению часто понимают отношение угла поворота его подвижной части, или числа миллиметров шкалы, на которое переме-

85

щается световой зайчик, к единице напряжения (э. д. с ) , действующей в цепи критически успокоенного гальвано­ метра.

Из сказанного также следует, что чувствительность гальванометра к напряжению равна его чувствительности к току, деленной на критическое сопротивление гальвано­ метра.

Чувствительность гальванометра к току изменяется пропорционально произведению BSw (3-7), а критическое сопротивление гальванометра изменяется пропорционально второй степени произведения BSw (3-11); поэтому увеличе­ ние чувствительности к току за счет увеличения произве­ дения BSw приводит к уменьшению чувствительности к напряжению.

Таким образом, большей чувствительностью к напряже­ нию обладают гальванометры с меньшей чувствительностью к току и меньшим критическим сопротивлением.

б) Дифференциальный гальванометр

Устройство дифференциальных"гальванометров такое же,

Таким образом, при 1Х = 12 угол поворота а = 0, что позволяет в процессе сравнения двух токов устанавливать их равенство. Дпфференциальпые гальванометры можно применить, например, для измерений сопротивлений, сравни­ вая токи в измеряемом и образцовом сопротивлении при их параллельном соединении.

в) Баллистический гальванометр

Этот тип гальванометра конструктивно отличается от предыдущих (для измерения тока) большим моментом инер­ ции / его подвижной части, что достигается увеличением массы подвижной части, например, за счет применения двух или четырех грузиков, как это показано на рис. 3-18. Увеличенные моменты инерции приводят к значительному увеличению периода (до 20 с) незатухающих колебаний подвижной части, 10 = 2л УJ/D.

86

Импульсу тока i r , проходящему в течение времени t через рамку баллистического гальванометра, соответствует

количество электричества Q — ^ ir dt и отброс рамки на

протекающему через гальванометр, если

продолжительность протекания его меньше одной десятой периода колебания подвижной части. При этом допущении

где Cq = Q/aK — баллистическая постоянная — количество электричества, соответствующее отбросу

• подвижной части на одно деление шкалы. Величина, обратная баллистической постоянной,

называется баллистической чувствительностью гальвано­ метра.

Из изложенного следует, что для получения точного измерения нужен гальванометр с большим периодом коле­ баний, в десятки раз превышающим длительность импульса.

87

Кроме того, чтобы успеть произвести отсчет наибольшего отброса а к , также нужен гальванометр с большим периодом колебаний, так как последний определяет продолжитель­ ность наибольшего отброса сск.

Для критически успокоенного гальванометра его баллис­ тическую постоянную можно определить по формуле

где е = 2,72 (основание натуральных логарифмов).

г) Примеры гальванометров

На рис. 3-20 дана схема устройства зеркального гальва­ нометра типа М17. Рамка с зеркалом 3 укреплена на под­ весе. Ток к рамке подводится через подвес и безмоментную подводку П. Магнитная индукция в воздушном зазоре регулируется магнитным шунтом МШ при помощи винта Б.

Завод «Вибратор» выпускает единую серию гальвано­ метров типа M l 7, параметры некоторых из них даны в табл. 3-1.

2. При введенном положении магнитного шуита Cj и Си увелетиваются в несколько раз, а г к р значительно уменьшается.

88 -

-На рис. 3-21 показан переносный магнитоэлектрический нулевой гальванометр типа М195 со световым указателем. Внутреннее сопротивление гальванометров М195/1, М195/2,

Рис. 3-20. Схема устройства зеркального гальвано­ метра типа М17.

М195/3 соответственно 50,150 и 1 700 Ом, внешнее критиче­

Промышленность выпускает также переносные гальвано­ метры типа М196 с внутрирамочным магнитом (рис. 3-15) и с субъективным отсчетом, а также переносные баллисти­ ческие и гальванометры типа М197.

В табл. 3-2 даны параметры переносных гальвано­ метров.

89