Міністерствообразованія Укаїни
Прилади й приналежності: гальванометр магнітоелектричної системи, магазини опорів, акумулятор, ключі і перемикачі, секундомір.
Мета роботи - вивчення руху рамки гальванометра, застосування балістичного режиму роботи гальванометра для вимірювання ємності конденсаторів і потокозчеплення.
Магнітоелектричний гальванометр - це високочутливий електровимірювальні прилади, за допомогою якого можна фіксувати відсутність струму або напруги або вимірювати малі постійні струми, напруги та кількості електрики. В останніх випадках гальванометр перед виміром градуируют.
Конструктивно гальванометри виконуються переносними і дзеркальними. Переносні гальванометри мають вбудовану шкалу і стрілочні або світлові покажчики. Дзеркальні гальванометри зміцнюють стаціонарно зазвичай на капітальній стіні будівлі і постачають внесений шкалою і освітлювачем.
Найбільш чутливими є дзеркальні гальванометри. Кращі з них дозволяють виявляти струми аж до 10 -11 А. Чутливість переносних гальванометром на кілька порядків нижче, але в роботі вони зручніше і використовуються частіше.
Залежно від роду вимірюваної величини можна виділити гальванометри постійного струму, балістичні гальванометри і гальванометри змінного струму. Розглянемо перші два з трьох видів гальванометрів.
Гальванометри постійного струму.
Розглянемо пристрій і роботу магнітоелектричного гальванометра з рухомою рамкою (рис. 1). Безкаркасні рамка 1 підвішена на підвісі 2. Струм i r до обмотці рамки підводиться через підвіс і безмоментного нитку 4. Кут повороту рамки в поле постійного магніту NS фіксується за допомогою дзеркальця 3.
Мал. 1 Пристрій дзеркального гальванометра
Вимірювання сили струму засноване на спостереженні кутів α повороту рамки 1.
Рух рамки гальванометра в загальному випадку описується рівнянням руху:
(Другий закон механіки обертального руху), де
На рамку діють:
1.Вращающій момент М1. обумовлений взаємодією струму з магнітним полем
В - індукція магнітного поля в повітряному проміжку,
S - площа витка рамки,
N - число витків рамки,
i - струм, що протікає в рамці.
2.Тормозящій момент М2.
P1 - коефіцієнт гальмування рамки внаслідок тертя її об повітря,
Р2 - коефіцієнт електромагнітного гальмування, що є наслідком того, що в обмотці рамки під час її руху індукується е.р.с.
Величина Р2 залежить від величини опору зовнішнього ланцюга R. Якщо змінювати параметри зовнішньої ланцюга, можна змінювати Р2. а отже, і характер руху рухомої системи гальванометра. Для того щоб гальванометр працював в потрібному режимі, в зовнішній ланцюг вводять критичне опір Rкр. яке підбирається відповідним чином і забезпечує заданий режим роботи.
3. Протидіючий момент М3 створені силою пружності нитки і пропорційні куту α закручування нитки
D - модуль кручення ..
Таким чином, рівняння:
Розглянемо його рішення і різні випадки руху рамки гальванометра. З цього рівняння видно наступне. Кутова частота ω0 вільних коливань розімкнутої рамки під час відсутності підведений до неї струму і в умовах, коли можна знехтувати тертям рамки об повітря, матиме значення
Якщо ж в покояться рамку (
Із загальної рішення можна зробити наступні висновки:
1. Нехай
Поворот рамки на кут
В цьому випадку гальванометр називається критично переуспокоенним. Для цього необхідно виконання умови
2. Якщо К2 2> 4JK1. то рамка повертається аперіодично, але з меншою швидкістю. В цьому випадку гальванометр називається переуспокоенним (крива II).
3Еслі К2 2 <4JK1. то в этом случае движение происходит периодически, рамка совершает затухающие колебания (кривая III). Амплитуда этих колебаний α0 равна коэффициенту при тригонометрической функции в формуле:
Загасання коливань характеризується декрементом. Декремент загасання Δ визначається співвідношенням двох наступних один за одним максимальних відхилень від положення рівноваги в одну сторону
Величина lnΔ = λ називається логарифмічним декрементом загасання. Величина ω, що стоїть під знаком синуса в рівнянні:
, є круговою частотою, пов'язаної з періодом коливання Т співвідношенням
Ця величина, яка називається періодом незатухаючих (вільних) коливань, є однією з основних характеристик гальванометра. Таким чином, той чи інший режим роботи гальванометра досягається зміною опору зовнішнього ланцюга, на яку замкнута обмотка рамки приладу. На цьому ж заснований спосіб швидкого заспокоєння коливань рамки (зменшення). Для швидкого заспокоєння рамки досить її обмотку замкнути в момент проходження через положення рівноваги.
Чутливістю гальванометра до напруги називається величина:
Найчастіше користуються поняттям критичної чутливості до напруги:
У цьому випадку чутливість гальванометра до напруги характеризується відхиленням рухомий системи, викликаним напругою, рівним 1 і прикладеним до ланцюга, що складається їх гальванометра, замкнутого на зовнішнє критичне опір. Такий режим часто зустрічається на практиці. Для збільшення струмової чутливості гальванометра слід збільшити Rкр. але при цьому буде знижуватися чутливість гальванометра до напруги. Практично виявляється, що режим роботи ланцюгів, в яких важливо вимір малих струмів або малих напруг різко різні. Всі параметри приладу можуть бути обчислені теоретично. Проте для кожного гальванометра вони в обов'язковому порядку повинні бути визначені на досвіді. - 5 -Чувствітельность дзеркальних гальванометрів залежить від відстані між дзеркальцем рухомої частини і шкалою і вимірюється, відповідно, в мм / (Ам) і мм / (Вм).
У паспортних даних гальванометрів часто наводиться величина, зворотна чутливості. Для переносних гальванометром - ціна ділення, наприклад: 1дел = 10 -6 А; для дзеркальних гальванометрів - постійна, наприклад: Сi = 10 -9 (Ам) / мм.
Найбільш чутливі сучасні дзеркальні гальванометри мають постійну до 10 -11 (Ам) / мм. у переносних гальванометром ціна ділення досягає приблизно 10 -8 - 10 -9 А / справ.
Такі гальванометри використовуються для вимірювання кількості електрики (або потокозчеплення) в короткочасні імпульси струму.
Основна умова балістичного режиму роботи гальванометра полягає в тому, що тривалість τ імпульсу струму повинна бути набагато менше періоду власних коливань рухомої частини гальванометра: τ < Збільшення періоду коливань 
Мал. 3. Графіки імпульсу струму і відхилення
рамки балістичного гальванометра
Короткочасний імпульс струму i (t), що протікає в рамці гальванометра (рис. 4), викликає короткочасної імпульс крутного моменту, під дією якого рухлива частина відхиляється від нульового положення на деякій кут. Потім рамка під дією протидіє моменту повертається у вихідне положення. Якщо виконується умова τ < де CQ - ціна ділення (балістична постійна) гальванометра. Балістична чутливість SQ = αm / Q або ціна ділення (балістична постійна) СQ = 1 / SQ залежить від опору зовнішнього ланцюга RВНЕШН .. на яку замкнутий гальванометр. Тому перед застосуванням гальванометра необхідно визначити дослідним шляхом його балістичну постійну при тому опорі ланцюга, при якому гальванометр буде працювати. ВИВЧЕННЯ РУХУ РАМКИ гальванометра. Приладдя. настільний гальванометр магнітоелектричної системи, магазини опорів, акумулятор, ключі і перемикачі, секундомір.