Гальванометры.

Гальванометром называют прибор с неградуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность к току или напряжению. Гальванометры широко применяют в качестве нуль-индикаторов, а также для измерения малых токов, напряжений и количества электричества. В последнем случае гальванометр называют баллистическим.

Высокая чувствительность гальванометров достигается, главным образом, путем уменьшения противодействующего момента и использования светового указателя с большой длиной светового луча.

Чувствительность гальванометров выражают отношением перемещения указателя к току (напряжению), вызвавшему это перемещение.

Гальванометры бывают переносные и стационарные. Переносные гальванометры имеют встроенную шкалу. У стационарных гальванометров шкалу устанавливают на некотором расстоянии от прибора. Чувствительность стационарного гальванометра зависит от расстояния между зеркальцем гальванометра и шкалой. Принято выражать чувствительность и постоянную стационарного гальванометра для расстояния, равного например, Для переносных гальванометров

Рис. 5-12. Схема омметра с логометрическим измерительным механизмом

Рис. 5-13. Устройство гальванометра на подвесе

указывают постоянную гальванометра или цену деления, например, 1 деление Стандарт на гальванометры допускает отклонение постоянной (или цены деления) от указанной на ±10%.

В переносных магнитоэлектрических гальванометрах подвижная часть подвешивается на растяжках, а в стационарных — на подвесе (рис. 5-13). В последнем случае подвод тока к обмотке катушки 1 осуществляется посредством подвеса 2 и металлической ленты практически не создающей момента. На подвижной катушке укреплено зеркальце 3 для оптического отсчета.

Важной характеристикой гальванометра является постоянство нулезого положения указателя. Постоянство характеризуется невозвращением указателя к нулевой отметке при плавном возвращении указателя от крайней отметки шкалы. По этой характеристике гальванометрам присваивают разряд постоянства. Условное обозначение разряда постоянства гальванометра состоит из числа, заключенного в ромб.

Обычно гальванометр имеет корректор для установки нулевого положения указателя.

Гальванометры с подвижной частью на подвесе снабжают арретиром для фиксации подвижной части, например, при переноске прибора.

Ввиду высокой чувствительности гальванометров к различным воздействиям необходимо защищать их от помех. Так, от механических сотрясений гальванометры защищают, устанавливая их на капитальную стену. Для защиты от токов утечки гальванометры снабжают экраном, который заземляют.

Стационарные гальванометры обычно снабжают магнитным шунтом. Регулируя положение шунта, можно менять чувствительность гальванометра и внешнее критическое сопротивление.

Внешним критическим сопротивлением гальванометра называют наибольшее сопротивление внешней цепи, на которое замкнута катушка гальванометра и при котором подвижная часть гальванометра во время переходного процесса движется апериодически, но наиболее ускоренно.

Для анализа переходного процесса в гальванометре, динамические свойства которого соответствуют звену второго порядка, воспользуемся моделью входного сигнала в виде скачка тока Тогда из выражения (4-54) имеем, что отношение угла поворота подвижной части к току, вызвавшему это отклонение, а равно переходной функции т. е.

Разделив обе части этого выражения на номинальный коэффициент преобразования (см. § 4-6), равный в этом случае чувствительности гальванометра к току получим выражение для выходной реакции в зависимости от степени успокоения где — установившийся угол отклонения подвижной части гальванометра.

Решение уравнения (5-17) зависит от

При

где — частота собственных колебаний подвижной части при отсутствии успокоения. Движение подвижной части в этом случае носит колебательный характер (кривая 1 на рис. 5-14). Период колебаний подвижной части

Если то колебания подвижной части будут незатухающими (собственными). Период собственных колебаний

При

Движение подвижной части при носит апериодический характер (кривая 3 на рис. 5-14). Подвижная часть гальванометра приближается к установившемуся отклонению, не переходя его.

Рис. 5-14. Характер движения подвижной части гальванометра

При

В этом случае подвижная часть двигается апериодически, но наиболее ускоренно. Этот граничный случай апериодического движения принято называть движением при критическом успокоении (кривая 2 на рис. 5-14).

Коэффициент успокоения, отвечающий критическому успокоению гальванометра, называют коэффициентом критического успокоения

Коэффициент успокоения гальванометра где — коэффициент успокоения, обусловленный трением подвижной части о воздух; — коэффициент магнитоиндукционного успокоения, которое создается в результате взаимодействия тока, наводимого в цепи катушки при ее перемещении, и поля постоянного магнита. Коэффициент в гальванометре постоянен. Коэффициент зависит от сопротивления внешней цепи, что можно показать следующим образом.

При повороте катушки от начального положения поток Ф, пронизывающий ее, изменяется и в обмотке катушки возникает ЭДС

поскольку поток, сцепляющийся с катушкой Если катушка замкнута на внешнее сопротивление то ЭДС Е создает в цепи ток

где — сопротивление обмотки катушки.

В результате взаимодействия этого тока и потока постоянного магнита возникает момент успокоения

Таким образом, коэффициент успокоения

Коэффициент критического успокоения гальванометра, при котором степень успокоения

где — внешнее критическое сопротивление гальванометра; — полное критическое сопротивление гальванометра.

Наиболее благоприятный режим движения подвижной части гальванометра при Этот режим получается при равенстве внешнего критического сопротивления и сопротивления цепи, на которую замкнут гальванометр. Как видно из выражения (5-18), регулируя индукцию В при можно регулировать делая его равным сопротивлению внешней цепи. Изменение индукции, а следовательно и изменение внешнего критического сопротивления, производят с помощью магнитного шунта.

Так как установившееся отклонение подвижной части теоретически достигается через бесконечно большой промежуток времени, то на практике принято считать отклонение установившимся, когда подвижная часть достигает этого отклонения с некоторой погрешностью. Обычно эту погрешность принимают равной от максимального отклонения.

Промышленность выпускает гальванометры, различающиеся чувствительностью, внешним критическим сопротивлением и другими параметрами. Наибольшей чувствительностью обладает стационарный гальванометр типа наибольшая чувствительность по напряжению у гальванометра типа у переносного гальванометра типа цена деления по току равна , а разряд постоянства нулевого положения указателя 1,0.