灵敏电流计特性的研究 〔引课: 艮敏电流计的作用? 灵敏电流计是一种重要的电学测量仪器,用来检测闭合回路中的微弱电流 (约10-8-1010A)或微弱电压(105-10V),如光电流、生理电流、温差电动势等, 也常用作检流计。 本实验主要通过对灵敏电流计工作原理的研究和对其相关常数:外临界电阻、内阻、 电流计常数等的测量,学会灵敏电流计的正确使用方法和如何选择灵敏电流计的最佳 作状态。 〔正课: 实验目的与要求 (1)了解灵敏电流计的构造、工作原理和正确使用方法; (2)观察灵敏电流计的三种运动状态及其与回路外电阻的关系,并测定其的外临 界电阻; (3)测定电流计常数及内阻 喜医验原理 1.灵敏检流计的构造 张丝 灵敏电流计是一种磁电系电表。用张丝将线 圈紧绷在磁极间空隙中,使它能转动。利用 上下张丝作为线圈的电流引线。在电流计线 圈上固定一个小镜,光源发出的光束经小镜 反射到标尺上,形成光标。当电流通入线 圈时,线圈带动小镜转动,反射光也转动 标尺上的光标将会产生位移,从而可以获得 测量数据 灵敏电流计与普通电流计相比有如下特点: (1)用张丝代替了动圈的轴承,消除了机 械摩擦,(2)用光指针代替了机械指针,由 于光指针没有惯性,其指针的长度(即从小 标尺 镜到标尺的光程)可以做的很长(在1米左 灵敏电流计结构示意图 右),这样读数就比较准确。总之,通过上 述改进,使灵敏电流计比普通电流计灵敏度 提高了104-105倍,测量范围扩展到10-A
1 灵敏电流计特性的研究 〔引课：〕 灵敏电流计的作用？ 灵敏电流计是一种重要的电学测量仪器，用来检测闭合回路中的微弱电流 （约 10-8—10-10A）或微弱电压（10-5—10-7V），如光电流、生理电流、温差电动势等， 也常用作检流计。 本实验主要通过对灵敏电流计工作原理的研究和对其相关常数：外临界电阻、内阻、 电流计常数等的测量，学会灵敏电流计的正确使用方法和如何选择灵敏电流计的最佳 工作状态。 〔正课：〕 实验目的与要求 （1） 了解灵敏电流计的构造、工作原理和正确使用方法； （2） 观察灵敏电流计的三种运动状态及其与回路外电阻的关系，并测定其的外临 界电阻； （3） 测定电流计常数及内阻。 实验原理 1. 灵敏检流计的构造 2. 灵敏电流计是一种磁电系电表。用张丝将线 圈紧绷在磁极间空隙中，使它能转动。利用 上下张丝作为线圈的电流引线。在电流计线 圈上固定一个小镜，光源发出的光束经小镜 反射到标尺上，形成光标。当电流 I 通入线 圈时，线圈带动小镜转动，反射光也转动， 标尺上的光标将会产生位移，从而可以获得 测量数据。 灵敏电流计与普通电流计相比有如下特点： （1）用张丝代替了动圈的轴承，消除了机 械摩擦，（2）用光指针代替了机械指针，由 于光指针没有惯性，其指针的长度（即从小 镜到标尺的光程）可以做的很长（在 1 米左 右），这样读数就比较准确。总之，通过上 述改进，使灵敏电流计比普通电流计灵敏度 提高了 104—105倍，测量范围扩展到 10-11A。 灵敏电流计结构示意图
3.电流计线圈的阻尼运动 当线圈通以电流/时,就要受到磁场的作用产生磁力矩Ma, F外 使通电线圈发生偏转。 如果此时断开电路,使电流中断,则线圈在悬丝扭力矩Mb 作用下将返回平衡位置 恢复过程中,因线圈在磁场中运动切割磁力线时,在线圈内 →I 产生感应电动势。电流计工作时,总是由其内阻Rg与外电 路总电阻R外构成一个回路,因而就有感应电流流过线圈 这个电流与磁场相互作用,就会产生阻止线圈运动的电磁阻 尼力矩M,外电阻不同,产生的电磁阻尼力矩不同,线圈 运动的阻尼状态就不同。 线圈运动有三种阻尼状态 (1)过阻尼状态 临界阻尼e 当R较小时,阻尼力矩较大,线圈将缓慢 过阻尼a 地趋向平衡位置,并且R外越小,趋向平衡 位置的时间越长 (2)欠阻尼状态 8当R外较大时,阻尼力矩较小,线圈作减幅 周期振动,最终回到平衡位置 欠阻尼b (3)临界阻尼状态 当R外恰好等于某值时,线圈以最快的速度 达到平衡位置,而不发生振动,该运动状态 称为临界阻尼状态,介于过阻尼状态和欠阻 尼状态之间,此时的R外叫作临界电阻。 *冰**注意*冰* 电流计处于临界阻尼状态时,测量最为迅速,准确
2 3. 电流计线圈的阻尼运动 线圈运动有三种阻尼状态： *****注意***** 电流计处于临界阻尼状态时，测量最为迅速，准确。 当线圈通以电流 I 时，就要受到磁场的作用产生磁力矩 MB， 使通电线圈发生偏转。 如果此时断开电路，使电流中断，则线圈在悬丝扭力矩 MD 作用下将返回平衡位置。 恢复过程中，因线圈在磁场中运动切割磁力线时，在线圈内 产生感应电动势。电流计工作时，总是由其内阻 Rg 与外电 路总电阻 R 外构成一个回路，因而就有感应电流流过线圈。 这个电流与磁场相互作用，就会产生阻止线圈运动的电磁阻 尼力矩 MP，外电阻不同，产生的电磁阻尼力矩不同，线圈 运动的阻尼状态就不同。 (1) 过阻尼状态 当 R 外较小时，阻尼力矩较大，线圈将缓慢 地趋向平衡位置，并且 R 外越小，趋向平衡 位置的时间越长。 (2) 欠阻尼状态 当 R 外较大时，阻尼力矩较小，线圈作减幅 周期振动，最终回到平衡位置。 (3) 临界阻尼状态 当 R 外恰好等于某值时，线圈以最快的速度 达到平衡位置，而不发生振动，该运动状态 称为临界阻尼状态，介于过阻尼状态和欠阻 尼状态之间，此时的 R 外叫作临界电阻
3灵敏电流计主要参数的测定 (1)电流计常数C的测定(用二级分压法测量常数C) R=19 灵敏电流计各参数测试线路图 滑线变阻器R组成第一级可调分压器,分出的电压V加到由R1和R2两个 电阻组成的第二级固定分压比的分压器上。一般取R1》R,以便在R2上获得 足够小的电压V。将V加到灵敏电流计G上,与G串联的R外,用于调整电 流计的阻尼状态。Rg是电流计内阻。因为Rg+R外>>R,所以电流计支路对第 二级分压电路影响甚微。 电流计常数C表示光标偏转一格所代表的电流值,C的倒数称为电流计的灵敏度。用 d表示光标偏转格数,得测量电流计常数C的公式C= R2 R, d(R,+R+r
3 Rg V G V0 R 外 R1=10KΩ R2=1Ω K1 R E 3V 灵敏电流计各参数测试线路图 3. 灵敏电流计主要参数的测定 (1) 电流计常数 C 的测定 （用二级分压法测量常数 C） 电流计常数 C 表示光标偏转一格所代表的电流值，C 的倒数称为电流计的灵敏度。用 d 表示光标偏转格数，得测量电流计常数 C 的公式 ( ) 1 1 g 2 2 R d R R R R C V + + = 外 滑线变阻器 R 组成第一级可调分压器，分出的电压 V 加到由 R1和 R2 两个 电阻组成的第二级固定分压比的分压器上。一般取 R1》R2，以便在 R2 上获得 足够小的电压 V0。将 V0 加到灵敏电流计 G 上，与 G 串联的 R 外，用于调整电 流计的阻尼状态。Rg是电流计内阻。因为 Rg+R 外>>R2，所以电流计支路对第 二级分压电路影响甚微
音医验内容 1.观测灵敏电流计的三种阻尼状态 2.测定灵敏电流计的外临界电阻,内阻和电流计常数 验步骤 1.观测阻尼特性,并测定外临界电阻 (1)调零:断开电键K1,置R外=5009,将灵敏电流计开关置220V,并从“短路”档 拨至“直接”档,用“调零旋钮”调零,使光标指示标尺中心 (2)测定外临界电阻R外:先将R外置于7009,闭合电键K1,调整一级分压器R,使 光标有50分度的偏转:断开K1观察光标回到平衡位置的过程,并用秒表记下光 标恢复的时间,再把R分别置于6009、5009、4909、4809、4709…4109、 4009、3909、3809、3709、3609、3009、2009等数值上,每次都使光标偏 转50分度,分别测出断开K1后光标从偏转位置回到并停止在平衡位置时的时间, 其中时间最短所对应的R外值即就是该灵敏电流计的外临界电阻值 2.测定电流计内阻R2 先使一级分压器处于安全位置,并置R外=0,再调R使光标偏转50分度。然后保持 R不变,即保持电压V不变,调R外使光标偏转到25分度,记下此时R外值,内阻值 R=R外-R2 3.测定电流计常数C 将R置临界电阻值,调R使光标偏转某一值,记录之,然后反转电键K1,光标反 向偏转,记录偏转值
4 实验内容 1. 观测灵敏电流计的三种阻尼状态 2. 测定灵敏电流计的外临界电阻，内阻和电流计常数 实验步骤 1. 观测阻尼特性，并测定外临界电阻 （1） 调零：断开电键 K1，置 R 外=500Ω，将灵敏电流计开关置 220V，并从“短路”档 拨至“直接”档，用“调零旋钮”调零，使光标指示标尺中心。 （2） 测定外临界电阻 R 外临：先将 R 外置于 700Ω，闭合电键 K1，调整一级分压器 R，使 光标有 50 分度的偏转；断开 K1 观察光标回到平衡位置的过程，并用秒表记下光 标恢复的时间，再把 R 外分别置于 600Ω、500Ω、490Ω、480Ω、470Ω…410Ω、 400Ω、390Ω、380Ω、370Ω、360Ω、300Ω、200Ω等数值上，每次都使光标偏 转 50 分度，分别测出断开 K1 后光标从偏转位置回到并停止在平衡位置时的时间， 其中时间最短所对应的 R 外值即就是该灵敏电流计的外临界电阻值。 2. 测定电流计内阻 Rg 先使一级分压器处于安全位置，并置 R 外=0，再调 R 使光标偏转 50 分度。然后保持 R 不变，即保持电压 V 不变，调 R 外使光标偏转到 25 分度，记下此时 R 外值，内阻值 Rg= R 外－R2 3. 测定电流计常数 C 将 R 外置临界电阻值，调 R 使光标偏转某一值，记录之，然后反转电键 K1，光标反 向偏转，记录偏转值
x注意事项 1.二级分压器输出电压绝不能过大,即R2不能过大 2.注意R2和R1的位置绝不能倒否则仪器就会烧毁。 3.使用完毕,必须将电流计輸λ端短路。搬动时必须轻 拿轻放。 实验中常见的问题 . XXXX 2. XXXXX 3.xxX×
5 1. 二级分压器输出电压绝不能过大，即 R2不能过大。 2. 注意R2和 R1的位置绝不能颠倒，否则仪器就会烧毁。 3. 使用完毕，必须将电流计输入端短路。搬动时必须轻 拿轻放。 1. ×××× 2. ××××× 3. ×××××