Особенности устройства и использования баллистического гальванометра

Приборами высокой чувствительности, или гальванометрами, в электроизмерительной практике пользуются при нулевых измерениях, когда в какой-либо ветви схемы необходимо добиться отсутствия тока (нуль-гальванометр). В тех случаях, когда надо измерить кратковременный импульс тока или быстро протекшее небольшое количество электричества, применяются баллистические гальванометры. Наибольшее распространение получили для цепей постоянного тока баллистические гальванометры магнитоэлектрической системы. В отличие от обычного измерителя этой системы рамка, по которой протекает ток i, подвешивается на тонкой ленте L₁ из фосфористой бронзы. Вместо ленты может быть использована нить, вытянутая из кварца (рис.2.6). К этой же нити крепится легкое зеркальце В гальванометра. По ленте L₁ ток проходит к рамке подвижной системы гальванометра. Вторым проводником тока служит серебряная или золотая леи точка L₂ толщиной в несколько десятых микрон.

Баллистический гальванометр отличается от обычною зеркального сравнительно большим моментом инерции подвижной системы. Увеличение момента инерции такого гальванометра осуществляется прикреплением к-нодвижной системе двух стерженьков с грузами m₁ и m₂ на концах. Это обеспечивает увеличение периода собственных колебаний рамки T₀ но сравнению с длительностью измеряемого импульса  тока. Отсюда следует, что рамка гальванометра не успевает заметно изменить свое положение за время . Заметное движение рамки измерителя гальванометра начинается тогда, когда ток через рамку уже прекратился, а следовательно, дальнейшее движение рамки будет определяться моментом импульса, действующею на рамку и равного Jd, где J - момент инерции подвижной системы: d -изменение угловой скорости подвижной системы. Покажем, что угол отклонения рамки измерителя баллистического гальванометра и заряд, прошедший по нему, связаны прямой пропорциональной зависимостью. Согласно второму закону динамики для вращательного движения относительно неподвижной оси имеем:

(2.11)

Здесь М - момент электромагнитных сил, действующих на рамку с током, помещенную в магнитное поле.

Учитывая (2.2), можно записать:

(2.12)

Согласно определению тока , а значит idt == dq, т.е.:

(2.13)

Взяв интеграл от левой и правой частей полученного равенства, имеем:

; (2.14)

где q - заряд, прошедший через баллистический гальванометр, _t- угловая скорость, приобретенная рамкой измерителя в результате прохождения q.

При повороте рамки L₁ будет закручиваться до тех пор, пока не будет израсходована кинетическая энергия J_t²/2, полученная рамкой, на работу закручивания.

Элементарная работа dA закручивания подвеса при повороте рамки на угол d равна:

dA=M_упрd (2.15)

Учитывая (2.3), имеем: dA=K₁d.

Обозначим через _max угол, на который повернется рамка по прохождении q.

На основании закона сохранения и превращения энергии получим:

; (2.16)

откуда

; (2.17)

С учетом (2.17) из (2.14) получим:

; ,

или

(2. 18)

где постоянная величина, называемаябаллистической постоянной гальванометра.

Формула (2.18) показывает, что при определенных условиях отключение ос_тах подвижной сисхемы измерителя баллистического гальванометра прямо пропорционально заряду q, протекшему через гальванометр при кратковременном импульсе тока.

Практически измеряется не угол _max поворота рамки, а смещение "зайчика" по линейной шкале, выраженное в делениях этой шкалы, расположенной на некотором расстоянии от зеркала гальванометра (рис.2.7).

При малых углах отклонения _max прямо пропорционален числу m делений, на которое смещается "зайчик" при прохождении заряда q, так что

(2.19)

где  является баллистической постоянной данной установки.

Баллистическая постоянная установки  показывает то количество электричества, при протекании которого через гальванометр рамка последнего повернется на угол, соответствующий отклонению "зайчика" на одно деление шкалы. В СИ величина  измеряется в кулонах на деление шкалы.