приборы с подвижной рамкой, к которым относится большинство типов гальванометров;

приборы с подвижным магнитом, к которым относится так называемый вибрационный гальванометр.

Характерной особенностью гальванометров, отличающей их от других приборов для измерения тока, является наличие неградуированной шкалы. Сами шкалы гальванометров бывают двух видов: встроенные и отдельные, устанавливаемые вне корпуса гальванометра.

Установление более точного значения «постоянной», а также градуировка шкалы, если это нужно, производятся экспериментально для каждого отдельного гальванометра в конкретных условиях его применения

Измерительная система классического гальванометра с постоянным магнитом и подвижной катушкой с указателем

Уровень чувствительности прибора определяет способ установки подвижной части. По последнему признаку все гальванометры можно разделить на три группы: приборы с подвижной частью на кернах, имеющие сравнительно невысокую чувствительность, на растяжках — средней чувствительности, на подвесе — высокой чувствительности.

Задачи, разрешаемые гальванометрами в технике электрических измерений, таковы:

Фиксирование режима отсутствия тока при нулевых методах измерений. Приборы этого назначения называют нулевыми индикаторами.

Измерение малых токов и напряжений. Гальванометры, предназначенные для этой цели, принципиально могут служить также и нулевыми индикаторами. Однако обратного заключения делать нельзя, так как не все нулевые индикаторы пригодны в качестве измерителей тока.

Измерение количества электричества. Приборы этого назначения можно называть интегрирующими. При определенных условиях (баллистический режим) многие типы гальванометров интегрируют более или менее короткий импульс тока, т. е осуществляют измерение количества электричества. Кроме того, существует еще специальный гальванометр, называемый флюксметром, который интегрирует длительные импульсы, а также непрерывно изменяющиеся кривые тока. Применение гальванометров в качестве измерителей количества электричества характерно для области магнитных измерений.

Школьный гальванометр 1971 года выпуска

Проводящая проволока с электрическим током, помещенная в магнитное поле, испытывает действие поперечной силы. Если концы проволоки закреплены, а средняя часть может свободно перемещаться, то проволока принимает форму цепной линии. Такое устройство, положенное в основу струнного гальванометра.

Смещение проволоки зависит от напряженности магнитного поля, з на ч ени я тока и натяжения проволоки. Если струнный гальванометр возбуждается переменным током, который не оказывает существенного влияния на силу натяжения проволоки, то движение центральной части проволоки воспроизводит изменение тока во времени.

Гальванометр Эйнтховена — это струнный гальванометр, который обладает чрезвычайно высокой чувствительностью за счет применения сильного магнитного поля и очень тонкой позолоченной кварцевой струны.

Струнный гальванометр, разработанный физиологом Виллемом Эйнтховеном, служил для измерения минимальных электрических токов сердца, нервов и мозга. Он состоит из кварцевой струны с креплением для струны, электромагнита и микроскопа для наблюдения за струной. Электрический ток отклоняет струну в зависимости от силы тока.

Если на нитях двух струнных гальванометров подвешено зеркало, а ток в нитях течет в противоположных направлениях, то зеркало будет поворачиваться на угол, который можно прокалибровать в значениях тока.

В случае, когда на такой прибор, называемый бифилярным гальванометром, подается переменный ток, не оказывающий значительного влияния на натяжение нити, поворот зеркала воспроизводит изменения электрического тока во времени.

Гальванометр Д’Арсонваля представляет собой проволочную катушку, подвешенную в магнитном поле таким образом, чтобы она могла вращаться вокруг оси, направление которой перпендикулярно плоскости, определяемой осью витков катушки и век­ тором магнитного поля.

Пружинное устройство стремится повернуть ось витков катушки в такое положение, чтобы она была перпендикулярна вектору магнитного поля, тогда как текущий в катушке электрический ток стремится совместить эту ось с направлением магнитного поля.

Если на катушке установлено зеркало, то угол его поворота соответствует изменениям электрического тока, текущего в катушке. Когда поддерживается постоянное значение тока, поворот зеркала будет зависеть от напряженности магнитного поля.

В конструкции гальванометра Гаусса используется принцип, обратный по отношению к гальванометру Д’Арсонваля,— в магнитном поле, создаваемом током проволочной катушки, подвешен постоянный магнит. Он имеет возможность поворачиваться вокруг оси, направленной перпендикулярно плоскости, которая определяется осью витков катушки и вектором магнитного поля постоянного магнита.

Пружинное устройство стремится повернуть постоянный магнит в такое положение, чтобы вектор магнитного поля был перпендикулярен оси витков катушки, тогда как текущий в катушке электрический ток стремится совместить этот вектор с направлением оси витков катушки. Если с постоянным магнитом связано зеркало, то угол его поворота воспроизводит изменения электрического тока, текущего в катушке.

Из всего сказанного следует, что гальванометры представлены множеством приборов, отличающихся друг от друга по области применения, конструкциям и характеристикам. Однако они имеют единую, общую для всех типов теорию движения подвижной части.

На основе этой теории разрешается ряд важнейших вопросов проектирования и применения гальванометров, например: выявление наилучших (оптимальных) характеристик для каждого конкретного типа прибора, правильное сочетание параметров гальванометра и измерительной цепи, определение погрешностей измерения при динамических режимах.

Гальванометры высокой чувствительности с внешним световым отсчетом требуют установки на капитальной стене из-за большой восприимчивости к толчкам и вибрациям. При этом нередко применяются специальные амортизирующие устройства.

Данное ограничение практически отсутствует у гальванометров с внутренним световым отсчетом и тем более у гальванометров стрелочных, вследствие чего они могут располагаться непосредственно на столах и стендах.

Эта качественная особенность дает основание условно подразделять гальванометры на стационарные с большой восприимчивостью и переносные — с малой восприимчивостью к вибрациям.

Вибрационный гальванометр широко применяется в измерительной технике как нулевой индикатор переменного тока. По принципу действия он представляет собой магнитоэлектрический механизм с подвижным магнитом. Его основными узлами являются магнитная система, подвижная часть и осветительное приспособление и шкала.

Вибрационный гальванометр, имея высокую чувствительность и сравнительно малую вибровосприимчйвость, служит хорошим нулевым индикатором в измерительных устройствах переменного тока низкой частоты. Однако им, к сожалению, нельзя пользоваться как измерителем тока вследствие рез­кой зависимости чувствительности от частоты.

Источник

Принцип работы гальванометра

ГАЛЬВАНОМЕТР

Гальванометр представляет собой высокочувствительный электроизмерительный прибор, назначение которого – измерение силы постоянного электрического тока очень небольшой величины. В отличие от микроамперметра, также измеряющего довольно малые токи, шкалу гальванометра, кроме единиц электрического тока, нередко градуируют и в других электрических величинах. Например, это могут быть милливольты или что-то другое. Часто разметка шкалы гальванометра может быть выполнена весьма условно.

Основными элементами конструкции гальванометров, используемых в настоящее время, являются:

● поворачивающаяся катушка (обмотка);

В магнитное поле постоянного магнита помещается обмотка с прикреплённой на ней указательной стрелкой. В исходном состоянии обмотка со стрелкой находятся в нулевом положении благодаря удерживающей пружине.

При прохождении постоянного тока через обмотку, в ней появляется магнитное поле, которое начинает взаимодействовать с полем магнита. В результате этого взаимодействия катушка вместе со стрелкой отклоняется, тем самым сигнализируя о протекании электрического тока.

При исчезновении электрического тока пропадает магнитное поле катушки и под действием возвратной пружины катушка со стрелкой возвращаются в начальное положение. Таким образом, становится визуально понятно, что электрический ток в цепи отсутствует.

ЗЕРКАЛЬНЫЙ ГАЛЬВАНОМЕТР МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Устройство и принцип действия

Ввиду высокой чувствительности гальванометрa вращающий и противодействующий моменты в них ничтожно малы.

Поэтому при анализе работы гальванометра нельзя пренебрегать ни трением, ни тормозящими силами.

Измерение силы тока с помощью гальванометра основано на наблюдении угла поворота рамки.

Уравнение движения рамки гальванометра. При отсутствии тока врамке плоскость ее витков расположена параллельно силовым линиям магнитного поля магнита. При протекании тока по ней возникает магнитное поле, вектор магнитной индукции которого перпендикулярен плоскости витков рамки. В результате взаимодействия: магнитных полей к рамке будет приложена пара сил Ампера, стремящаяся повернуть рамку перпендикулярно силовым линиям поля магнита. Вращающий момент пары сил равен

где =Iинд- величина индукционного тока, возникающего в цепи гальванометра, рамка которого замкнута на некоторое внешнее сопротивление Rвн ; Rg- сопротивление рамки гальванометра; угловая скорость ее вращения.

как функцию времени, иначе говоря, установить характер движения рамки гальванометра, или характер режима его работы.

Параметры гальванометра

Динамическая постоянная прибора численно выражает величину тока, которая соответствует смещению светового указателя на I мм при расстоянии =1 м между. шкалой и зеркальцем прибора.

Критическое сопротивление прибора. Характер движения рамки гальванометра зависит от величины электромагнитного торможения, обусловленного взаимодействием индукционного тока, который возникает в обмотке рамки при ее движении, и магнитного поля магнита. Величина электромагнитного торможения зависит от полного сопротивления цели гальванометра R=RG+Rвн.

Существует такое значение полного сопротивления, которое называется критическим сопротивлением, а режим, соответствующий этому сопротивлению- критическим. При критическом режиме работы прибора рамка его подходит к положению равновесия, не переходя через него, за кратчайшее время.

Рис. 1. Рамочный гальванометр: 1 — постоянный магнит; 2 — рамка; 3 — стрелка-указатель; 4 — выводы рамки; 5 — шкала.

Рис. 2. Зеркальный гальванометр: 1 — осветитель (лампа); 2 — гальванометр; 3 — зеркальце; 4 — шкала.

Рис. 3. Вибрационный гальванометр: 1 — постоянный магнит; 2 — электромагнит; 3 — подвижная пластинка; 4 — бронзовая ленточка; 5 — обмотка для измеряемого тока; 6 — щель оптической системы; 7 — шкала.

Источник

В электрических схемах зачастую требуется применение различных приборов, способных измерить параметры сети, такие как I, U или сопротивление. Для подобного вида замеров применяются либо универсальные устройства типа тестеров, либо вольтметры, амперметры, омметры либо специальные гальванометры.

Что такое гальванометр

Гальванометр – это прибор для измерения параметров электроцепи, точнее – минимальных значений I, R и количества электричества (при известной постоянной прибора). Чтобы выяснить, какое действие I используется в гальванометре, нужно остановиться на его комплектации.

Когда нужно либо обнаружить, либо замерить величину I крайне небольших значений, применяют гальванометр, обладающий высокой степенью чувствительности. Помимо прямого измерения, он реагирует присутствие или отсутствие I или U на определенном участке цепи.

Принцип работы гальванометра

Принцип работы прибора основан на преобразовании замеряемого I в механическое движение стрелки, которая и показывает присутствие или отсутствие данного параметра.

На передней панели может отсутствовать так называемая шкала делений. В такой ситуации он используется для визуального отображения наличия или отсутствия тока. Именно потому данные устройства часто используют в качестве нуль-индикатора.

Самый первые приборы были созданы почти два века назад Иоанном Швайггером.

Они представляли собой стрелку, выполненную из магнитного материала (часть от компаса), которая висела на тонкой нити и помещалась в прямоугольную рамку, позднее замененную на катушку с намотанным электрическим проводом. При подаче напряжения U на провод рамки происходило отклонение стрелки. При снятии U она возвращалась в свое исходное положение, совместимое с меридианом места установки всей конструкции.

Подобное устройство изначально получило название «мультипликатор», а впоследствии было признано первым гальванометром (или гальваноскопом).

Большинство современных приборов являются магнитоэлектрическими приборами, конструкция которых практически не отличается от устройства, изобретенного Швайггером. В своей основе они содержат три элемента:

Все типы имеют практически одинаковый принцип работы, а именно:

Как указывалось выше, шкала либо выполняется без градуировки, либо с условно нанесенными делениями. В таких случаях гальванометр используется как нуль-индикатор.

Типовые конструкции

Все гальванометры по своим конструктивным особенностям могут подразделяться на два основных типа:

Особенности устройства стационарного гальванометра

Если в переносных подвижная рамка фиксируется при помощи растяжек, то в приборах стационарного типа она закреплена на подвесе.

1 – рамка с обмоткой.
2 – подвес.
3 – зеркало.
4 – безмоментная нить.

При подключении стационарного устройства к отрезку электрической цепи с протекающим током, рамка приходит в движение и начинает поворачиваться. Для того чтобы зафиксировать и измерить данный угол поворота, используется зеркало, на которое посредством специальной лампы подается световой луч.

Основные характеристики гальванометров

Несмотря на простоту устройства подобных приборов, они также имеют основные характеристики и опции, определяющие их действие и чувствительность.

Поскольку в них присутствует подвижная составляющая, ее движение и колебание пропорциональны успокоению, которое можно регулировать посредством подбора внешнего R. В паспорте изделия всегда указывается максимально допустимое внешнее R (критическое). На практике реальное R стараются подобрать как можно ближе к R критическому по значению. Это исключает возможность возникновения колебаний указателя вокруг положения равновесия.

Виды существующих гальванометров

Все имеющиеся приборы можно разделить на несколько основных видов в зависимости от их конструктивного исполнения.

Магнитоэлектрический

Как уже упоминалось выше, по конструктивному исполнению он представляет собой рамку прямоугольной формы с намоткой тонким проводом, помещенную в поле действия магнита (постоянного).

В роли удерживающего устройства используется пружина, которая достаточно жестко фиксирует своеобразную катушку (рамку) в нейтральном (нулевом) положении.

При подаче напряжения через провод начинает протекать I, в результате чего происходит отклонение рамки на фиксированный угол, определяющийся следующими параметрами:

По отклонению указывающего элемента и определяют значение протекающего I. Данные механизмы достаточно популярны, так как отличаются большим коэффициентом чувствительности.

Электромагнитный

Считаясь наиболее простым по своей конструкции среди аналогичных, электромагнитный прибор включает:

При подаче I на провод катушки сердечник начинает поворачиваться или втягиваться в нее и, соответственно, сдвигает указатель на шкале.

Подобный вид активно используется для измерения малых величин I AC, однако его погрешность достаточно велика. Это связано с нелинейностью шкалы, что приводит к значительным трудностям при его градуировке.

Тангенциальный

Основным устройством, используемым в данном типе, является обычный компас.

Благодаря ему прибор сравнивает два вида поля (магнитных):

Сам гальванометр работает по принципу тангенциального закона магнетизма (угол наклона стрелки магнита (тангенс) пропорционален отношению магнитных полей, направленных под углом 90 друг к другу).

В нем также имеется катушка с медной обмоткой, выполненная в виде рамки. При подаче I рамка, которая располагается строго вертикально, начинает проворачиваться вокруг своей центральной оси.

В самом центре на градуированной шкале расположен компас, на стрелке которого закреплен алюминиевый указатель, при этом он должен совпадать с плоскостью обмотки. При подаче электрического I он наводит магнитное поле на оси соленоида, располагающееся строго перпендикулярно магнитному полю Земли. Под действием двух полей указатель компаса начинает двигаться и поворачиваться на угол, который и равен тангенсу соотношения поля Земли и наведенного I. В пропорции этого отклонения и градуируется шкала.

Электродинамический

В приборе имеются катушки, выполняющие одновременно роль как подвижных, так и статических элементов.

Принцип его действия базируется на воздействии стального магнита на проводник с I. Если тонкий натянутый провод расположить вертикально, а вблизи его середины разместить стальной магнит, то при подаче электрического тока на проводник будет наблюдаться его отклонение даже при незначительной величине I.

На основании подобного закона и были созданы так называемые струнные устройства, которые в настоящее время нашли широкое применение в лабораторной технике.

Зеркальный

Относится к наиболее чувствительным, точным и быстрым из всех представленных видов приборов.

Состоит из зеркала, на которое подается световой луч. Само измерение производится за счет угла поворота рамки с намотанной на нее обмоткой. С учетом того, что поворот рамки достаточно мал, посредством оптического эффекта, создаваемого световым лучом, можно получить отражение от зеркала падающего луча на специальную градуированную шкалу.

Если при подаче I рамка разворачивается на угол, сам луч уже образует угол 2, а световое пятно смещается на определенное количество делений (на шкале). То есть, прибор настраивается так, что угол поворота самой рамки оказывается прямо пропорциональным числу делений.

Вибрационный

Данное устройство отличается малыми габаритами и применяется, как правило, в качестве нуль-индикатора. Подобные типы бывают двух видов:

Все они оснащены петлей или рамкой, находящейся в сильном магнитном поле и настраиваются посредством натяжения удерживающей пружины. Отличительной особенностью данных устройств является очень высокая чувствительность, позволяющая измерять минимальные значения I.

Тепловой

Включает в себя два основных элемента:

При подаче электрического тока за счет своего материала проводник начинает удлиняться, а рычажная система преобразует изменение в движение указателя, с которым она связана механически.

Апериодический

Данный вид прибора отличает то, что указатель на шкале все время возвращается в свое первоначальное, исходное положения после каждого проведения измерений без каких-либо колебаний.

Баллистический

Чтобы измерить количество электричества (потокосцепления) в импульсах I, применяют баллистические гальванометры.

Отличительной особенностью в них является то, что подвижная часть устройства имеют больший момент инерции. Это означает, что время импульса I должно быть в разы меньше, чем Т колебаний рамки.

Применение гальванометров

Гальванометр применяется не только как самостоятельный прибор, показывающий малые значения, I, U или выполняющего роль нуль-индикатора, но и также как основной блок многих других измерительных приборов. Ниже будет подробно рассказано о каждом из таких вариантов использования.

1. Как амперметр или вольтметр, а именно:

Таким образом, даже при отсутствии подключенного сопротивления прибор может выполнять как функцию амперметра, так и вольтметра в зависимости от подключения его к интересующему участку цепи.

2. Как термометр или экспонометр:

3. Как измеритель заряда.

Для данной цели применяют баллистический гальванометр. Он позволяет измерить одиночный импульс заряда, так как после его протекания через прибор происходит резкий отброс внутренней рамки.

4. Как индикатор нуля.

При имеющемся положении стрелки на «нуле» на градуированной шкале, устройство применяется в качестве нуль-индикатора и показывает отсутствие электрического параметра при подключении к участку цепи.

5. Для записи различных сигналов в осциллографе.

За счет своего конструктивного исполнения гальванометр в осциллографе подключается напрямую к пишущему устройству (писчику). При подаче какого-либо импульса прибор реагирует на него и приводит в движение писчик, которые отображает определенные колебания на бумаге. При этом, в данных ситуациях используются различные типы приборов:

6. Для осуществления оптической развертки в системах лазерной оптики (зеркальные).

В настоящее время аналоговые приборы постепенно уступают место современным устройствам, работающим на основе цифровых технологий. Единственными типами гальванометров, востребованными и сегодня, являются зеркальные устройства, которые применяются в качестве одной из составляющей установки в лазерной технологии, так как способны производить отклонение луча лазера.

Источник

Гальванометр

В электротехнике существуют различные измерительные приборы, с помощью которых можно выполнить замеры силы тока, напряжения и сопротивления. Соответственно, это амперметр, вольтметр и омметр. В некоторых случаях, когда требуется обнаружить и измерить очень малые электрические токи, напряжения и количество электричества, применяется гальванометр, обладающий высокой чувствительностью. Он также указывает на отсутствие напряжения или тока в цепях с различными электрическими параметрами.

Общее устройство и принцип работы

Конструкция простейшего гальванометра, созданного еще в начале 19-го века, включала в себя магнитную стрелку, подвешенную на тонкой нити и помещенную внутрь неподвижной проволочной катушки. При появлении в катушке электрического тока, стрелка начинает отклоняться от своей первоначальной позиции. Если же ток отсутствует, то стрелка будет находиться в одинаковом положении с меридианом этого места. То есть, она показывает нулевую отметку.

Многие гальванометры являются магнитоэлектрическими приборами. В конструкцию стандартного прибора входит постоянный магнит, катушка, установленная между магнитными полюсами, облегченный указатель, соединенный с катушкой и образующий с ней единую ось вращения. Сам указатель фиксируется на нулевой отметке с помощью пружины при отсутствии в катушке электрического тока.

Практически каждый гальванометр имеет один и тот же принцип работы.

Все движения указателя отображаются на шкале, откалиброванной в нужных единицах измерения. Помимо единиц электрического тока, на нее могут быть нанесены и другие величины, например, милливольты. Нередко шкала гальванометра размечается довольно условно.

Характеристики и особенности конструкции

Устройства, используемые в цепях постоянного тока, могут быть переносными. Они имеют подвижную рамку, закрепленную на растяжках, встроенную шкалу и указатель стрелочного или светового типа.

Стационарный гальванометр устанавливается по уровню. На рамке закрепляется небольшое зеркальце. Эти приборы оборудуются выносной шкалой, обеспечивающей повышенную чувствительность и световым указателем. Угловое перемещение рамки контролируется положением отраженного от зеркала светового луча, отклоняющегося на шкале. Подобные рамочные устройства используются как нуль-индикаторы. В их помощью в лабораторных условиях проводятся измерения малых токов и напряжений.

Практически каждый гальванометр оборудован магнитными шунтами. Их положение регулируется с помощью ручки, выведенной наружу. За счет этого в рабочем зазоре изменяется величина магнитной индукции. Подобная регулировка позволяет изменять значения измеряемых величин как минимум в три раза в соответствии с требованиями стандартов. В маркировке и технической документации прибора эти величины указываются в обоих крайних положениях шунта – при полном вводе и при полном выводе. В схеме гальванометра предусмотрен корректор, с помощью которого указатель перемещается от нулевой отметки в ту или иную сторону.

Многие устройства оборудованы специальными защитными приспособлениями. В их число входит арретир, фиксирующий подвижную часть на подвесе во время переноски прибора. Высокочувствительные гальванометры требуют защиты от помех. Для стационарных устройств оборудуются специальные фундаменты, предотвращающие механические воздействия. Против утечек тока используется электростатическое экранирование.

Следует отдельно рассмотреть баллистический гальванометр. Данный прибор позволяет измерить количество электричества, передаваемого короткими токовыми импульсами в течение долей секунды. Для того чтобы получить точные данные, необходимо увеличить момент инерции подвижной части за счет установки специального диска.

Виды гальванометров

Несмотря на общий принцип работы, данные измерительные устройства отличаются между собой в соответствии с особенностями конструкции каждого из них. Например, магнитоэлектрический гальванометр выдает показания с помощью специальной электропроводящей рамки, закрепленной на оси и помещенной в поле действия постоянного магнита.

Источник