Електротехніка Лаби - LAB8

Б.М. Сипливий, В.К. Михайлов,

В.В. Підгірний, П.І. Поленічкін.

Практикум з електрики

Лабораторна робота №8

Метою роботи є вивчення принципу роботи балістичного гальванометра та вимірювання цим приладом ємності конденсаторів, взаємної індуктивності котушок та магнітного поля.

4.3.1. Теорія балістичного гальванометра та методи вимірювань

Гальванометри - це різновид приладів магнітоелектричної системи (див. п.1.1.5). Від інших приладів цієї системи гальванометри відрізняються значно більшою чутливістю, що досягається способом підвісу рухомої системи: в гальванометрах вона підвішується на тонкій бронзовій нитці стрічкової з малою жорсткістю кручення. Рамки гальванометрів мають велику кількість витків дуже тонкого дроту, тому внутрішній опір цих приладів зазвичай великий - кілька сотень або тисяч Ом.

За способом відліку кута відхилення рамки гальванометри поділяються на стрілочні та дзеркальні. В останніх з рамкою з'єднується не стрілка, а дзеркальце, і поворот рамки визначається положення світлового зайчика на шкалі. Чутливість дзеркальних гальванометрів, як правило, на 2-4 порядки вища, ніж стрілочних.

Гальванометри можуть однаково застосовуватися як вимірювання струмів, і напруг. Відповідно для них можна визначити чутливість до струму та чутливість до напруги, причому, чим вище чутливість гальванометра до струму, тим нижче до напруги.

Гальванометри, як і всі прилади магнітоелектричної системи, мають коректор

- пристрій, що дозволяє повертати верхній кінець нитки підвісу з метою встановлення покажчика на нульове положення. Крім того, хороші гальванометри забезпечуються арретиром, що закріплює рухому систему притранспортування приладу.

4.3.1.2. Влаштування балістичного гальванометра

Нехай через гальванометр протікає короткочасний струм, який довільним чином залежить від часу. Режим роботи гальванометра називається балістичним , якщо повний час перебігу імпульсу струму настільки мало порівняно з періодом власних коливань рухомий системи гальванометра, що до кінця цього часу рухома система не встигне помітно зміститися з положення рівноваги. Єдиним механічним наслідком протікання струму до кінця проміжку часу буде тоді поява у рухомої системи кутової швидкості.

Гальванометри, спеціально призначені для балістичних вимірів, називаються балістичними гальванометрами. Вони відрізняються від звичайних підвищеним моментом інерції рухомої системи з метою збільшення періоду коливань (зазвичай до десятків секунд), що дозволяє легше виконати умову балістичного режиму.

Працюючи з дуже короткими імпульсами струму, можна використовувати як балістичні звичайні гальванометри з малими (у кілька секунд) періодами коливань, аби вони були без демпфера (заспокоювача) коливань стрілки. У свою чергу балістичним гальванометром можна вимірювати струм чи напругу (стаціонарний режим).

Однак, як буде показано нижче, у балістичному режимі гальванометр вимірює заряд, що пройшов через рамку під час перебігу імпульсу струму.

Балістичний гальванометр влаштований в такий спосіб (рис.4.3.1). На рухому рамку 1 намотано кілька сотень витків тонкого дроту. Рамка знаходиться в кільцевому зазорі між полюсними наконечниками постійного 2 магніту і залізним нерухомим циліндром 3, навколо якого вона може обертатися. Рамка підвішена на тонкій нитці 4, а підведення струму до рамкиздійснюється по тонких спіральних проводах 5. Повертаючий момент при повороті рамки від положення рівноваги створюється в основному крутильною пружністю нитки підвісу 4. До нижньої частини рамки жорстко прикріплений масивний вантаж 6 збільшення моменту інерції рухомої системи, а значить і її періоду коливань. Це дозволяє створити найкращі умови для реалізації балістичного режиму. На нитки півваги укріплено не-

Рис.4.3.1. Пристрій баллісти-

велике дзеркальце 7. При вимірах на нього падає уз-

ного гальванометра кий промінь світла від нерухомого джерела, а відбитий від дзеркальця промінь потрапляє на шкалу 8. При повороті рам-

ки повертається і дзеркальце, що призводить до зміщення на шкалі світлового зайчика від положення рівноваги, причому величина цього зсуву пропорційна куту повороту рамки.

4.3.1.3. Принцип роботи балістичного гальванометра

Балістичний гальванометр є електромеханічною системою, оскільки рух його рамки визначається як механічними, так і електромагнітними силами, що виникають при взаємодії струму в рамці з магнітним полем кільцевому зазорі. Якщо гальванометр працює в балістичному режимі, то процеси в ньому можна розділити на два послідовні етапи:

1. протікання короткочасного імпульсу струму тривалістю через рамку;

2. після закінчення імпульсу струму.

Рис.4.3.2. Імпульс струму через гальванометр

Розглянемо кожен етап окремо. Нехай через рамку протягом короткого часу проходить імпульс струму i(t) (рис.4.3.2). Зважаючи на те, що рамка намотана дуже тонким дротом, дроти рамки можна вважати лінійними . На елемент dl лінійного контуру L із струмом i в магнітному полі B діє сила Ампера:

---