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检流计的特性
实验简介
检流计是磁电式仪表，
它是根据载流线圈在磁场中受到力矩而偏转德原理制成的。
普通电表
中
线圈是安放在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，
用指针来指示
偏转。由于轴承有摩擦，被测电流不
能太弱。检流计使用极细的金属悬丝代替轴承悬挂在
磁场中，
由于悬丝细而长，反抗力矩很小，
所
< br>以有很弱的电流通过线圈就足以使它产生显著的偏转。
因而检流计比一般的电流表
灵敏的多，
可以
测量微电流（
10
-7
~10
-10
A
）或者微电压（
10
-3
~10
-6
V
）
，如光电流、生理电流、温差电动势等。首次
记录神经动作电位，就是用
此类仪器实现的。
检流计的另一种用途是平衡指零，
即根据流过检流计的电流是否为零来判断电路是否平衡，
它
被广泛使用在直流电桥和电位差计中。
本实验的目
的就是为了了解磁电式检流计的结构、
原理和运动规律，
测量临
界电阻，
通过测量
它的灵敏度和内阻，学习正确的使用方法。<
/p>
原理
?
磁电式检流计的结构
?
以光点式检流计为例，结构如图
1
和图
2
所示，检流计由三部分组成：
磁场部分：由永久磁铁
(N,S)<
/p>
产生磁场，圆柱形软铁心
(J)
使气隙中
磁场呈均匀辐射状。
?
偏转部分：
能在气隙中转动的矩形线圈
C
及从上下拉紧线圈的金属张丝
E,
只
要有很小的力
矩作用，就能使线圈偏转。
?
读数部分：小镜<
/p>
M
固定在动圈上，它把光源射进来的光束反射到标尺上形成一个光
标，当
电流流过动圈时，
动圈受力偏转而带动小镜
M
转过
α
角，
因而反射光束偏转的角度为
2
α,
< br>光标在标尺上移动的距离（格）为
n
?
< br>2
?
L
，
L
为小镜到标尺的距离。
?
检流计的工作原理
当被测电流
I
G
(
或电压
)
经悬丝流过动圈时，载流动圈受到气隙中永久磁铁产生的磁场
(
磁感应
强度
B)<
/p>
的作用。由于磁场是辐射装的，因此手里的动圈不管偏转到什么位置，
B
的方向总与
l
(
即
I
G
)
的方向垂直，那么
N
匝载流动圈受到的总磁力矩为
M = N B I
G
S= G I
G
其中
S
为动
圈面积，
G = N B S
为检流计的结构常数。
在电磁力矩<
/p>
M
的作用下动圈偏转，同时悬丝受扭力而产生反作用力矩
(
扭转力矩
)
，当作用
在
动圈上的电磁力矩和悬丝的反作用扭力矩平衡时，动圈停止偏转，则
< br>
N B I
G
S
＝
W
??
(2)
(1)
W
为
悬丝的扭转系数，偏转角
?
的大小由读数装置读出，
n =
2L
???
则
I
G
?
W
1
?
n
?
C
I
?
n
?
?
2
NBSL
2
L
?
?
?
?
(3)
(4)
或
I
W
?
G
?
?
2
NBSL<
/p>
n
C
I
?
?
(5)
C
I
称为检流计的电流常数或分度值，单位是
A
/mm
。如果检流计的结构已定，则
C
I
为一定值。在
使用中，
W
或其他结构参数可能有变化，所以必须用实验测定
C
I
。
在实际中，也常用灵敏度
S
I
来表示，即
S
I
?
1
n
?
?
?
C
I
I
G
?
?
(6)
S
I
的单位是
mm/A
。
?
检流计的运动状态
检流计的动圈通电
流后，除了受到电磁力矩和扭转力矩的作用外，还存在空气阻尼力矩
?
< br>d
?
?
G
2
d
?
?
?
?
，而悬丝是弹性材料制成，若动圈的转动惯量为
J
，则动
?
?
?
D
?
和电磁阻尼力矩
?
?
?
dt
R
?
R
dt
?
?
G
?
?
圈运动状态
?
G
2
?
?
?
?
?
W
< br>?
?
?
J
?
?
GI
G
?
?
?
D
?<
/p>
R
?
R
?
?
?
G
?
或
?
?
?
?
?
2
?
?
?
?
2
?
?
GI
G
?
?
J
?
?
(7)
?
?
?
(8)
其中
?
称为
衰减系数，
?
为固有角频率，根据衰减系数的不同，有不同的运
动状态：
?
欠阻尼状态
(
?????
o
时
)
。
公式
8
的解为
?
?
a
m
e
?
?
t
sin
?
?
t
?
?
?
?
?
< br>F
(9)