Изучение зеркального гальванометра магнитоэлектрической системы

Цель работы. Определение чувствительности и постоянной гальванометра по току, а также внутреннего сопротивления прибора.

Общие сведения.

Гальванометры – приборы, применяющиеся для измерения слабых электрических токов (до 10^-11А) и напряжений  (до 10^-8В). Для измерений силы тока используется поворот подвижной  плоской рамки с током в поле неподвижного постоянного магнита.

Зеркальный гальванометр (рис.1) состоит из постоянного магнита S, цилиндра Z из мягкого железа и подвижной четырехугольной рамки C, составленной из плотно уложенных витков изолированной проволоки.

Рамка, подвешенная на тонкой металлической нити E, к которой прикреплено легкое зеркальце L, свободно поворачивается в зазоре между полюсными наконечниками и цилиндром. Свет от специального осветителя попадает на зеркальце и, отражаясь от него, дает на шкале прибора изображение визирной линии. Ток к подвижной системе подводится через нить подвеса и тонкую гибкую проволочку, не мешающую рамке свободно вращаться.

Измерение силы тока основано на наблюдении углов поворота рамки C. При протекании через обмотку рамки тока последняя испытывает вращающий момент сил, действующий на ток в магнитном поле. При установившемся отклонении имеет место равенство моментов сил, действующих на рамку со стороны магнитного поля, и крутящего упругого момента нити подвеса:

M_вр=M_кр.                                           (1)

Известно, что M_вр=BNSI и M_кр=Da, где B – индукция постоянного магнита, неизменяемая по величине при любом положении рамки С (благодаря использованию цилиндра картина силовых линий, пронизывающих рамку, имеет радиальный характер, как на рис.1); N – число витков рамки; S – площадь рамки; I – сила измеряемого тока в рамке; D – удельный момент кручения нити подвеса рамки; a – угол поворота рамки.

В этом случае уравнение (1) принимает вид

BNSI=Da,                                                              (2)

откуда следует, что угол поворота рамки a в равновесном состоянии пропорционален силе тока I:

.                                                (3)

Коэффициент пропорциональности S_пр=BNS/D называется чувствительностью гальванометра по току и определяется конструктивными характеристиками прибора.

            Величину С_пр, обратную чувствительности S_пр, называют постоянной гальванометра по току:

_.                                                                                      (4)

            Согласно схеме измерений (рис. 2) источник ЭДС подключается к большому сопротивлению R (магазин сопротивлений). Гальванометр G, соединенный последовательно с сопротивлением R₂, присоединяется параллельно к сопротивлению R₁, причем R₁<<R₂+R_G, где R_G – сопротивление гальванометра. Поэтому можно считать, что напряжение на участке R₁ (первая декада магазина сопротивлений)