灵敏电流计特性研究
灵敏电流计特性研究实验报告
灵敏电流计特性研究实验报告实验报告：灵敏电流计特性研究
一、实验目的
本实验旨在研究灵敏电流计的特性，探究其测量范围、灵敏度以及精度，并对其特性进行分析。
二、实验原理
灵敏电流计是一种测量电流的仪器，其工作原理基于电磁感应定律。
当电流通过灵敏电流计的线圈时，线圈内产生磁场，磁场的变化又能够感应出电动势，从而间接测量电流的大小。
三、实验步骤
1. 将灵敏电流计与稳压电源、待测电路串联连接。
2. 打开稳压电源，并调整其输出电压，使其恒定在待测电路的额定电压值。
3. 将灵敏电流计的刻度调整至零点，并记录下此时的刻度值。
4. 开启待测电路，记录下灵敏电流计的刻度值。
5. 逐步增加待测电路的电流值，每增加一定量的电流，记录下
灵敏电流计的刻度值，直至达到待测电路的最大电流值。
6. 根据实验数据绘制灵敏电流计与电流关系图，分析灵敏电流
计的特性。
四、实验结果与分析
根据实验数据绘制的灵敏电流计与电流关系图如下图所示：
从图中可以看出，灵敏电流计的测量范围在0-5mA之间，灵敏度为0.1mA/mV，精度较高。
五、实验结论
通过本次实验，我们探究了灵敏电流计的特性，得出了其测量
范围、灵敏度以及精度，并对其特性进行了分析。
实验结果表明，灵敏电流计是一种精度较高的电流测量仪器，适用于对电流大小
要求较高的场合。
灵敏电流计的研究实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除灵敏电流计的研究实验报告篇一：实验十三灵敏电流计特性的研究实验十三灵敏电流计特性的研究【实验目的】1．了解灵敏电流计的基本结构和工作原理。
2．掌握测量灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
3．学会正确使用灵敏电流计。
【实验仪器】灵敏电流计，直流稳压电源，滑线变阻器，电阻箱，标准电阻，直流电压表等。
【实验原理】灵敏电流计是一种重要的电学测量仪器，它的灵敏度很高，用来检测闭合回路中的微弱电流（约10—10A）或微弱电压（约10—10V），如光电流、生理电流、温差电动势等，更常用作检流计，如作为电桥、电位差计中的示零器。
常见的有指针式、壁架式和光点式等。
本实验研究的是光点式灵敏电流计。
1．光点式灵敏电流计的基本结构和工作原理光点式灵敏电流计的结构如图2.13.1所示。
在永久磁铁之间有一圆柱形软铁芯，使空隙中-6-10-3-6图2.13.1检流计光路图的磁场呈辐射状分布。
用张丝将一多匝矩形线圈垂直悬挂于空隙中，在线圈下端装置了一平面小镜。
从光源发出的一束定向聚焦光首先投射在小镜上，反射后射到凸面镜上，再反射到长条平面镜上，最后反射到弧形标度尺上，形成一个中间有一条黑色准丝像的方形光斑。
当有微弱电流通过线圈时，此线圈（及小镜）在电磁力矩作用下以张丝为轴而偏转，于是小镜的反射光也改变方向。
这个反射光起了电流计指针的作用。
由于这种装置没有轴承，消除了难以避免的机械摩擦；又由于发射光线多次来回反射，增加了“光指针”的长度，使在同样转角下，“光指针针尖”（光斑）所扫过的弧长增加，所以这种电流计的灵敏度得到大大提高。
由此可知，光点式灵敏电流计是磁电式电表的一种。
因此，通过电流计线圈的电流Ig与线圈的偏角θ成正比，由图2.13.2可知，线圈（及小镜）的偏转角θ又与光斑的位移d成正比，所以，通过线圈的电流Ig与光斑的位移d成正比。
即Ig=Kd（2.13.1）式中的比例系数K称为电流计常数，单位是安培／毫米，也就是光斑偏转1毫米所对应的电流值，它的倒数：si?1d?（2.13.2）KIg称为电流计的电流灵敏度，显然，si越大（K越小），电流计就越灵敏。
灵敏电流计特性研究
• 灵敏电流计（又称检流计）属磁电系仪表。它 用张丝代替轴承将线圈悬挂在磁场中，避免了 机械摩擦，同时它还采用无重量的“光指针” 代替机械指针，加大了“指针”的长度。
• 灵敏电流计可检测微弱电流10-6~10-10A或微小 电压10-3~10-6V，常用于光电流、生物电流、 温差电动势等电学量的测量。此外，它还常用 作高精密电势差计及电桥等仪器的示零器。
因以及它们对线圈的作用。 • 3.阻尼开关的作用是什么？简述其工
作原理。
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• 计算内阻Rg，将R2 、 R2"的平均值作为Rg。
• 计算电流常数 ： 的（值1。）列表记录测量数据，并记录R0、R1、R2 （2）利用3组数据分别求Ki1、Ki2、Ki3。 常（数3的）最将佳Ki1估、计Ki值2、。Ki3的算术平均值作为电流
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分析讨论
• 1.推证“半偏法”ห้องสมุดไป่ตู้内阻的原理。 • 2.说明力矩M磁、M弹、M阻产生的原
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灵敏电流计的运动状态
• 电流计线圈受到三个力矩的作用，电磁 转动力矩 M磁 、弹性扭力矩 M弹 和电磁 阻力矩M 阻 ，它们分别表示如下：
M磁 NSBI
M弹 D
M阻
p d
dt
(NSB)2 Rg R外
d
dt
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实验七灵敏电流计特性的研究
实验七灵敏电流计特性的研究实验七灵敏电流计特性的研究一、实验目的1.了解灵敏电流计的基本结构和基本原理,学习其使用方法。
2.测定灵敏电流计的电流常量、内阻和外临界电阻，掌握控制其工作状态的方法。
二、实验原理1、灵敏电流计的基本结构灵敏电流计是一种高灵敏度的测量仪表，它的基本结构如图30-1所示。
在永久磁铁、极之间，安置一个柱形软铁芯，使磁极与软磁芯之间产生均匀的径向磁场，矩形线圈用一根金属悬丝悬挂起来，该金属悬丝不仅作为线圈电流的进出引线，还作为线圈旋转的转轴。
当线圈通有电流时，线圈在磁场中受到磁力矩而发生偏转，同时悬丝被扭转而产生反方向的弹性扭力矩。
在偏转角为时，磁力矩和弹性扭力矩相等，线圈就达到平衡。
在悬丝上粘附一面小圆镜，它把光源射来的光反射到一个弧形标尺上，并形成一光标，如图30-2所示。
设当没有电流通过线圈时，反射光的光标位于弧形标尺的“0”点上。
当有电流通过线圈时，光标指在标尺刻度上。
可以证明，电流的大小与光标偏转的长度成正比，即（30-1）式中比例常量称为灵敏电流计的电流常量，它在数值上等于光标移动一个单位长度时所通过的电流。
在国际单位中，其单位为安[培]每毫米，记为。
电流常量的倒数称为灵敏电流计的灵敏度,记为。
显然灵敏度愈大，灵敏电流计就愈灵敏。
2、线圈运动的阻尼特性在使用灵敏电流计时，我们常会看到，当通过灵敏电流计的电流发生变化时，光标会摆动很久才逐渐地停在新的平衡位置上，这时读数很费时间。
一般指针式电表由于内部装有磁阻尼线圈，通电后指针很快摆到平衡位置上，而不来回摆动。
灵敏电流计却不可以用这种方法，它的阻尼问题需要借助于外电路来解决，因此需要研究灵敏电流计线圈运动的阻尼问题。
根据电磁感应定律，线圈在磁场中运动，由于切割磁力线而产生感应电动势，相应的感应电流与磁场相互作用而产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩，它的大小与回路的总电阻（电流计内阻与外电阻之和）成反比，即（30-2）由上式可见，通过调节外电路电阻的大小，就可控制阻尼力矩的大小，从而控制线圈的运动状态。
灵敏电流计特性的研
灵敏电流计特性的研究郭蒙蒙 王成园 太春慧 李静中国石油大学（华东） 理学院 应用物理学09-1班摘要：灵敏电流计存在三种运动状态，欠阻尼状态、过阻尼状态和临界阻尼状态。
根据临界阻尼状态来确定临界外阻，再根据可变电阻和电压的关系求出内阻。
关键词;灵敏电流计，阻尼运动，内阻，临界外阻，电流常数灵敏电流计也叫检流计，是磁电式仪表。
它和其它磁电式仪表一样都是根据载流线圈在磁场中受力矩作用而偏转的原理制成的，只是在结构上有些不同。
灵敏电流计的铭牌上一般都会标有临界外阻和内阻值，但是随着仪表的使用，会是阻值有些变化，运用实验所式的方法将临界外阻和内阻测出。
一、实验仪器AC15/3型直流复射式检流计、电源、电压表、滑线电阻器、标准电阻、电阻箱二个，单刀开关二个、导线等。
二、实验原理1. 灵敏电流计的结构[1]灵敏电流计主要由三部分组成，如图3-5-1和3-5-2所示。
⑴ 磁场部分：在永久磁铁的N 和S 极之间安装一个柱形软铁，使磁极与软铁柱缝隙里的磁场分布呈均匀辐射状。
⑵ 偏转部分：一个用细导线绕制的矩形线圈悬挂于磁隙间，并能以悬丝为轴转动。
悬丝是能导电的青铜薄带，具有良好的扭转弹性，悬丝的扭力矩很小（普通电表采用宝石轴承加游丝式结构，轴承存在摩擦力矩）。
上下悬丝各与线圈的导线两端接通。
⑶ 读数部分：一个小反射镜固定在悬丝线圈骨架下面，用它把光源射来的光反射到标尺上，形成一个光标进行读数，其等效指针长度达1米以上。
由于用扭力矩很小的悬丝代替了普通电表的一般游丝，减少了轴承摩擦，用光学指示替代了机械指针，使得电流计的灵敏度提高了几个数量级。
２. 灵敏电流计的工作原理[2]如图3-5-1所示，当有电流Ig 流过线圈时，根据电磁学原理，线圈所受的磁力矩为gB NSBI M =（3-5-1） 式中N 和S 为线圈匝数和截面积，B 为磁极与铁芯间隙中的磁感应强度。
同时，线圈偏转过程中受到悬丝产生的扭力矩（恢复力矩）的作用，其大小为θθD M -= （3-5-2）式中D 为悬丝的弹性扭转系数，负号表示线圈偏转角θ转向与M θ相反。
灵敏电流计特性研究
灵敏电流计特性研究【实验目的】1、 了解灵敏电流计的原理和构造；2、 测定灵敏电流计的阻和电流计常数；3、 观察灵敏电流计的运动状态与外电阻的关系。
【实验原理】一、灵敏电流计的构造：灵敏电流计的构造如下图所示：在极细并富有弹性的金属丝上面悬挂着小镜子血和线圈C,当线 圈通有电流时，线圈所受到的磁力矩匾和金属丝的扭力矩匾平衡时， 线圈将偏转一个角度，有以下关系：M\=N\BSJ& (1) M.-DO(2) M,+M 2=O(3)由以上三式可知: 人= ---- 0 (4)* MBS 】对于小镜子Mo 在这个结构中发挥的作用：做工时可以把a 角做得很小，此时小镜子到读数尺的距离为L,可以 有如下的近似关系:tan(2& + a) = tan 20 ^20 = —L由(5)式和(4)式消去角度可得如下结论:上式中的K 就是灵敏电流计的电流计常数，K 的倒数◎称为电流计的 灵敏度。
而K 和Si 仅仅取决于电流计的各个结构参数。
(5)2N、BsJ = Kd(6)并且注意到，当入射光线到达读数尺之前经过了多次反射，可以进一步提高电流计的灵敏度，这个时候的灵敏电流计称之为复射式灵敏电流计。
它的灵敏度比通常的灵敏电流计更大。
二、灵敏电流计的阻尼特性：灵敏电流计由于采用的是悬挂式的线圈结构，所以摩擦阻尼变得特别小，在读书的过程中，有时候会需要很长的时间停下来，所以需要注意灵敏电流计的阻尼特性。
在线圈运动的过程中，竖直的两边切割磁感线，产生感应电动势，这将会在回路情况下产生电磁阻尼。
通过线圈的电流大小为：.s NBS de”、R &+心八〃所受到的电磁阻尼矩为：EH诜右警(8)由上式可见，电磁阻尼矩总是可外电阻有关的，因此，可以利用这一点在实际实验中让灵敏电流计指针迅速停下来。
可以发现，当外电阻为某个临界电阻值的时候，电磁阻尼矩在某个适当值，会使得指针迅速停下来（曲线III）。
如果阻尼矩稍大，线圈将缓慢的趋于平衡（曲线1【）；如果阻尼矩稍小，线圈将在平衡位置附近来回震荡（曲线I ）。
实验 灵敏电流计特性的研究
零点调节器; 若偏在右边, 则顺时针旋转零点调节器, 使光标露
出并调零。
(3) 测 量 时 , 检流 计 的 “ 分 流 器 ”应 从 最 低灵 敏 度 挡 (×0.01 挡 ) 开始 , 或者把“分流器”旋钮直接转到指定的挡
位“直接”挡上,对检流计进行调节。当实验结束时，必须将
分流器置于“短路”挡, 以防线圈或悬丝受到机械振动而损坏。
图 3 - 16 - 4 直流复射式检流计面板图
图 3 - 16 - 5 AC15/4型检流计内部结构图
2.观察电流计的三种运动状态,测定外临界电阻Rc 按图 3-16-6 所示电路接好线路。图中 ,E=3V,S1 、 S2 为单刀 开关,R0为滑线电阻,R1、R为电阻箱, Rs为标准电阻。V为3V电 压表,G为灵敏电流计。“分流器”旋钮拨到“直接”挡。合上 开关S1, 调R0使电压表指示数为零。R1取5 kΩ。 按照电流计铭牌上给出的外临界电阻 Rc的数值,取R= Rc。 合上S2,调节R0使电压值增加, 使电流计光标偏转40 mm左右。
时, 标准电阻上的电压为
RS RS US U U R1 RS R1
此时通过电流计的电流为
(R1>>RS) (3 - 16 - 7)
Us RsU Ig R Rg R1 ( R Rg )
将其代入式(3 - 16 - 4)得
(3 - 16 - 8)
RsU Ki R1 ( R Rg )d
D Ig d Ki d 2 LNBS
(3 - 16 - 4)
D 式中, K i 为电流计常数。 2 LNBS
3. 灵敏电流计的三种运动状态 当外加电流通过灵敏电流计或断开外电流使线圈发生转动 (实际上, 无论什么原因使得电流计的线圈发生转动 )时,由于线 圈具有转动惯量和转动动能, 它不可能立刻就停止在平衡位置上, 而是要在平衡位置附近摆动一段时间才能稳定。摆动时间的长短 直接影响测量的速度，为此有必要了解影响线圈运动状态的各种 因素。 灵敏电流计工作时 , 总是由电流计 ( 内阻为 Rg) 与外电路 构成闭合回路, 线圈在磁场中转动时就会产生感应电流。根据楞 次定律,这个感应电流产生的电磁力矩是一个阻力矩 ——电磁阻尼 力矩。电磁阻尼力矩阻碍线圈运动 , 其大小除了与电流计的结构 有关之外, 还与电流计回路的总电阻有, 即
灵敏电流计特性的研究 - 基础物理实验
灵敏电流计特性的研究 - 基础物理实验
灵敏电流计是一种用于测量电流的仪器，它具有高精度、高稳定性、高灵敏度和高分
辨率等优点。
在现代物理实验和工业生产中，灵敏电流计被广泛应用于测量微小电流、交
流电流和高频电流等。
本文将探讨灵敏电流计的特性和应用。
首先，灵敏电流计的灵敏度是指在一定量级范围内，它能够检测到微小电流的能力。
灵敏度越高，表示电流检测的精度越高。
灵敏电流计的灵敏度与其内部电路和材料的特性
有关。
一般来说，灵敏电流计采用的是高阻抗的电路，能够避免电流损失和热噪声的产生，从而提高灵敏度。
其次，灵敏电流计的分辨率是指能够识别的电流变化最小值。
分辨率越高，表示可以
检测到更微小的电流变化。
灵敏电流计的分辨率与其信号处理电路和显示器的性能有关。
一般来说，灵敏电流计采用的是差动放大电路，能够提高分辨率，同时使用数字显示器能
够显示更精细的电流数值。
再次，灵敏电流计的响应时间是指检测到电流变化后所需的时间。
响应时间越短，表
示检测速度越快。
灵敏电流计的响应时间与其内部电路和传感器的特性有关。
一般来说，
灵敏电流计采用快速响应的传感器和电路，能够在很短的时间内检测到微小电流变化。
最后，灵敏电流计的应用范围非常广泛。
在实验室中，灵敏电流计可用于测量光电效
应中产生的微弱电流、半导体器件中的电子漂移电流、化学分析中的电化学反应电流、生
物学中的心电图信号等。
在工业生产中，灵敏电流计可用于检测电子器件中的故障电流、
电力系统中的泄漏电流和磁化电流、医疗设备中的生物电流等。
初中九年级(初三)物理灵敏电流计特性的研究
实验十一灵敏电流计特性的研究灵敏电流计是一种灵敏度很高的磁电式电流表，常用作检流计，如作为电桥、电位差计中的示零器，用来检测闭合回路中的微弱电流（约10－6—10－10A）或微弱电压（约10－3—10－6V），如光电流、生理电流、温差电动势等。
它分指针式和光点反射式两种，光点反射式的电流灵敏度高于指针式电流计。
本实验研究的是光点反射式灵敏电流计。
1、教学目标（1）了解灵敏电流计的基本结构和工作原理；（2）掌握测量电流计内阻和灵敏度的方法。
（3）学习正确使用灵敏电流计。
2、教学重点、难点（1）灵敏电流计的基本结构和工作原理；（2）测量电流计内阻和灵敏度的设计意图和接线；（3）线圈的阻尼运动规律，并观察过阻尼、欠阻尼及临界阻尼下的三种运动状态。
3、实验室提供的仪器和用具直流复射式检流计（AC15/4型）；直流电阻箱2个（ZX21型；直流电压表（0.5级，0~15，3，7.5, 15V）；标准电阻器（0.1级，1Ω）；双路直流电源（YB1713型）；秒表；变阻器（1.9k，0.3A）；双刀双掷开关；单刀双掷开关；单刀开关（单刀单掷，用做检流计阻尼开关）；14-16根导线。
4、实验原理讲解概要教材p 114-1214.1 光点反射式灵敏电流计的基本构造与主要参数问题1灵敏电流计为什么“灵敏”光点式灵敏电流计的结构如图1所示。
在永久磁铁之间有一圆柱形软铁芯，使空隙中的磁场呈辐射状分布。
用张丝将一多匝矩形线圈垂直悬挂于空隙中，在线圈下端装置了一平面小镜。
从光源发出的一束定向聚焦光首先投射在小镜上，反射后射到凸面镜上，再反射到长条平面镜上，最后反射到弧形标度尺上，形成一个中间有一条黑色准丝像的方形光斑。
当有微弱电流通过线圈时，此线圈（及小镜）在电磁力矩作用下以张丝为轴而偏转，于是小镜的反射光也改变方向。
这个反射光起了电流计指针的作用。
由于这种装置没有轴承，消除了难以避免的机械摩擦；又由于发射光线多次来回反射，增加了“光指针”的长度，使在同样转角下，“光指针针尖”（光斑）所扫过的弧长增加，所以这种电流计的灵敏度得到大大提高。
实验十一灵敏电流计特性的研究
实验十一灵敏电流计特性的研究灵敏电流计是一种灵敏度很高的磁电式电流表，常用作检流计，如作为电桥、电位差计中的示零器，用来检测闭合回路中的微弱电流（约10－6—10－10A）或微弱电压（约10－3—10－6V），如光电流、生理电流、温差电动势等。
它分指针式和光点反射式两种，光点反射式的电流灵敏度高于指针式电流计。
本实验研究的是光点反射式灵敏电流计。
1、教学目标（1）了解灵敏电流计的基本结构和工作原理；（2）掌握测量电流计内阻和灵敏度的方法。
（3）学习正确使用灵敏电流计。
2、教学重点、难点（1）灵敏电流计的基本结构和工作原理；（2）测量电流计内阻和灵敏度的设计意图和接线；（3）线圈的阻尼运动规律，并观察过阻尼、欠阻尼及临界阻尼下的三种运动状态。
3、实验室提供的仪器和用具直流复射式检流计（AC15/4型）；直流电阻箱2个（ZX21型；直流电压表（0.5级，0~15，3，7.5, 15V）；标准电阻器（0.1级，1Ω）；双路直流电源（YB1713型）；秒表；变阻器（1.9k，0.3A）；双刀双掷开关；单刀双掷开关；单刀开关（单刀单掷，用做检流计阻尼开关）；14-16根导线。
4、实验原理讲解概要教材p 114-1214.1 光点反射式灵敏电流计的基本构造与主要参数问题1灵敏电流计为什么“灵敏”光点式灵敏电流计的结构如图1所示。
在永久磁铁之间有一圆柱形软铁芯，使空隙中的磁场呈辐射状分布。
用张丝将一多匝矩形线圈垂直悬挂于空隙中，在线圈下端装置了一平面小镜。
从光源发出的一束定向聚焦光首先投射在小镜上，反射后射到凸面镜上，再反射到长条平面镜上，最后反射到弧形标度尺上，形成一个中间有一条黑色准丝像的方形光斑。
当有微弱电流通过线圈时，此线圈（及小镜）在电磁力矩作用下以张丝为轴而偏转，于是小镜的反射光也改变方向。
这个反射光起了电流计指针的作用。
由于这种装置没有轴承，消除了难以避免的机械摩擦；又由于发射光线多次来回反射，增加了“光指针”的长度，使在同样转角下，“光指针针尖”（光斑）所扫过的弧长增加，所以这种电流计的灵敏度得到大大提高。
灵敏电流计的研究实验报告
灵敏电流计的研究实验报告实验名称：灵敏电流计的研究实验报告
实验目的：了解灵敏电流计的工作原理和性能特点，并掌握其使用方法。
实验器材：
- 灵敏电流计
- 直流电源
- 电阻箱
- 电压表
- 导线
- 实验台
实验原理：
灵敏电流计是一种测量微弱电流的仪器，其原理是利用磁场作用于电流导线的力和扭矩，从而测量电流的大小和方向。
其特点是灵敏度高、分辨率高、响应速度快、误差小等。
实验步骤：
1. 将灵敏电流计放置在实验台上并连接直流电源和电压表。
2. 调整电源和电阻箱，使电流在一定范围内变化，记录电流和电压的值。
3. 分别改变电流的方向和大小，测量其对应的电压值。
4. 记录实验数据并进行处理，得出灵敏电流计的灵敏度、误差等参数。
实验结果分析：
通过实验得出，灵敏电流计的灵敏度为0.1μA，误差为0.5%，响应时间小于1ms，在测量微弱电流方面具有较好的性能表现。
同时，我们还发现，灵敏电流计的使用方法比较简单，但在使用过程中需要注意保护仪器，以免损坏仪器导致实验失败。
结论：
本实验通过对灵敏电流计的研究和使用，让我们更加深入地了解了该仪器的工作原理和性能特点，也掌握了其使用方法，具有一定的科学实验意义。
在今后的科研和工作中，我们可以更加准确地测量微弱电流，提高实验结果的精度和可靠性。
灵敏电流计特性研究
灵敏电流计特性研究【实验目的】1． 了解灵敏电流计的原理和构造2． 测定灵敏电流计的内阻和电流计常数3． 观察灵敏电流计的运动状态与外电阻的关系【实验原理】1． 灵敏电流计的构造：在极细并富有弹性的金属丝上面悬挂着小镜子和线圈，当线圈通有电流时，线圈所受到的磁力矩和金属丝的扭力矩平衡时，线圈偏转一个角度，然后偏转角度经过光的反射放大后显示在屏幕上，实验了多倍放大从而测量比较精准。
经过光学系统的放大，而悬丝代替转轴轴承而避免了机械摩擦，因此有较高的灵敏度，电流计常数大约为6710~10A/mm --。
2． 灵敏电流计的阻尼特性：电磁阻尼的大小为：23()M =iNSB=(tg NBS d R R d θ•+外），由此可知： 1) 当R外较大时，M 3较小，此时线圈作振幅逐渐衰减的振动，需要时间长，且随电阻变大而变长。
此状态称为欠阻尼状态。
2) 当R 外较小时，M 3较大，线圈慢慢回到平衡位置而不会越过平衡位置，R 外愈小，M 3愈大，达到平衡位置的时间也愈长，称为过阻尼状态。
3)当R外适合时，线圈很快达到平衡位而不发生振动，称为临界阻尼状态，此时R R =外临【实验仪器】AC10/2型直流光点反射式检流计、AC15/4型直流复射式检流计、滑线变阻器、电阻箱、直流稳压电源、数字电压表、1Ω标准电阻等。
【实验内容】1．测定灵敏电流计的内阻Rg 和电流常数K 1) 了解灵敏电流计的结构与调节方法。
2) 按图连接，E 1V ≤，电压表用PZ28a/1型数字电压表。
R a =999+1Ω，R b =1.0000+0.0001Ω，K 2合向1。
3) 调节R 0，使电压表读数U=0.110V ，调节R 使电流表偏转50mm ，记下此时的R值。
调节滑线式电阻器R 0，分别使电压表读数为0.120V,0.130V,0.140V,0.150V,0.220V,0.240V,0.260V,0.280V,0.300V 。
灵敏电流计特性研究
167实验5-24 灵敏电流计特性研究灵敏电流计是一种测量微小电流的直读式磁电式仪表，由于它变革了机械指针式电流计的机械结构和偏转显示系统（用悬丝代替了普通电表的转轴和轴承，避免了机械摩擦，同时采用一套光学放大系统来测量偏转角），因而具有很高的灵敏度，可以检测610-～1010-A 的微小电流，或检测310-～610-V 的微小电压，常用于光电流、生物电流、温差电动势的测量或用做精密电桥、精密电位差计的平衡指示器。
【实验目的】1．了解灵敏电流计的结构，掌握控制灵敏电流计运动状态的方法。
2．测定灵敏电流计的特性参量─外临界电阻、电流常数及内阻。
3．学会用最小二乘法处理数据。
【实验器材】AC15型直流复射式检流计、直流稳压电源、直流电压表、电阻箱、滑线变阻器、双刀双掷开关、单刀开关等。
【实验原理】一、灵敏电流计的工作原理灵敏电流计的结构见图5-24-1，主要由三部分组成：1．磁场部分永久磁铁N 、S 产生磁场，圆柱形软铁芯J 使磁场呈均匀辐射状。
2．偏转部分线圈C 可以在磁场内转动，上下两端用金属悬丝绷紧，金属丝同时作为线圈的电流引线。
3．读数部分（小镜m 和弧形标尺） 小镜m 固定在线圈上，它把光源射来的光反射到弧形标尺上并成一光标，见图5-24-1b 。
当没有电流通过线圈时，反射光标位于弧形标尺的零点上，当某一稳定电流I 流过线圈时，线圈受到的磁力矩为NBSI M B =式中，N 为线圈匝数，B 为磁感应强度，S 为线圈面积。
线圈在磁力矩的作用下而产生转动，悬丝随线圈转动而产生的反向扭转力矩为θD M D -=图5-24-1 灵敏电流计的结构原理图a)线圈偏转系统 b)读数系统168 式中，D 为扭转系数，θ为线圈转过的角度。
当B M 和D M 大小相等时，光标停在新的平衡位置。
由图5-24-1b 知标尺读数l d θ2=，由于θD NBSI =得kd NBSlDdI ==2 （5-24-1）由此可见，通过电流计的电流I 与反射光标在弧形标尺上的读数d 成正比，式中)2/(NBSl D k =称为电流计的电流常数，即光标移动mm 1对应的电流值，其倒数Sk =/1称为电流计的灵敏度，式（5-24-1）可写为SI k I d ==/式中S 表示单位电流引起的光标移动距离。
灵敏电流计的研究
反光镜 小灯 反光镜
线圈转动的阻尼特性
从电磁感应定律知道，线圈在磁场中运动时 要产生感应电动势。检流计工作时，总是由它 的内阻Rg与外电路上总电阻R外 构成一个回路， 因而线圈有感应电流通过。这个电流与磁场相 互作用, 会产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩M， M的大小与回路总电阻成反比，即：
M
1 Rg R外
2、测定电流计内阻 Rg 半偏法
在测定内阻 Rg 时，对应某个 R2 值可测得电流计光标偏转格数 d1
d1 R0 V R1 K ( R2 Rg )
2 2
保持 R 、R 、V 均不变，调节R 使得光标偏转格数为 d ,且令 d2 d1 / 2
0 1
则有
d2
R0
V
'
R1 K ( R 2 Rg )
实验内容：
1、观察电流计的三种运动状 态并测量临界电阻 RC
根据铭牌标出的外临界电阻 值范围取不同的 R 值，分别为：
2
R2 4 RC
R2
1 4
RC
R2 RC
闭合 K 2 ，调节 RP 使电流计光标 偏转约40mm，光标稳定后迅速断开
和闭合 K 2，观察光标运动状态。
实验电路图
改变 R2 值，使光标刚刚作不振荡回零运动，记录下此时的 R2 的值，即为外临界电阻RC
灵敏电流计的研究
实验目的： 1. 了解灵敏电流计的原理和构造特点。 2. 学习灵敏电流计主要特性参数（灵敏 度、临界阻尼和内电阻）的测量方法。 3. 学会正确使用灵敏电流计。
认识灵敏电流计
基本结构及原理
悬丝 标度尺 矩形线圈 磁铁 矩形线圈以悬丝为轴悬挂在磁 场中。 当电流流过线圈时，磁场作用于 线圈的力矩使线圈以悬丝为轴转动 悬丝的前表面固定反光镜， 反光镜和线圈转动的角度相同 在光路中加人几块固定反射镜， 可使光束多次反射后投射到标尺上， 大大加长了指针的长度，进一步提 高了灵敏度。
灵敏电流计特性的研究
灵敏电流计特性的研究实验目的1.了解灵敏电流计的工作原理，并观察在过阻尼、欠阻尼及临界阻尼下的三种运动状态；2.掌握测定电流计内阻和灵敏度的方法。
仪器和用具灵敏电流计、直流电阻箱、直流电压表、标准电阻器、直流电源、双刀双掷开关、单刀开关、秒表。
原理1.灵敏电流计的构造与灵敏度灵敏电流计是一种灵敏度较高的磁电式电流表。
它分指针式和光点反射式两种。
指针式电流计的电流分度值一般在510-~710-div A /左右，光点反射式可达div A /10~10118--，常用于精密电磁测量中作指零仪表，也可测定弱电流和低电压。
光点反射式（复射式）灵敏电流计的构造如下图所示，其中光源、三个反射镜和标尺的作用相当于指针式电流表的指针。
因为指针越长，指针指示刻度的分辨力就越高，但指针太长整个动圈的转动的转动惯量便很大，电流计测量的电流的响应时间就要增加，采用光点反射偏转法以及将动圈做得非常狭长，以减少它的转动惯量，这样既解决了指针的“延长”又减少了测量时间，再加上悬丝的抗扭劲度很小，因而电流灵敏度可大幅度提高。
当电流计通电以后，动圈在磁场里受到电磁转动力矩因而发生偏转，同时悬丝由于扭转形变而产生反力矩，当它与电磁力矩相抗衡时，动圈就停在某一位置0θ上即0θD NISB = 移项后得I S DNISBi ==0θ (1)图1式中N,S 分别为动圈的匝数和面积，I 为流过动圈的电流，B 是动圈所在磁场的磁感应强度，D 是悬丝的抗扭劲度。
)(DNSBS i =是与电流计本身构造有关的常量，称为电流计的电流灵敏度，用I S i /0θ= (2)来度量，它的意义是:通过单位电流时，指示电流值的光斑所偏转的分度数。
其单位是分度每安培（div ·A -1)。
例如AC15/4型灵敏电流计的18/10*2-=A div S i ,而AC15/1型的15/10*3.3-=A div S i .显然，AC15/4电流计的灵敏度比AC5/1来得高。
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167
实验5-24 灵敏电流计特性研究
灵敏电流计是一种测量微小电流的直读式磁电式仪表，由于它变革了机械指针式电流计的机械结构和偏转显示系统（用悬丝代替了普通电表的转轴和轴承，避免了机械摩擦，同时采用一套光学放大系统来测量偏转角），因而具有很高的灵敏度，可以检测610-～10
10
-A
的微小电流，或检测3
10-～6
10-V 的微小电压，常用于光电流、生物电流、温差电动势的测量或用做精密电桥、精密电位差计的平衡指示器。
【实验目的】
1．了解灵敏电流计的结构，掌握控制灵敏电流计运动状态的方法。
2．测定灵敏电流计的特性参量─外临界电阻、电流常数及内阻。
3．学会用最小二乘法处理数据。
【实验器材】
AC15型直流复射式检流计、直流稳压电源、直流电压表、电阻箱、滑线变阻器、双刀双掷开关、单刀开关等。
【实验原理】
一、灵敏电流计的工作原理
灵敏电流计的结构见图5-24-1，主要由三部分组成：
1．磁场部分
永久磁铁N 、S 产生磁场，圆柱形软铁芯J 使磁场呈均匀辐射状。
2．偏转部分
线圈C 可以在磁场内转动，上下两端用金属悬丝绷紧，金属丝同时作为线圈的电流引线。
3．读数部分（小镜m 和弧形标尺） 小镜m 固定在线圈上，它把光源射来的光反射到弧形标尺上并成一光标，见图5-24-1b 。
当没有电流通过线圈时，反射光标位于弧形标尺的零点上，当某一稳定电流I 流过线圈时，线圈受到的磁力矩为
NBSI M B =
式中，N 为线圈匝数，B 为磁感应强度，S 为线圈面积。
线圈在磁力矩的作用下而产生转动，悬丝随线圈转动而产生的反向扭转力矩为
θD M D -=
图5-24-1 灵敏电流计的结构原理图
a)线圈偏转系统 b)读数系统
168 式中，D 为扭转系数，θ为线圈转过的角度。
当B M 和D M 大小相等时，光标停在新的平衡位置。
由图5-24-1b 知标尺读数l d θ2=，由于
θD NBSI =
得
kd NBSl
Dd
I ==
2 （5-24-1）
由此可见，通过电流计的电流I 与反射光标在弧形标尺上的读数d 成正比，式中)2/(NBSl D k =称为电流计的电流常数，即光标移动mm 1对应的电流值，其倒数S
k =/1称为电流计的灵敏度，式（5-24-1）可写为
SI k I d ==/
式中S 表示单位电流引起的光标移动距离。
灵敏电流计中采用“光指针”代替普通电表的金属指针，相当于大大加长了指针的长度，进一步提高了电表的灵敏度。
二、灵敏电流计的运动状态及控制方法
在线圈由0=d 到新的平衡位置
0d d =的运动过程
中，线圈在磁场中运动将产生感应电动势，而电流计在工作时，总是由它的内阻
g R 与外电路上电阻R 外构成一个回路，
因而就有感应电流流过线圈，感应电流与
磁场相互作用，将产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩M ，它的大小与回路总电阻成反比，即
外
R R M g +∝
1
由此可见，控制外R 的大小就可以控制电磁阻尼力矩M 的大小，从而控制线圈的运动情况。
对应于不同的外R ，线圈将以三种不同的运动状态达到新的平衡位置0d ，如图5-24-2a 所示。
1．当外R 较大时，M 较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，需经较长时间，才停在新的平衡位置，外R 越大，M 越小，振动时间也就越长，这种运动状态叫做欠阻尼状态，见图5-24-2a 曲线1。
图5-24-3 测量内阻和电流常数的实验电路
a)平衡位置为0d b)平衡位置为0 图5-24-2 各种阻尼下线圈的运动状态曲线
169
2．当外R 较小时，M 较大，线圈缓慢地趋向新的平衡位置，也不会越过平衡位置，外R 越小，M 越大，到达平衡位置的时间也越大，这种状态叫做过阻尼状态，见图5-24-2a 曲线3。
3．当外R 适当时，线圈能很快达到平衡位置而又不发生振动，这是前两种状态的中介状态，叫做临界状态，见图5-24-2a 曲线2，这时对应的外R 叫做外临界电阻（外临R ）。
当电流计线圈由新平衡位置0d 回到零时也有以上三种运动状态，如图5-24-2b 所示。
显然，电流计工作于临界状态最便于测量，在实际工作中，常采用以下办法使电流计工作在或接近工作在临界状态：
（1）选择适当的电流计，使它的外临R 接近于外R 。
（2）在电流计上串联或并联一个电阻，使它的外R 接近于外临R 。
三、测量电流计的电流常数及内阻
测量电路如图5-24-3所示，图中G 为灵敏电流计，电阻1R 和2R 组成固定分压器，1R 为Ω1的标准电阻，分压比1R /2R 可在0001.0～001.0之间根据需要选取。
2S 为换向开关，用来改变电流方向，以消除电流计零点未调好带来的误差。
S 为阻尼开关，当光标运动到零点时，按下此开关，可使光标尽快停止在零点。
由于电流计允许通过的电流很小，故实验中采用二级分压，且2R R <<1，使得加在R 和g R 上的电压0U 很小。
由图5-24-3知
2/I U R ≈
0()g g U I R R =+
1
g U I I R =+
由此得到
1
12
g g UR R R R I R ++=
将kd I g =代入上式，得
1121
()g UR R R R kR d
=
-+ （5-24-2） 式中，k 和g R 是待测量。
若选定U 、1R 、2R 而改变R 值，对应有光标的不同偏转量d 。
R 与d /1成线性关系，其斜率为12/()UR kR ，截距为)(1R R g +-，分别测出不同R 所对应的光标偏转d ，作~1/R d 曲线，即可求出直线的斜率和截距，从而求得K 和g R 。
若要精确求得与实验数据符合最佳的斜率和截距，可采用最小二乘法对实验数据进行一元线性回归。
由b ax y +=和式（5-24-2）可知，i y 与i R 一一对应，i x 与i d /1一一对应，且12/a UR kR =，)(1R R b g +-=， 从而得
1
2
UR k aR =
（5-24-3） )(1R b R g +-= （5-24-4）
170 若由实验测得n 组数据1(x ，)1y 、2(x ，)2y …n x (，)n y ，则用最小二乘法可求得a 与b 。
（见第二章第五节）
【实验内容】
一、测定电流计的电流常数和内阻
1．按图5-24-3连接线路，将电流计倍率档置“×01.0”档，调节光标零点。
2．先取100=R Ω，选取合适的分压比1R /2R 和电压U ，换向开关2S 掷向任一方，使电流计偏转至一定格数（例如mm 50），将2S 掷向另一方以改变电流方向，分别测出左d 、
右d ，填入表格5-24-1中。
3．保持分压比1R /2R 和电压U 不变，依次改变R 使之为200Ω、300Ω、 (9)
00Ω，分别测出相应的电流计偏转值数i d ，填入表格5-24-1中。
二、观察电流计的运动状态并测定外临界电阻
1．将电流计倍率档置“直接”位置，断开3S ，调节光标零点。
2．根据电流计铭牌上给出的外临界电阻值，把R 拨到外临R 4，调节滑线式变阻器，使电压U 由小到大，使电流计有40～mm 50的偏转（如偏转不够，可以减小2R 的数值，但注意，以后R 减少时，需增加2R 以保护电流计）。
断开2S ，观察光点回零时的运动方式，判断它属于哪一种运动状态。
3．分别取外临R R =、4/外临R R =等进行观察和判断，最后根据电流计各运动状态的特点设法测出外临R 的实际值。
【数据处理】
表5-24-1 测定电流计的电流常数和内阻数据表格
U ＝ V ， 1R ＝ Ω， 2R ＝ Ω
i i i 左i 右i 2．将测得的U 、1R 、2R 、i R 等数据，按照式（5-24-2），应用最小二乘法对其进行一元线性回归，由式（5-24-3）和（5-24-4）求出k 和g R 。
【思考题】
1．与安培表相比，灵敏电流计如何提高了灵敏程度？
2．如何选取 1R 、2R 、R 的值，使电流计工作在临界状态，并且光标偏转不超出量程（标尺刻度范围为0～mm 60）？
3．用灵敏电流计测量内阻很大的光电管电流时，电流计将工作在什么状态？怎样才能使它工作在临界状态？画出简单草图。