检流计特性

实验名称:检流计的特性实验目的: 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。

实验原理:磁电式检流计的结构检流计由三部分组成：磁场部分：由永久磁铁(N,S)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B 的作用, N 匝载流动圈受到的总磁力矩为G G M NBI S GI ==G = N B S 为检流计的结构常数。

在电磁力矩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G NBI S =W αW 为悬丝的扭转系数，偏转角的大小由读数装置读出，n = 2L则n C n LNBSL W I I G ⋅=•=212即 nI NBSL WC G I ==2C I 称为检流计的电流常数或分度值，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 。

灵敏度S IGI I I nC S ==1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⎪⎭⎫ ⎝⎛-dt d Dα和电磁阻尼力矩⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-dt d R R G G α2，而悬丝是弹性材料制成，若动圈的转动惯量为J ，则动圈运动状态JGI G=++•••αϖαβα22 β称为衰减系数，ϖ为固有角频率测量电路电流常数 ()1010R R R nR R V n I C kp G G I ++==电压常数 ()1010R R n R V n V C G I +==实验数据记录实验仪器zx21型旋转式电阻箱 2个 等级0.1级 旋钮6个 额定功率 0.25瓦 AC15直流复射式检流计 内阻Ω=48gR实验值记录Ω=Ω=6,6000010R R实验一观测检流计的运动状态测量临界电阻测量步骤:因为临界电阻的性质是只要增大一点就会有恢复震动,即是欠阻尼运动和过阻尼运动的临界点。

所以从大电阻开始逐渐减小kp R ,找到刚好第一个kp R 的值使光标没有发生阻尼振动。

即找到临界外电阻。

故851852c R Ω<<Ω得到Ω=851kpR 。

因为外电阻1kp R R R =+外，但是1R R kp >>，所以忽略1R 。

综上：得到临界外电阻为Ω=851kp R在实验过程中可发下如下的规律kp c R R <，过阻尼运动；kp c R R >，欠阻尼运动；临界阻尼运动状态下，恢复到稳定用时最短； 过阻尼运动状态下，恢复时间随R kp 增大而减小；欠阻尼运动状态下，第一次经过零点的时间随R kp 增大而减小,但恢复时间却随R kp 增大而增大。

实验二测量检流计的电流常数IC 和电压常数VC(1)选择kp R = c R ,使检流计工作在临界状态，选择合适的R0/R1,，使光标n=60mm,对应的刻度n1，电压V01,将开关K2迅速倒向，反方向偏转n1’。

计算平均值2'i i in n n +=； 实验选取的电压表量程为7.5V /mm i n 60 55 50 45 40 35 30 24.5 20 14.2 /mm 'i n61.8 50.8 46.8 41.4 36.8 31.8 26.8 21.2 16.8 11.2 mm n i / 60.9 52.9 48.4 43.2 38.4 33.4 28.4 22.85 18.4 12.7V i /V 03.382.882.622.362.081.761.541.20.860.59做出V-n 的图像如下由拟合直线的图象得 K=0.0542 ，0005.0=K σ电流常数I C ：)/(105.98737)685148(6000060542.0((09-)101)1010mm A R R R R R K R R R nR R V C kp g kp g I ⨯=++=++=++=电压常数V C ：)/(105.4180366000060542.0)(06-1011010mm A R R R K R R n R V C V ⨯=+=+=+=实验三 测量阻尼时间实验次数 1 2 3 恢复时间/s2.342.502.47sT T T T c c c c 437.2)47.250.234.2()(3132131=++=++= 实验四 测量振荡周期sT T T T 927.7)97.797.784.7()(31030201310=++=++= 实验分析 这样测出的T 0不是真正的自由振动周期。

阻尼系数)(2D RR G A g ++=，（D 为空气阻尼系数)当S2断开时，0D A 0,R 2≠≈∴→+∞→RR G g ，，而D 很小，故此时动圈作一衰减系数很小的振动。

如果忽略空气阻尼的话,可以认为是自由振动的周期实验五求最大偏角的II C C∆和VVCC ∆推导0110101()()I G kp G kp V R R C KnR R R R R R R R ==++++误差传递公式 取对数101ln ln ln ln ln()I G kp C K R R R R R =+--++求全微分01110111010111()kp G I I G kp G kp G kp G KP G KP I I G KP G KP I I R R R C R R K C K R R R R R R R R R R R R R R R R C K R C K R R R R R R R R C C ∆∆∆∆∆∆∆=+----++++++∆+∆+∆∆∆=-+∆-++++∆=推导0110101()V V R KR C n R R R R ==++误差传递公式取对数101ln ln ln ln()V C K R R R =+-+求全微分()01010101V V C R R R K C K R R R R R ∆∆∆∆=+-++()01010101V V V V C R R R K C K R R R R R C C ∆∆∆∆=++++∆=另一方面，分析K 的不确定度0000010001101ln ln ln 0.0013==0.52001 1.92710135.9510B B B i i i i V K nK V n V K nKV n K V n mm V V Vn n ====-∆∆∆=-∴∆===∆∆====∑∑式中:电压表量程7.5V==0.0375V ，，由实验室给定20050.0015,0.950.00152.8%,0.950.0542K K mm U P U P K ====∴=== 由实验室给定0.5%ggR R ∆=；0.2400;0.2716g g R R R U ∆∆=Ω==Ω；电阻箱误差)005.0%1.0(Rm⨯+±=σ；0R 使用旋钮个数2个，1R 使用旋钮个数4个，kp R 使用旋钮个数6个；0000.00520.1%0.0010; 1.960.002060000R R U R σσ⨯=+==⨯=Ω110.00540.1%0.0043;0.00856R R R U σ⨯=+===Ω0.00560.1%0.0010; 1.960.00208500kp kp R R R U σσ⨯=+===Ω并将0160000,6,851kp R R R =Ω=Ω=Ω代入式中，得0.028,0.95IC I U C P ====0.028,0.95VC V U C P ====误差分析及讨论：本实验的误差主要来源有：1. 检流计的金属线极为灵敏，实验台的震动及其他外界干扰都极易引起偏差2. 用秒表进行时间测量时时间较短，偏差较大3. 检流计在实验中较难实时调零，偏角较难测准4. 临界电阻测量的误差较大思考题1. 若在实验内容中得到的临界电阻不准确，对测得的电流常数C I 和电压常数C V 是否有影响？为什么？答：由公式)(1010R R R nR R V n I C KP G G I++==，若R C 偏大，C I 偏小；若R C 偏小，C I 偏大 由公式)(1010R R n R V n V C G V+==，R C 不准确对C V 无直接影响。

实验报告评分：11 系09 级学号PB09210340 姓名张宇鹏日期2010-10-14 3、检流计的结构常数G=NBS已定，如何扩大它的电流灵敏度(A/mm)?答：其电流灵敏度C I=W/2GL,W为旋丝的扭转系数，因故，可以选择扭转系数更大的材料作旋丝，也可以缩短小镜到标尺的距离L。