книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

случая, в зависимости от значения степени успокоения ß.

"1. ß < l .

Вэтом случае оба корня уравнения (Ш-36), х\ и х2, будут комплексными, с отрицательными действительными частями. Это означает, что в этом случае движение подвижной части, описываемое уравнением (Ш-35), будет колебательным, зату­ хающим, точнее, с затухающей переменной частью

i.

140

ние подвижной части гальванометра в таком случае будет мо­ нотонным (неизменного направления), с асимптотическим приближением ее к конечному положению, соответствующему опять у = 1,

у = [ 1 - е - Ш в ' ( 1 - г » 0 0 ] .

Этот случай, строго говоря, не является случаем, совершен­ но отличным от первых двух—фактически он является частным видом второго случая: оба корня характеристического уравне­ ния действительны и отрицательны, но равны друг другу, дви­ жение подвижной части прибора апериодическое, как и во вто­ ром случае. Режим движения подвижной части прибора при

значение коэффициента успокоения Р^ получается весьма ма­

пает режим критического успокоения, называют внешним кри­ тическим сопротивлением данного гальванометра и обознача­ ют

С какой же точки зрения нас может интересовать, в каком из этих трех режимов будет находиться применяемый нами гальванометр? От того, в каком режиме находится гальвано­ метр, зависит его время успокоения—тот промежуток време­ ни, спустя который после момента включения гальванометра

•

Очевидно, при этом стремятся к возможно меньшему времени успокоения.

При каждом из режимов движения подвижной части галь­ ванометра, называемых также режимами успокоения галь­ ванометра, время успокоения соответствует промежутку вре­ мени от начала процесса до того момента Бремени, после ко­ торого отклонение подвижной части а уже не будет отличать­ ся от окончательного отклонения осусп более чем на 1%. На рис. Ш-59 эти моменты времени отмечены для каждого из трех

сопротивление внешней цепи, на которую замкнут гальвано­ метр, равно внешнему критическому сопротивлению данного гальванометра.

уже мог бы сделать отсчет по шкале гальванометра, не сделав при этом ошибки более чем на 1%; но в данный момент време­ ни он этого знать не будет: отклонения гальванометра будуі по-прежнему монотонно изменяться, хотя и с возрастающим замедлением, и ничто не будет говорить наблюдателю о том, что все последующее отклонение гальванометра уже не пре­

гальванометра, действительно, теперь уже существенно не из­ меняются (и что достаточно правильный отсчет можно было сделать, по-видимому, значительно раньше!). Поэтому прак­ тически наиболее быстрая работа с гальванометром получает­ ся не при критическом успокоении, а при весьма небольшом недоуопокоении гальванометра—при замыкании его на внеш­

Ш-59). В этом случае подвижная часть гальванометра, дойдя

Хотя теперь она опять перейдет за значение а у с т , двигаясь по направлению к нулевому положению, но это второе отклоне­ ние от а у с т будет уже составлять всего несколько сотых долей процента и достаточно правильный отсчет наблюдатель может

142

мени отсчета t3ycn при критическом успокоении, но все же намного раньше практически возможного момента времени отсчета при критическом успокоении.

Установившееся отклонение гальванометра, как уже ука­ зывалось,

где

называется чувствительностью гальванометра по току (или к току) и представляет собой отклонение гальванометра при протекании по его цепи силы тока в одну единицу. Однако 1 а представляет собой слишком большую и нереальную для дан­ ного случая силу тока и поэтому при выражении чувствитель­ ности гальванометра к току его отклонение относят не к 1 а, а к Ы 0 ~ 6 а , т. е. к 1 мка. В гальванометре со встроенной в него

Для характеристики чувствительности гальванометра, а чаще для определения силы тока по отклонению гальваномет­ ра применяют постоянную гальванометра по току, являю­ щуюся величиной, в принципе обратной чувствительности, но с той разницей, что в этом случае силу тока выражают в ам­ перах с применением соответствующих множителей вида Ю~п:

С = J— 1' а Л 0 ~

а у с т \ ММ:M

Что касается чувствительности гальванометра к напряже­ нию, то, казалось бы, она может быть получена непосредствен­ но из значения чувствительности гальванометра к току, если известно сопротивление внутренней цепи гальванометра:

143

быть включен на этот источник непосредственно. В этом слу­ чае гальванометр оказался бы переуспокоенным и им пользо­

ние). В пределе, в случае очень малого сопротивления источ­ ника последовательно с гальванометром пришлось бы вклю­ чать добавочное сопротивление, практически равное / ? В н ш . к р и т -

Из такого подхода к определению чувствительности галь­ ванометра к напряжению и постоянной по напряжению вытека­ ют понятия о гальванометрах, чувствительных к току, и галь­ ванометрах, чувствительных к напряжению.

Представим себе гальванометр с большим числом витков w в его подвижной катушке и со значительной индукцией В в воздушном зазоре его магнитной системы. Очевидно, чувстви­ тельность к току у такого гальванометра будет высокой, такой гальванометр можно назвать чувствительным к току.

Чувствительность же такого гальванометра к напряжению может оказаться очень низкой, так как внешнее критическое сопротивление (при обычных значениях конструктивных пара­ метров / и W) у него будет весьма высоким:

144

Вследствие этого чувствительность такого гальванометра к напряжению будет низкой даже при высотой чувствитель­ ности к току:

с _ у 2VJW

Наоборот, если число витков в подвижной катушке гальва­ нометра мало (и, может быть, к тому же невелико и значение индукции в зазоре), то чувствительность к току у такого галь­ ванометра будет очень невелика. Чувствительность же к на­ пряжению у него может быть весьма значительной — во много раз большей, чем у предыдущего гальванометра, — поскольку у этого гальванометра значение внешнего критического сопро­ тивления будет весьма малым (еще меньшим будет и его внут­ реннее сопротивление) вследствие малых значений величин w2 и В2.

Для применения в многоомных измерительных схемах вы­ бирают гальванометры с большими значениями которые имеют значительные /?в и т и являются, как правило,

гальванометрами, чувствительными к току. Для применения же в малоомных схемах берут гальванометры с малыми зна­ чениями —гальванометры, чувствительные к на­ пряжению.

**

*

Б а л л и с т и ч е с к и й г а л ь в а н о м е т р

Баллистический гальванометр — это магнитоэлектрический гальванометр, предназначенный для измерения количеств элек­ тричества, протекающих по цепи в виде кратковременных оди­ ночных импульсов.

По своему устройству баллистический гальванометр отли­ чается от рассмотренного выше чувствительного гальваномет­ ра только в одном отношении: если в чувствительном гальва­ нометре старались сделать его подвижную часть с предельно малым значением полярного момента инерции, с предельно малым периодом собственных свободных колебаний (для по­ лучения минимального времени успокоения), то в случае бал­ листического гальванометра, наоборот, искусственно увеличи­ вают момент инерции подвижной части прибора—для полу­ чения возможно большего периода ее собственных свободных колебаний. Как будет показано ниже, для правильного дейст­ вия баллистического гальванометра необходимо, чтобы про­ должительность импульса при измерении протекшего количе­ ства электричества была бы пренебрежимо мала по сравнению с продолжительностью периода свободных колебаний подвиж­ ной части гальванометра. Конструктивно такое искусственное

увеличение момента инерции подвижной части баллистиче­ ского гальванометра достигается обычно путем накладывания на подвижную часть прибора дополнительной детали, не очень тяжелой (чтобы не вызвать чрезмерных механических напря­ жений в подвесе или растяжке подвижной части), но обладаю­ щей при этом значительным моментом инерции (например, в виде крестовинки из тонких проволочек с укрепленными на их концах грузиками).

Рассмотрим, как будет реагировать такой гальванометр на протекание по его цепи кратковременного импульса электри­

но малого поворота подвижной части прибора за время проте­ кания импульса ничтожно малым будет в течение этого проме­ жутка времени и механический противодействующий момент

щая ?2 коэффициента успокоения Р равна нулю, а составляю­ щая Р\ вообще всегда бывает мала, так что можно принять равным нулю весь коэффициент успокоения Р. В этих услови­

146

Подобный характер движения может представлять значи­ тельные практические удобства при отсчете показаний прибора:

части происходит намного медленнее и отсчет максимального отклонения может быть произведен значительно точнее — на­ столько, что, несмотря на значительное при этом уменьшение абсолютного значения этого максимального отклонения по сравнению со случаем малого успокоения или отсутствия его, относительная точность отсчета и всего измерения может быть более высокой.

Помимо показанного выше применения гальванометра для непосредственного измерения количества электричества, бал­ листический гальванометр еще более часто применяется для измерения и других величин, например, постоянных магнитных потоков, потокосцѳплений и т. п. (измерений, тоже сводящихся к измерению каких-то количеств электричества), но об этом будет сказано при рассмотрении соответствующих видов изме­ рений.

м а г н и т о э л е к т р и ч е с к о й с и с т е м ы

Вибрационный гальванометр предназначен для обнаруже­ ния весьма малых переменных токов или напряжений невысо­ ких частот (40—100 гц). В отличие от всех рассмотренных ра­ нее приборов и гальванометров магнитоэлектрической систе­ мы, в данном гальванометре катушка, по которой протекает измеряемый ток — неподвижная, а подвижным является мини­ атюрный магнитик, представляющий собой тонкую узкую пла­ стинку (порядка 2X4X0,1 мм), выполненную из магнитожестікого материала с очень большой коэрцитивной далой и оста­ точной индукцией и намагниченной в направлении ее узкой (2 мм) стороны. Вся подвижная часть прибора состоит из этой пластинки с наклеенным на нее маленьким зеркальцем, укреп­ ленной р приборе с помощью растяжек. Ось вращения пла­ стинки параллельна длинной ее стороне. Основная цель по­ добной конструкции подвижной части гальванометра — дости­ жение минимального момента инерции подвижной части. В гальванометре эта подвижная пластинка находится в зоне дей­ ствия двух магнитных полей: постоянного поля, создаваемого некоторой вспомогательной магнитной системой, и переменно­ го магнитного поля, создаваемого измеряемым переменным то-

149