Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Вибрационный гальванометр
Прибор для измерения малых значений силы переменного тока

Анимация

Описание

Вибрационные гальванометры применяют для обнаружения малых значений силы переменного тока или напряжений. Вибрационные гальванометры по принципу действия идентичны гальванометрам постоянного тока и отличаются от них только тем, что имеют очень малый момент инерции подвижной части. Устройство вибрационного гальванометра с подвижным магнитом показано на рис. 1. Подвижная пластинка 3 из магнитомягкой стали помещается между полюсами постоянного магнита 1 в поле электромагнита 2 (между полюсами n и m). Пластинка 3 укрепляется вместе с маленьким зеркальцем на бронзовой ленточке 4. Измеряемый переменный ток, проходя по обмотке 5 электромагнита 2, создаёт переменное магнитное поле, накладывающееся на постоянное поле постоянного магнита 1. Результирующее магнитное поле меняет своё направление с частотой переменного тока и вызывает колебания пластинки 3; при этом чёткое изображение на шкале 7 световой щели 6 размывается в световую полоску. Ширина полоски пропорциональна силе переменного тока в обмотке электромагнита 2. Чувствительность вибрационного гальванометра получается максимальной, когда частота собственных колебаний подвижной части гальванометра равна частоте переменного тока, поэтому все вибрационные гальванометры имеют приспособления для изменения частоты собственных колебаний в целях настройки подвижной части в резонанс с исследуемым переменным током. Вибрационные гальванометр изготовляются для работы при частотах не свыше 5 кГц.
Вибрационный гальванометр
1 — постоянный магнит; 2 — электромагнит; 3 — подвижная пластинка; 4 — бронзовая ленточка; 5 — обмотка для измеряемого тока; 6 — щель оптической системы; 7 — шкала

Рисунок 1

 

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Используемые естественнонаучные эффекты

Возникновение поперечного электрического поля в проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле (Холла эффект)
Смещение электронных оболочек относительно атомных ядер под действием внешенго электрического поля (Поляризуемость электронная)
Диполь магнитный. Диполь электрический (Диполь)
Закон Ома для участка цепи (Закон Ома для участка цепи)
Создание магнитного поля проводником с электрическими токами (Закон Био-Савара-Лапласа)
Индуктивность соленоида (Индуктивность соленоида)
Самоиндукция (Самоиндукция)
Изменение формы и размеров тела при его намагничивании (Магнитострикция)
Возникновение механического момента относительно некоторой оси при намагничивании тела вдоль нее (Эйнштейна - Де Хааза эффект)

 

Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов

7Магнитное поле
1Полупроводники
5Электрическое поле
2Твердые тела
2Электрическая поляризация вещества
3Магнитная поляризация вещества
2Электрические токи в вакууме, газах и плазме
1Электрический ток в жидкостях
4Электрический ток в твердых телах
2Электромагнитные колебания и волны
2Переменные электрические поле и ток
1Механические свойства твердых тел
1Атомная физика, излучение и поглощение энергии атомами и молекулами
1Квантовая механика
1Динамика

 

Применение эффекта

Высокая чувствительность, точность и малое потребление мощности выгодно отличают магнитоэлектрические приборы от других электромеханических приборов. Ввиду этого понятно стремление использовать магнитоэлектрические приборы для измерений на переменном токе. Частично эта задача решена путем преобразования переменного тока в постоянный с последующим его измерением магнитоэлектрическим прибором.
Вибрационный гальванометр относится к классу магнитоэлектрических приборов. Вибрационный гальванометр служит для измерения малых переменных токов и напряжений при низких частотах магнитоэлектрическими электромеханическими приборами без преобразователей переменного тока в постоянный. Примером является использование прибора прежде всего в качестве нуль-индикатора в цепях переменного тока в диапазоне частот от нескольких десятков до нескольких сотен герц. Наибольшее применение имеют магнитоэлектрические вибрационные гальванометры с подвижным магнитом.
Вибрационные гальванометры строятся на базе магнитоэлектрического измерительного механизма с малоинерционной подвижной частью (обычно подвижным является магнит), значительным противодействующим моментом. Хорошая чувствительность обеспечивается работой устройства в режиме резонанса (при этом ω обычно составляет 50 Гц).
В настоящее время вибрационные гальванометры постепенно вытесняются более чувствительными и удобными в пользовании электронными индикаторами, особенно при индикации высокочастотных токов и напряжений.

 

 

Реализации эффекта

Первые гальванометры постоянного тока были созданы в 20-х годах 19 в. и по принципу действия являлись приборами магнитоэлектрической системы. Они состояли из магнитной стрелки, подвешенной на тонкой нити и помещенной внутри катушки из проволоки. При отсутствии тока в катушке стрелка устанавливается по магнитному меридиану данного места. Появление тока вызывает отклонение стрелки от первоначального положения. В 19 в. было создано много конструктивных разновидностей Гальванометр с подвижной магнитной стрелкой и они широко применялись при научных исследованиях электромагнитных явлений. Так, например, в 1886 Гальванометр Кольрауш, пользуясь таким Гальванометр, определил с высокой точностью электрохимический эквивалент серебра.
В 1881 французский учёный Ж. А. д'Арсонваль создал Гальванометр с подвижной катушкой, в котором подвижным элементом служил проводник с током, помещенный в поле постоянного магнита. В зависимости от конструкции подвижной части такие Гальванометр подразделяют на Гальванометр рамочные (подвижная часть — рамка с несколькими витками проволоки), петлевые (подвижная часть — петля из одного витка проволоки) и струнные (подвижная часть — провод, натянутый как струна). В качестве примера на рис. 1 показано устройство рамочного Гальванометр В поле постоянного магнита 1 расположена рамка 2, на оси которой укреплена стрелка-указатель 3. Протекающий по виткам рамки ток взаимодействует с полем постоянного магнита и создаёт вращающий момент, вызывающий поворот подвижной части и соответственно перемещение стрелки относительно шкалы.
Рамочный гальванометр: 1 — постоянный магнит; 2 — рамка; 3 — стрелка-указатель; 4 — выводы рамки; 5 — шкала.
Рис.1

 

Устройство измерительного механизма вибрационного гальванометра схематически показано на рис. 1. Здесь подвижный магнит 2 расположен между полюсами электромагнита 8, обмотка 7 которого включена в цепь измеряемого переменною тока. Подвижный магнит укреплен на растяжках. Перпендикулярно полюсам электромагнита расположены еще два полюса 4 и 6, между выступающими частями которых помещен поворотный постоянный магнит 5. Поворотом этого магнита можно изменить значение магнитного потока между полюсами 4 и 6. Таким образом, в рассматриваемом приборе противодействующий момент создается растяжками и постоянным магнитом 6. При отсутствии тока в обмотке 7 подвижный магнит 2 устанавливается вдоль линий поля в зазоре. При наличии переменного тока в обмотке катушки подвижный магнит 2 стремится установиться вдоль результирующей двух полей - постоянного и переменного - и начинает колебаться. Вместе с магнитом 2 будет колебаться и зеркальце 9, закрепленное на растяжке и используемое для оптического указателя. Зеркальце освещается лампочкой, помещаемой внутрь прибора, а отражение от него в виде световой полоски попадает на прозрачную шкалу (рис.2). При колебании подвижной части гальванометра световая полоса на шкале будет совершать поступательно-возвратное движение и благодаря способности наблюдателя сохранять некоторое время зрительное впечатление воспринятая глазом полоса будет казаться наблюдателю расширенной. Меняя посредством выведенной наружу ручки положение магнита 5 (рис.1), можно настраивать вибрационный гальванометр на резонанс между частотой собственных колебаний подвижной части, зависящей от значения противодействукядего момента, и частотой переменного тока в обмотке катушки. При резонансе ширина наблюдаемой полосы будет наибольшей. Обычно вибрационные гальванометры строят на частоты примерно 30-100 Гц.
Устройство измерительного механизма вибрационного гальванометра с подвижным магнитом
Рис.1
Шкала вибрационного гальванометра
Рис.2

 

Литература

1. Большая Советская энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол.: Н.К.Байбаков, В.Х. Василенко, Л.М. Володарский, В.В. Вольский и др.– М.: Советская энциклопедия.

2. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. - М.: Высшая школа. 1983.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина