Что такое баллистический гальванометр

Баллистический гальванометр

Баллисти́ческий гальвано́метр предназначен для измерения количества электричества, проходящего через цепь при кратковременных импульсах тока. Подвижной частью прибора является прямоугольная рамка с намотанной на неё тонкой изолированной проволокой, подвешенная на упругой нити между полюсами магнита, где она может совершать вращательные колебания.

Баллистический гальванометр отличается от обычного тем, что момент инерции J его подвижной части специально увеличен. Достигается это тем, что к раме гальванометра прикрепляют полый цилиндр из мягкого железа. Увеличивая момент инерции рамки, этот цилиндр сильно увеличивает период собственных крутильных колебаний рамки.

На рамку с током в магнитном поле действует момент сил

Этот момент сил придает угловое ускорение рамке

Из уравнения динамики вращательного движения

следует, что dq=dw•J/S/B, или

Отсюда видно, что угол отклонения пропорционален начальной угловой скорости, а значит и полному заряду, прошедшему через рамку:

Таким образом баллистическим гальванометром можно измерить заряд, прошедший через рамку гальванометра.

Использование в качестве веберметра

Баллистический гальванометр может использоваться в качестве веберметра (т.е. измерять магнитный поток через замкнутый проводник, например катушку), для этого к контактам баллистического гальванометра подключают индуктивную катушку, которую помещают в магнитное поле. Если после этого резко убрать катушку из магнитного поля или повернуть так чтобы ось катушки была перпендикулярна силовым линиям поля, то можно измерить заряд прошедший через катушку, вследствие электромагнитной индукции. т.к. изменение магнитного потока пропорционально прошедшему заряду, проградуировав соответствующим образом гальванометр, можно определять изменение потока в веберах , где — магнитный поток, — сила тока.

Использование в качестве тесламера

Так как магнитный поток линейно связан с величиной магнитной индукции, после градуировки веберметра с учётом индуктивности катушки, можно измерить индукцию магнитного поля образца (например, постоянного магнита).

Полезное

Смотреть что такое «Баллистический гальванометр» в других словарях:

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — имеет относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерения малых количеств электричества при кратковременных импульсах тока. Результат отсчитывают по т. н. баллистическому отбросу наибольшему отклонению указателя … Большой Энциклопедический словарь

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — прибор для измерения кол ва электричества при кратковрем. импульсах тока. Применяется при измерении магн. величин (потока, индукции, напряжённости поля и др.) и электрич. величин (больших сопротивлений, индуктивности, ёмкости и др.), значения к… … Физическая энциклопедия

баллистический гальванометр — [IEV number 313 01 31] EN ballistic galvanometer galvanometer intended to measure the value of an electric charge by reading the amplitude of the first swing of its moving element [IEV number 313 01 31] FR galvanomètre balistique… … Справочник технического переводчика

баллистический гальванометр — имеет относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерения малых количеств электричества при кратковременных импульсах тока. Результат отсчитывают по так называемому баллистическому отбросу наибольшему отклонению… … Энциклопедический словарь

баллистический гальванометр — balistinis galvanometras statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Didelės judamosios dalies inercijos magnetoelektrinis galvanometras mažiems elektros kiekiams matuoti. atitikmenys: angl. ballistic galvanometer vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

баллистический гальванометр — balistinis galvanometras statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Galvanometras elektros krūvio vertei matuoti stebint pirmąją jo judamojo elemento virpesio amplitudę. atitikmenys: angl. ballistic galvanometer vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

баллистический гальванометр — balistinis galvanometras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ballistic galvanometer; ballistical galvanometer vok. ballistisches Galvanometer, n; Stoßgalvanometer, n rus. баллистический гальванометр, m pranc. galvanomètre balistique, m … Fizikos terminų žodynas

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — гальванометр, имеющий относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерений малых кол в электричества при кратковрем. импульсах тока. Результат отсчитывают по т. н. баллистич. отбросу одному наибольшему отклонению… … Большой энциклопедический политехнический словарь

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — имеет относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерения малых кол в электричества при кратковрем. импульсах тока. Результат отсчитывают по т. н. баллистич. отбросу наиб. отклонению указателя … Естествознание. Энциклопедический словарь

ГАЛЬВАНОМЕТР — электроизмерительный прибор высокой чувствительности для измерения малых токов, напряжений и кол ва электричества (см. БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР). Широко применяется в кач ве нулевого индикатора для определения отсутствия тока в электрич. цепи… … Физическая энциклопедия

Источник

Устройство баллистического гальванометра

А. ИЗМЕРЕНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИМ ГАЛЬВАНОМЕТРОМ

Целью работы является изучение принципа действия баллистического гальванометра и измерения этим прибором ёмкости конденсаторов и взаимной индуктивности катушек.

Теория баллистического гальванометра и методы измерений

Гальванометры

Гальванометры – это разновидность измерительных приборов магнитоэлектрической системы. От других приборов этой системы гальванометры отличаются значительно большей чувствительностью, что достигается способом подвеса подвижной системы (рамки): в гальванометрах она подвешивается на тонкой бронзовой ленточной нити с малой жесткостью кручения. Рамки гальванометров имеют большое число витков очень тонкой проволоки, поэтому внутреннее сопротивление этих приборов обычно велико – несколько сотен или тысяч Ом.

По способу отсчета угла отклонения рамки гальванометры делятся на стрелочные и зеркальные. В последних с рамкой скреплена не стрелка, а зеркальце, и поворот рамки определяется по положению светового зайчика на шкале. Чувствительность зеркальных гальванометров, как правило, на 2-4 порядка выше, чем стрелочных.

Гальванометры могут одинаково применяться для измерений как токов, так и напряжений. Соответственно для них можно определить чувствительность к току и чувствительность к напряжению.

Гальванометры, как и все электроизмерительные приборы, имеют корректор – устройство, позволяющее поворачивать верхний конец нити подвеса с целью установления указателя в нулевое положение. Кроме того, хорошие гальванометры снабжаются арретиром, закрепляющим подвижную систему при различных транспортировках прибора.

Устройство баллистического гальванометра

Пусть через гальванометр протекает кратковременный ток, произвольным образом зависящий от времени. Режим работы гальванометра называется баллистическим, если время протекания импульса тока настолько мало по сравнению с периодом собственных колебаний подвижной системы, что к концу этого времени подвижная система не успевает заметно сместиться от равновесия. Единственным механическим следствием протекания тока к концу времени будет появление у подвижной системы некоторой начальной угловой скорости .

Гальванометры, специально предназначенные для баллистических измерений, называются баллистическими гальванометрами (БГ). Они отличаются от обычных повышенным моментом инерции подвижной системы с целью увеличения периода колебаний до 10-15 секунд, что позволяет лучше выполнить условие баллистического режима.

Однако, работая с очень короткими импульсами тока, можно использовать в качестве баллистических и обычные гальванометры, лишь бы они были без демпфера – специального успокоителя колебаний стрелки. В свою очередь, баллистическим гальванометром всегда можно измерить постоянный ток или напряжение (стационарный режим), откалибровав прибор должным образом. В баллистическом же режиме гальванометр, как будет показано ниже, измеряет не ток и не напряжение, а заряд, прошедший через рамку за время протекания импульса тока.

Баллистический гальванометр устроен следующим образом (рис. 1). На подвижную рамку 1 намотано несколько сотен витков тонкой проволоки. Рамка находится в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками 2 постоянного магнита и железным неподвижным цилиндром 3, вокруг которого она может вращаться. Рамка подвешена на тонкой нити 4, а подвод тока к рамке осуществляется по тонким спиральным проводам 5. Возвращающий момент при повороте рамки от равновесия создается в основном крутильной упругостью нити подвеса 4. К нижней части рамки жестко прикреплен массивный груз 6 для увеличения момента инерции подвижной системы, а значит и её периода колебаний. Это позволяет лучше реализовать баллистический режим. К рамке прикреплена стрелка 7 (или зеркальце, если прибор зайчиковый), поворачивающаяся над шкалой прибора.

Источник

Баллистический гальванометр

Гальванометры, специально предназначенные для баллистических измерений, называются баллистическими. Режим работы гальванометра называется баллистическим, если время протекания импульса тока τ –настолько мало по сравнению с периодом собственных колебаний подвижной системы, что к концу этого времени подвижная система не успевает заметно выйти из равновесия. Единственным механическим следствием протекания тока к концу времени τ будет появление у подвижной системы некоторой начальной угловой скорости .

Баллистический гальванометр представлен на рис. 2.1. На по-движную рамку 1 намотано несколько сотен витков тонкой проволоки. Рамка находится в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками 2 постоянного магнита и железным неподвижным цилиндром 3, вокруг которого она может вращаться. Рамка подвешена на тонкой нити 4, а подвод тока к рамке осуществляется по тонким спиральным проводам 5. Возвращающий момент при повороте рамки от равновесия создается в основном крутильной упругостью нити подвеса 4. К нижней части рамки жестко прикреплен массивный груз 6 для увеличения момента инерции J подвижной системы, а значит и ее периода колебаний. Это позволяет лучше реализовать баллистический режим. К рамке прикреплена стрелка 7, поворачивающаяся над шкалой прибора.

Основной характеристикой баллистического гальванометра является его баллистическая постоянная, указываемая на шкале. Однако поскольку погрешность слишком велика (10 %) поэтому баллистическую постоянную определяют непосредственно перед измерением.

Веберметр

Применяют веберметры следующих видов: магнитоэлектрические, фотогальванометрические, аналоговые и цифровые.

Схема магнитоэлектрического веберметра приведена на рис. 2.3. Он представляет собой магнитоэлектрический прибор, в котором электри-ческий сигнал к подвижной рамке 1 сердечника 2 подводится с помощью пружин 3, не создающих противодействующих моментов. В таком случае под действием тока, возникающего в цепи измерительной катушки 4 подвижной рамки веберметра, подвижная рамка будет поворачиваться, и ее перемещение будет происходить до тех пор, пока ток в названной цепи не станет равным нулю. При этом угол поворота рамки оказывается равным интегралу тока по времени. При удалении катушки из магнитного поля, образованного магнитом 5, появляется ЭДС Е, которая связана с измеряемым магнитным потоком Ф выражением

, (2.3)

где (0; t₁) – интервал времени.

Рис. 2.3. Схема магнитоэлектрического веберметра

Уменьшение магнитного потока, сцепленного с измерительной катушкой, в соответствии с общим законом изменения магнитного потока в замкнутом контуре должно быть равно увеличению магнитного потока, сцепленного с подвижной рамкой веберметра, которая под действием тока, вызванного наведенной ЭДС, повернется на угол j:

, (2.4)

где С_В – постоянная веберметра.

Серийно выпускаемые веберметры имеют следующие верхние пре-делы измерений:

магнитоэлектрические – 500¸10000 мкВб;

фотогальванометрические – 2¸500 мкВб;

электронные аналоговые – 25¸2500 мкВб;

Основная приведенная погрешность цифрового веберметра ±0,5 %, для остальных видов она составляет ±(1,0; 1,5; 2,5; 4) %.

Источник

А) применение баллистического гальванометра

Баллистический гальванометр отличается от обычного магнитоэлектрического гальванометра увеличенным моментом инерции подвижной части. Основное назначение гальванометра – измерение количества электричества кратковременных импульсов тока.

На рис. 12.1 показано устройство такого гальванометра: где 1 – постоянный магнит из высококоэрцеривного материала с полюсными наконечниками из магнито-мягкой стали; 2 – неподвижный сердечник из магнито-мягкой стали; 3 – бескаркасная многовитковая рамка, укрепленная на подвесе – 4; 5 – зеркальце для определения угла поворота подвижной части оптическим методом и 6 – латунный диск для увеличения момента инерции подвижной части. Ток к рамке подводится через подвеску 4 и безмоментный токопровод 7.

При прохождении по рамке гальванометра кратковременного импульса тока возникает вращающий момент, под действием которого подвижная часть вначале поварачивается (отбрасывается) на угол α, а затем под действием противодействующего момента возвращается в исходное состояние.

В общем виде величина первого отброса, называемого баллистическим α_б, определяется уравнением

(12.2)

где S_I – чувствительность гальванометра по току; Т₀ – период собственных колебаний подвижной части; Q – количество электричества и β – степень успокоения, зависящая от конструктивных параметров и величины сопротивления внешней цепи. Выражение S_б = S_If(β)2π/Т₀ называют баллистической чувствительностью.

Обратная величина баллистической чувствительности называется баллистической постоянной С_б

(12.3)

Из уравнения (12.2) с учетом (12.3) следует, что измеряемое баллистическим гальванометром количество электричества

(12.4)

Наибольшее отклонение подвижной части баллистического гальванометра пропорционально количеству электричества только в том случае, если время прохождения импульса тока (t_имп) мало по сравнению с периодом Т₀. При t_имп = (0,01 ÷ 0,02)I₀ погрешность не превышает 0,2 ÷ 0,3 %.

Измерение потокосцепления измеряемого магнитного поля с катушкой, подключенной к гальванометру и расположенной перпендикулярно магнитным силовым линиям, может быть осуществлено: удалением измерительной катушки за пределы поля; изменением положения катушки; изменением направления измеряемого поля относительно катушки; изменением величины магнитного поля и т. д. Наведенная при этом в катушке эдс уравновешивается падением напряжения на сопротивлении цепи и эдс самоиндукции

(12.5)

где W_К – число витков катушки; r – сопротивление замкнутой цепи, включая сопротивление измерительной катушки и рамки баллистического гальванометра; L – индуктивность цепи.

Интегрируя (12.5) за период времени, определяемый началом и концом изменения потокосцепления, а также учитывая, что ток i в эти моменты времени t₁ и t₂ равен нулю и предполагая L = const, получаем

(12.6)

Подставив в формулу (12.6) значение Q из уравнения (12.4) и опуская знак минус, получим W_КФ = С_б α_бr. Откуда

, (12.7)

При данном неизменном сопротивлении цепи гальванометра величина С_б´ постоянна и может быть определена экспериментально.

На основании формулы (12.7) получаем

(12.8)

(12.9)

где М – взаимная индуктивность, Гн; I – ток, А; α_б ´ – величина первого отброса светового указателя, дел.

Рис. 12.2. Схема установки для градуировки баллистического

гальванометра и измерения магнитного потока

Значение С_б´ определяют при нескольких токах I и из полученных значений берут среднее арифметическое.

Кнопка К₁ в схеме рис. 12.2 служит для более быстрого успокоения подвижной части баллистического гальванометра.

После определения С_б´ градуировочный контур I отключают, и, разомкнув ключ К, помещают измерительную катушку с известным значением W_КS_К в воздушный зазор магнитной системы. Затем замыкают ключ К и вынимают катушку из зазора, отмечая при этом максимальный отброс светового указателя.

Значение измеряемой индукции В определяют по формуле (12.8).

Измерение производят несколько раз и в качестве результата берут среднеарифметическое значение. Погрешность измерения магнитного потока баллистическим гальванометром составляет примерно 1,5 ÷ 2 %;

б) применение веберметра

Веберметр, в отличие от баллистического гальванометра, обладает меньшей чувствительностью. Однако он более удобен в работе, так как не требует специальной установки и градуировки.

В веберметре используется обычный магнитоэлектрический измерительный механизм со стрелочным отсчетом, но без противодействующего момента. Устройство веберметра показано на рис. 12.3.

Бескаркасная подвижная рамка 1 укреплена на кернах. Выводы рамки через безмоментные токоприводы 2 соединены с переключателем П, ручка которого выведена на панель прибора.

Положение I переключателя П соответствует измерению. При этом обмотка рамки 1 соединена с наружными зажимами, к которым подключена измерительная катушка (ИК) с числом витков WК.

При изменении потокосцепления измеряемого потока Ф с витками ИК возникает эдс, под действием которого в цепи I пройдет импульс тока. Возникающий при этом вращающий момент отклонит подвижную часть веберметра на угол Δα = α₂ – α₁, где α₁ и α₂ – углы, соответствующие начальному и конечному положению указателя подвижной части.

Эдс е уравновешивается падением напряжения на сопротивлении цепи I, эдс самоиндукции и эдс е´, возникающая в рамке веберметра при отклонении его подвижной части на угол Δα. Эдс е´ при рассмотрении цепи с баллистическим гальванометром не учитывалась, так как из-за большого момента инерции подвижной части движение ее начинается после прохождения импульса тока

(12.10)

где В – индукция в воздушном зазоре магнитной системы веберметра; s и w – соответственно площадь среднего витка и число витков рамки веберметра.

Следовательно, можно записать

(12.11)

Интегрируя уравнение (12.11) за время изменения потокосцепления от t₁ до t₂, получаем

(12.12)

опуская знак минус и пренебрегая, ввиду малых значений r, первым членом правой части уравнения (12.12), имеем

где C_B = Bsw – постоянная веберметра, Вб/дел.

Тогда измеряемый магнитный поток имеет вид:

(12.13)

Градуировка веберметра практически не зависит от сопротивления внешней цепи, если это сопротивление не превышает определенного предела, указываемого на шкале прибора, а также от скорости изменения измеряемого магнитного потока. Поэтому веберметры чаще всего имеют именованную шкалу и по отклонению показателя Δα непосредственно определяют величину потокосцепления – W_KФ, а, следовательно, и магнитный поток, если известно число витков измерительной обмотки.

Веберметр практически не имеет противодействующего момента, поэтому указатель по окончании измерения может занимать любое положение на шкале. Для возвращения указателя в начальное положение используется вспомогательный магнитоэлектрический механизм. В положении II переключателя П (рис. 12.3) рамка веберметра 1 присоединяется к рамке 3 вспомогательного механизма. Рамка 3 механически скреплена с рукояткой, выведенной на панель прибора. Эдс, возникающая в рамке 3 при ее вращении, создает ток в цепи рамки 1. Возникающий при этом вращающий момент поворачивает рамку 1 на некоторый угол. Таким образом, поворачивая рукоятку, можно установить указатель прибора на любую отметку шкалы, принимаемую за начальную. Однако необходимо иметь в виду, что безмоментные токопроводы все же создают некоторый противодействующий момент и указатель веберметра может очень медленно сползать с установленной до измерения и полученной после измерения отметки шкалы. Погрешность измерения магнитных потоков веберметром обычно составляет 3÷4 %.

В данной работе с помощью веберметра измеряется максимальный магнитный поток Ф_макс цилиндрического магнита.

Для измерения Ф_макс следует разместить измерительную катушку с известным числом витков на середину цилиндрического магнита и присоединить ее концы к веберметру. Затем, удалив обмотку с магнита, определить по отклонению стрелки веберметра поток Ф_макс.

Источник