1、.大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)：能源動(dòng)力與自動(dòng)化專業(yè)班級(jí)：能動(dòng) -21姓名：耶律楚材日期： 2012.11.29.一實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 :檢流計(jì)是磁電式儀表，它是根據(jù)載流線圈在磁場(chǎng)中受到力矩而偏轉(zhuǎn)德原理制成的。普通電表中線圈是安放在軸承上，用彈簧游絲來維持平衡，用指針來指示偏轉(zhuǎn)。由于軸承有摩擦，被測(cè)電流不能太弱。檢流計(jì)使用極細(xì)的金屬懸絲代替軸承懸掛在磁場(chǎng)中，由于懸絲細(xì)而長(zhǎng)，反抗力矩很小，所以有很弱的電流通過線圈就足以使它產(chǎn)生顯著的偏轉(zhuǎn)。因而檢流計(jì)比一般的電流表靈敏的多，可以測(cè)量微電流（ 10-7 10-10 A）或者微電壓（ 10-3 10-6 V），如光電流、生理電流、溫差電動(dòng)勢(shì)等。首次記錄神經(jīng)動(dòng)作電位，

2、就是用此類儀器實(shí)現(xiàn)的。檢流計(jì)的另一種用途是平衡指零，即根據(jù)流過檢流計(jì)的電流是否為零來判斷電路是否平衡，它被廣泛使用在直流電橋和電位差計(jì)中。本實(shí)驗(yàn)的目的就是為了了解磁電式檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，測(cè)量臨界電阻，通過測(cè)量它的靈敏度和內(nèi)阻，學(xué)習(xí)正確的使用方法。二實(shí)驗(yàn)原理磁電式檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)以光點(diǎn)式檢流計(jì)為例，結(jié)構(gòu)如圖1 和圖 2 所示，檢流計(jì)由三部分組成：磁場(chǎng)部分：由永久磁鐵(N,S) 產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓柱形軟鐵心(J) 使氣隙中磁場(chǎng)呈均勻輻射狀。.偏轉(zhuǎn)部分：能在氣隙中轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線圈C及從上下拉緊線圈的金屬張絲E, 只要有很小的力矩作用，就能使線圈偏轉(zhuǎn)。讀數(shù)部分：小鏡M固定在動(dòng)圈上，它把光源射進(jìn)來的光束

3、反射到標(biāo)尺上形成一個(gè)光標(biāo)，當(dāng)電流流過動(dòng)圈時(shí)，動(dòng)圈受力偏轉(zhuǎn)而帶動(dòng)小鏡M轉(zhuǎn)過角，因而反射光束偏轉(zhuǎn)的角度為, 光標(biāo)在標(biāo)尺上移動(dòng)的距離， L 為小鏡到標(biāo)尺的距離。磁電式檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)以光點(diǎn)式檢流計(jì)為例，結(jié)構(gòu)如圖1 和圖 2 所示，檢流計(jì)由三部分組成：磁場(chǎng)部分：由永久磁鐵(N,S) 產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓柱形軟鐵心(J) 使氣隙中磁場(chǎng)呈均勻輻射狀。偏轉(zhuǎn)部分：能在氣隙中轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形線圈C 及從上下拉緊線圈的金屬張絲E, 只要有很小的力矩作用，就能使線圈偏轉(zhuǎn)。讀數(shù)部分：小鏡M固定在動(dòng)圈上，它把光源射進(jìn)來的光束反射到標(biāo)尺上形成一個(gè)光標(biāo)，當(dāng)電流流過動(dòng)圈時(shí)，動(dòng)圈受力偏轉(zhuǎn)而帶動(dòng)小鏡M轉(zhuǎn)過角， 因而反射光束偏轉(zhuǎn)的角度為 , 光標(biāo)在

4、標(biāo)尺上移動(dòng)的距離， L 為小鏡到標(biāo)尺的距離。檢流計(jì)的工作原理當(dāng)被測(cè)電流I G( 或電壓) 經(jīng)懸絲流過動(dòng)圈時(shí)，載流動(dòng)圈受到氣隙中永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng) ( 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B)的作用。由于磁場(chǎng)是輻射裝的，因此手里的動(dòng)圈不管偏轉(zhuǎn)到什么位置， B 的方向總與 l ( 即 I G) 的方向垂直，那么 N匝載流動(dòng)圈受到的總磁力矩為.M = N B IGS= G IG(1)&其中 S 為動(dòng)圈面積， G = N B S 為檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。在電磁力矩 M的作用下動(dòng)圈偏轉(zhuǎn)， 同時(shí)懸絲受扭力而產(chǎn)生反作用力矩( 扭轉(zhuǎn)力矩 ) ，當(dāng)作用在動(dòng)圈上的電磁力矩和懸絲的反作用扭力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈停止偏轉(zhuǎn)，則N B I G S W(2

5、)為懸絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)，偏轉(zhuǎn)角的大小由讀數(shù)裝置讀出，n = 2L(3)則(4)或(5)CI 稱為檢流計(jì)的電流常數(shù)或分度值，單位是 A/mm。如果檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)已定，則 CI 為一定值。在使用中， W或其他結(jié)構(gòu)參數(shù)可能有變化，所以必須用實(shí)驗(yàn)測(cè)定CI 。在實(shí)際中，也常用靈敏度SI 來表示，即(6)SI 的單位是mm/A。檢流計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢流計(jì)的動(dòng)圈通電流后，除了受到電磁力矩和扭轉(zhuǎn)力矩的作用外，還存在空氣阻尼力矩和電磁阻尼力矩，而懸絲是彈性材料制成，若動(dòng)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J，則動(dòng)圈運(yùn)動(dòng)狀態(tài).(7)或(8)其中稱為衰減系數(shù)，為阻尼系數(shù)，為固有角頻率，根據(jù)衰減系數(shù)的不同，有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：欠阻尼狀態(tài) (o 時(shí)

6、):公式 8 的解為 :(9)其中F = G IG / W ,。 此時(shí)外電阻R 較大，動(dòng)圈以平衡位置F 為中心作一衰減振動(dòng)，并且逐漸趨緊于平衡位置，運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中的曲線I 。特別當(dāng)外電路斷開和無空氣阻尼 (D=0) 時(shí)候，動(dòng)圈為無阻尼運(yùn)動(dòng)，以平衡位置F 為.中心作等幅振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中的曲線IV 。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中由于空氣阻尼D 很小，當(dāng)外電路斷開時(shí)動(dòng)圈以位置F 為中心作一衰減系數(shù)很小的振動(dòng)。臨界阻尼狀態(tài) (o 時(shí) ):公式 8 的解為 :(10)其中F =G I G / W 。動(dòng)圈無振動(dòng)的很快達(dá)到平衡位置，此時(shí)的外電阻稱為臨界電阻Rc,它的運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中

7、的曲線II 。一般來說，檢流計(jì)的臨界阻尼狀態(tài)是它的理想工作狀態(tài)。過阻尼狀態(tài) (o , 即 R0Rc) 。公式 8 的解為 :(11)其中F = G IG / W ,。此時(shí)動(dòng)圈也是做單向偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，緩慢的趨向平衡位置F ,運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中的曲線III。 R 越小，到達(dá)平衡位置的時(shí)間越長(zhǎng)。因?yàn)檫^阻尼運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)圈到達(dá)平衡的時(shí)間長(zhǎng)，而且不易判斷動(dòng)圈是否到達(dá)平衡位置，因此它對(duì)于測(cè)量是不利的。測(cè)量電路由于檢流計(jì)很靈敏，一般通過電流不能超過1uA, 在實(shí)際測(cè)量中常采用圖2.1.1-4的電路。電壓經(jīng)過兩次分壓后得到很小的電壓( 常小于 1mV)后才加到檢流計(jì)電路中。第一次采用滑線變阻器分壓， 第二次

8、采用固定電阻的數(shù)量級(jí)分壓。 K2 是換向開關(guān)，用它可以變換過檢流計(jì)的電流方向，K3 是阻尼開關(guān)，將它合上就可以將檢流計(jì)短路，檢流計(jì)的動(dòng)圈就停止振動(dòng)。.如圖 4，我們得到I G ( R G+RKP ) = ( I-IG )R1(12)(13)因?yàn)?R1 R 1, 由公式（ 11）得到(16)檢流計(jì)電壓常數(shù).(17)檢流計(jì)的工作原理當(dāng)被測(cè)電流 I ( 或電壓) 經(jīng)懸絲流過動(dòng)圈時(shí)，載流動(dòng)圈受到氣隙中永久磁鐵產(chǎn)G生的磁場(chǎng) ( 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B) 的作用。由于磁場(chǎng)是輻射裝的，因此手里的動(dòng)圈不管偏轉(zhuǎn)到什么位置， B 的方向總與 l ( 即 I G) 的方向垂直，那么N 匝載流動(dòng)圈受到的總磁力矩為M = N

9、B IGS= G IG(1)&其中 S 為動(dòng)圈面積， G = N B S為檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。在電磁力矩 M的作用下動(dòng)圈偏轉(zhuǎn)， 同時(shí)懸絲受扭力而產(chǎn)生反作用力矩 ( 扭轉(zhuǎn)力矩 ) ，當(dāng)作用在動(dòng)圈上的電磁力矩和懸絲的反作用扭力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈停止偏轉(zhuǎn)，則N B I G S W(2)為懸絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)，偏轉(zhuǎn)角的大小由讀數(shù)裝置讀出，n = 2L(3)則(4)或(5)CI 稱為檢流計(jì)的電流常數(shù)或分度值，單位是 A/mm。如果檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)已定，則 CI 為一定值。在使用中， W或其他結(jié)構(gòu)參數(shù)可能有變化，所以必須用實(shí)驗(yàn)測(cè)定CI 。在實(shí)際中，也常用靈敏度SI 來表示，即(6).SI 的單位是mm/A。檢流計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀

10、態(tài)檢流計(jì)的動(dòng)圈通電流后，除了受到電磁力矩和扭轉(zhuǎn)力矩的作用外，還存在空氣阻尼力矩和電磁阻尼力矩，而懸絲是彈性材料制成，若動(dòng)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J，則動(dòng)圈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(7)或(8)其中稱為衰減系數(shù)，為阻尼系數(shù)，為固有角頻率，根據(jù)衰減系數(shù)的不同，有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：欠阻尼狀態(tài) (o 時(shí) ):公式 8 的解為 :.(9)其中F = G IG / W ,。 此時(shí)外電阻R 較大，動(dòng)圈以平衡位置F 為中心作一衰減振動(dòng)，并且逐漸趨緊于平衡位置，運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中的曲線I 。特別當(dāng)外電路斷開和無空氣阻尼 (D=0) 時(shí)候，動(dòng)圈為無阻尼運(yùn)動(dòng)，以平衡位置F 為中心作等幅振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中的曲線IV

11、。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中由于空氣阻尼D 很小，當(dāng)外電路斷開時(shí)動(dòng)圈以位置F 為中心作一衰減系數(shù)很小的振動(dòng)。臨界阻尼狀態(tài) (o 時(shí) ):公式 8 的解為 :(10)其中F =G I G / W 。動(dòng)圈無振動(dòng)的很快達(dá)到平衡位置，此時(shí)的外電阻稱為臨界電阻Rc,它的運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中的曲線II 。一般來說，檢流計(jì)的臨界阻尼狀態(tài)是它的理想工作狀態(tài)。過阻尼狀態(tài) (o , 即 R0Rc) 。公式 8 的解為 :(11)其中F = G IG / W ,。此時(shí)動(dòng)圈也是做單向偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，緩慢的趨向平衡位置F ,運(yùn)動(dòng)曲線如圖2.1.1-3中的曲線III。 R 越小，到達(dá)平衡位置的時(shí)間越長(zhǎng)。因?yàn)檫^阻尼運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)圈到達(dá)平衡的

12、時(shí)間長(zhǎng)，而且不易判斷動(dòng)圈是否到達(dá)平衡位置，因此它對(duì)于測(cè)量是不利的。測(cè)量電路.由于檢流計(jì)很靈敏，一般通過電流不能超過1uA, 在實(shí)際測(cè)量中常采用圖2.1.1-4 的電路。電壓經(jīng)過兩次分壓后得到很小的電壓( 常小于 1mV)后才加到檢流計(jì)電路中。 第一次采用滑線變阻器分壓，第二次采用固定電阻的數(shù)量級(jí)分壓。K2 是換向開關(guān)，用它可以變換過檢流計(jì)的電流方向，K3 是阻尼開關(guān)，將它合上就可以將檢流計(jì)短路，檢流計(jì)的動(dòng)圈就停止振動(dòng)。如圖 4，我們得到I G ( R G+RKP ) = ( I-IG )R1(12)(13)a) 因?yàn)?R1 R 1, 由公式（ 11）得到.(16)檢流計(jì)電壓常數(shù)(17)三實(shí)驗(yàn)內(nèi)

13、容按照?qǐng)D 4接好線路，取的比例。將檢流計(jì)上的開關(guān)撥到“直接”檔。1. 觀察檢流計(jì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并測(cè)量臨界電阻。合上開關(guān) K1, 調(diào)節(jié)變阻器R使得光標(biāo)偏轉(zhuǎn)至60mm,斷開 K1 使檢流計(jì)處于測(cè)量狀態(tài)。(1)根據(jù)臨界阻尼的工作狀態(tài)要求，測(cè)量臨界電阻Rc。(2)選取 Rkp 分別為時(shí)，判別檢流計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)出光標(biāo)第一次回到自然平衡位置( 零點(diǎn) ) 的時(shí)間和最終達(dá)到平衡位置的阻尼時(shí)間（每種狀態(tài)測(cè)兩次）。在上述操作中，選取合適的R0/R1, 使得光標(biāo)偏轉(zhuǎn)60mm。2. 測(cè)量檢流計(jì)的電流常數(shù) CI 和電壓常數(shù) CV。(1)選擇 Rkp= Rc, 使檢流計(jì)工作在臨界狀態(tài)，選擇合適的R0 /R1, 調(diào)節(jié)滑線變阻器

14、R，使光標(biāo) n=60mm,記下對(duì)應(yīng)的刻度n1 和電壓 V01, 然后將開關(guān) K2 迅速倒向，記下反方向偏轉(zhuǎn) n 。1(2)調(diào)節(jié)變阻器 R,使得光標(biāo)每次減少5mm,重復(fù) (1) 的步驟，得到一組 n、n 和 Vii0i的數(shù)據(jù)。(3)由, 做出n-V 曲線，求出 K= n/V, 帶入 (15) 和(17), 計(jì)算 CI 和CV。3測(cè)量阻尼時(shí)間Tc.阻尼時(shí)間 Tc 是指在臨界狀態(tài)下，檢流計(jì)從最大偏轉(zhuǎn)位置( 如 60mm)到達(dá)穩(wěn)定平衡位置需要的時(shí)間，斷開開關(guān)K1, 測(cè)量三次 Tc。4.根據(jù)步驟 2 的數(shù)據(jù)，求最大偏轉(zhuǎn) (60mm)時(shí)的。5.測(cè)量 Rkp= 0.5Rc 和 2Rc 及滿偏 60mm時(shí)的

15、CI 和 CV。四實(shí)驗(yàn)儀器AC-15/3-6 直流復(fù)射式檢流計(jì)(光點(diǎn)檢流計(jì) )、滑線電阻、 電壓表、電阻箱、 開關(guān)等。AC-15/3-6 直流檢流計(jì)是屬于便攜型磁電式結(jié)構(gòu)。它的測(cè)量機(jī)構(gòu)工作原理是基于有電流經(jīng)過線圈與永久磁鐵磁場(chǎng)間的互相作用， 活動(dòng)線圈放置在軟鐵所制成的鐵心及永久磁鐵中間，當(dāng)有電流通過導(dǎo)電游絲，拉絲而經(jīng)過線圈時(shí)，檢流計(jì)活動(dòng)部分產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，檢流計(jì)活動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)的角度依通過線圈的電流值，拉絲及導(dǎo)電游絲的反作用力矩所決定。由于檢流計(jì)極其靈敏，一般通過的電流不能超過 1 A，否則要損壞檢流計(jì)，在實(shí)際測(cè)量電路中， 電壓經(jīng)兩次分壓后得到很小的電壓 （常小于 1A）才加到檢流計(jì)電路中去，第一

16、次就用滑線電阻器分壓。.五數(shù)據(jù)處理1. 測(cè)量得到RC9200,1 RC1 RCRC2RC3RCRKP /323066.74600920018400276007.555.231.465.086.49t/s7.425.031.515.016.612. RKPRC9200 時(shí) ,R0 20000, R12 , RG520ni/ mm605550454035ni / mm51.046.041.035.530.526ni/ mm55.550.545.540.2535.2530.5V0i /V3.453.202.852.552.201.90n-V 曲線K=15.90269mm/VUk=0.32835C1=

17、6.46806*10(-10)Cv=6.28762*10(-10)滿偏時(shí)：C IV0nR0RGRKPR1RGRKPC IV0nR0R1 R1RGRKPRG RKPR1CVV0nR0R0R1CVV0n R0R1R1 R0R1其中：V00.50.0375n0.5RG0.5%7.5RG100.電阻箱誤差0.1%0.0056R所以R0R10.1%0.00560.072430.42RKP0.1%0.00560.066220.46帶入得C IV0nR0RGRKPR1RGRKPC IV0nR0R1 R1RGRKPRGRKPR10.03750.50.0724352092000.072430.5%5200.06

18、6223.4560210 42 25209200252092000.05569CVV0nR0R0R1CVV0n R0R1R1 R0R10.03750.50.0724320.072433.4560210422104210420.018213. 測(cè)量 TCTC11.56 sTC21.51sTC 31.48s TC 1.516s4. RKP1 RC4600時(shí) , R020000 , R12 , RG5202ni/ mm605550454035ni / mm50.546.041.036.031.025.0ni / mm55.2550.545.540.535.530.0V0i /V1.801.651.451.301.150.95n-V 曲線KnU K 0.