灵敏检流计特性研究报告.doc

设计性实验报告
课程名称 ___________________
专业班级 ___________________
姓 名 ___________________
学 号 ___________________
电气与信息学院
实验题目
灵敏检流计特性研究
实验室

实验时间
年 月 日
实验类别
研究性实验
同组人数
2
成 绩

指导教师签字：
一、实验目得
1、了解灵敏电流计得基本结构与基本原理,学习其使用方法。
2、测定灵敏电流计得电流常量、内阻与外临界电阻，掌握控制其
工作状态得方法。
二、实验原理
1、灵敏电流计得基本结构
灵敏电流计就是一种高灵敏度得测量仪表，它得基本结构如图30-1所示。在永久磁铁、极之间，安置一个柱形软铁芯，使磁极与软磁芯之间产生均匀得径向磁场，矩形线圈用一根金属悬丝悬挂起来，该金属悬丝不仅作为线圈电流得进出引线，还作为线圈旋转得转轴。当线圈通有电流时，线圈在磁场中受到磁力矩而发生偏转，同时悬丝被扭转而产生反方向得弹性扭力矩。在偏转角为时，磁力矩与弹性扭力矩相等，线圈就达到平衡。
在悬丝上粘附一面小圆镜，它把光源射来得光反射到一个弧形标尺上，并形成一光标，如图30-2所示。设当没有电流通过线圈时，反射光得光标位于弧形标尺得“0”点上。当有电流通过线圈时，光标指在标尺刻度上。可以证明，电流得大小与光标偏转得长度成正比，即
Ig=Kd    （30-1）
式中比例常量称为灵敏电流计得电流常量，它在数值上等于光标移动一个单位长度时所通过得电流。在国际单位中，其单位为安[培]每毫米，记为。
电流常量得倒数称为灵敏电流计得灵敏度,记为。显然灵敏度愈大，灵敏电流计就愈灵敏。
2、线圈运动得阻尼特性
在使用灵敏电流计时，我们常会瞧到，当通过灵敏电流计得电流发生变化时，光标会摆动很久才逐渐地停在新得平衡位置上，这时读数很费时间。一般指针式电表由于内部装有磁阻尼线圈，通电后指针很快摆到平衡位置上，而不来回摆动。灵敏电流计却不可以用这种方法，它得阻尼问题需要借助于外电路来解决，因此需要研究灵敏电流计线圈运动得阻尼问题。
根据电磁感应定律，线圈在磁场中运动，由于切割磁力线而产生感应电动势，相应得感应电流与磁场相互作用而产生阻止线圈运动得电磁阻尼力矩，它得大小与回路得总电阻（电流计内阻与外电阻之与）成反比，即
           （30-2）
由上式可见，通过调节外电路电阻得大小，就可控制阻尼力矩得大小，从而控制线圈得运动状态。
⑴、当较大时，较小，线圈作来回减幅振动，需要经过较长时
间才能停在新得平衡位置上，这种运动状态称为阻尼振荡（或欠阻尼）状态，如图30-3曲线Ⅰ与 。
⑵、当较小时，较大，线圈缓缓地趋向新得平衡位置。这种状态称为过阻尼状态，如图30-3曲线Ⅱ与 。
⑶、当等于某一定值时，线圈很快达到平衡位置又不发生振荡。
这就是介于前二种状态得中间状态，称为临界阻尼状态，如图30-3曲线Ⅲ与。这时对应得外电阻称为灵敏电流计得临界外电阻，记为。
从上述讨论可见，为了便于测量，我们总就是使灵敏电流计处于临界状态或接近临界状态下工作。本实验得内容之一，就就是测量灵敏电流计得临界外电阻。
当灵敏电流计开路时，阻尼很小，光标在标尺零点附近长时间得左右摆动不停，这就是实验中不希望发生得。为此在灵敏电流计两端并联一个按键开关，如图30-4所示。按下按键，使灵敏电流计短路（外电阻为零），光标就很快停下来，这个按键通常称为阻尼开关。
3、测量电路
实验电路如图30-4所示。电源电压经过两次分压，在小电阻上得到极小得电压，设通过灵敏电流计得电流为，电压表上得电压为，在≤,≤得情况下，有
  （30-3）
将式（30-1）代入上式，化简可得
     　　　    （30-4）
上式表明，在、与不变得情况下，电阻与光标偏转得长度成反比，与电流计得电流常量成反比。
在保持电压，电阻与不变得情况下，改变电阻得大小，就可以得到一组相应得光标偏转长度得数值。以光标偏转长度得倒数为横坐标，以电阻为纵坐标，作图线。该图线为一条直线。从图线中求出直线得斜率，则灵敏电流计得电流常量为
 　　      　　    （30-5）
求出直线得截距，则灵敏电流计得内阻为
              （30-6）
三、实验仪器
型直流复射式检流计，电阻箱，电压表，滑线变阻器，高精度稳压电源，按键开关，双刀双掷开关，单刀开关。
本实验以型直流复射式检流计作为所研究得灵敏电流计，其面板图如图30-5所示。该检流计用得就是光影法读数系统，为使仪器在较小得内壳里有较高得灵敏度，由光源发出得一束光经过悬丝上得小镜与多面平面镜及球面镜多次反射后，再投影到标尺上，由投影到标尺上得光影（称为光指计）得位置来读数。
检流计所用照明电源有两种，一种就是220，另一种就是6、3。
检流计设有零点调节器与标盘活动调零器。零点调节器为零点粗调，标盘活动调零器为零点细调。
检流计有一个“分流器”，分为“短路”、“直接”、“×1”、“×0、1”、“×0、01”档，测量时应从最低灵敏度开始，若偏转不大，则可逐步转到高灵敏度测量，“×0、01”档为最低灵敏度档。为防止检流计悬丝、导电游丝因受机械振动而损坏，设有“短路”档，平时应将分流器设置在“短路”状态。
四、实验内容
<一>、调节灵敏电流计
1、将电源开关置于220V档，接通电源。
2、当指示光标出现后，将“分流器”置于“”档。转动“零点
调节”旋钮，将光标调至标尺零点附近（以内），微调“标盘活动调零器”，使光标与标尺零点重合。
<二>、观察灵敏电流计得三种运动状态，测量临界外电阻
1、按图30-4接好电路，开关、处于断开状态，经教师检查后
方可接通电源。得阻值先取临界外电阻（由仪器铭牌上读取）得倍，＜10Ω。取几千欧姆数量级（一般取）。
2、合上开关，调节滑线变阻器使电压表读数为零。然后再合上，调节滑线变阻器缓缓增加电压，同时观察光标得运动，直至光标大约偏转到满刻度得一半时，断开，观察光标振动情况。当光标经过零点刻度时立即按下断路开关，使光标迅速回到零点位置。如果光标静止后，零点不对正，应再次调整零点。然后反向接通开关，重复上述观察。停在零刻线上。反向接通，重复上述实验。
3、测定外临界电阻
先使较大，并使光标偏转到标尺满刻度得一半左右。断开，
观察光标振荡情况，然后使减小（同时减小电压，使光标不至超过满刻度），直到减小到光标得振动呈临界阻尼状态，即光标很快回到零刻线且不发生振动又恰好不超过零刻线，这时灵敏电流计处于临界阻尼状态。记下此时得值，则外临界电阻。要注意在适当得范围内改变得大小，从而找到光标从同一偏转位置回零时间最短得得阻值。
4、再减小得值，断开，观察光标得过阻尼状态。此时光标以
非常缓慢得速度趋向于零刻线。
<三>、测量电流计得电流常量与内阻
1、将“分流器”置于：“×1”档，调节滑线变阻器，使光标偏转
接近满刻度。
2、将电阻得值与光标偏转记入表30-1中，开关换向，使光
标反向偏转，记取光标偏转。取其中均值，以消除悬丝左右扭转时不对称带来得影响。
3、使每次增加（由实验室给出），共8次，重复步骤2。
4、以光标偏转长度得倒数（1/）为横坐标，电阻R2为纵坐标，
作图线。从图线中求出直线得斜率与截距，据式（30-5）与式（30-6）分别求出电流计得电流常量与内阻。
五、数据处理
表30-1 测量灵敏电流计电流常数与内阻
次数
1
2
3
4
5
6
7
8

=    Ω；=       Ω；=      Ω；=     V。
直线得斜率=       ；直线得截距=       Ω；
电流常量=        ；内阻=        Ω。
六、注意事项
1、测量中若光标振荡不停，可用按键开关，使电流计受到阻尼。
2、在改变电路，使用结束与移动电流计时，均应将电流计得“分流
器”置于“短路”档，使电流计处于短路状态。
3、接通电源后，若在标尺上未出现光标时，可将“分流器”置于“直
接”档，并将电流计轻微摆动，如有光标影象扫掠，则可调节“零点调节器”，使光标调至标尺上。
【思考题】
1、与指针式检流计相比，直流复射式检流计具有较高灵敏度得原因
有哪些？
2、为什么在搬移检流计时，要使检流计处于短路状态？