Microsoft Word - Instr04.doc

Politechnika

Bia ostocka

Wydzia Elektryczny

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii

Instrukcja do zaj laboratoryjnych z przedmiotu

METROLOGIA 1

Kod przedmiotu:

F02021

$wiczenie pt.

GALWANOMETR MAGNETOELEKTRYCZNY

Numer wiczenia

Autor

Dr in . % Ryszard Piotrowski

Bia ystok

2006

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

1. Wprowadzenie

煋

1.1. Ustrój magnetoelektryczny

alwanometr jest szczególn odmian ustroju magnetoelektrycznego,

dlatego na wst pie zostan omówione podstawowe w a ciwo ci tego

! '

ustroju pomiarowego. Zasadniczymi elementami konstrukcyjnymi

ustroju s , silny

magnes trwa y! oraz delikatna ceweczka stanowi ca jego

organ

ruchomy. Szkic ustroju przedstawiony jest na rysunku 1. W klasycznym ustroju

magnetoelektrycznym wraz z ceweczk obraca si

" wskazówka w postaci

delikatnej cienko ciennej rurki aluminiowej sp aszczonej na ko cu. W gal

(

wa-

nometrze wskazówka materialna zosta a zast piona

wskazówk wietln

& '

(rys.2).

1$%,(*811,.

&(:.$

5'=() *

52'.2:<

0$*1(6 75:$à<

Rys. 1. Szkic ustroju magnetoelektrycznego

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Boki cewki zanurzone s w szczelinie powietrznej utworzonej przez

nabiegunniki magnesu i rdze( 'rodkowy w kszta cie walca. Podkowiasty

element jest magnesem trwa ym, natomiast nabiegunniki i rdze

( '

rodkowy s

wykonane ze stali magnetycznie mi kkiej

, to znaczy takiej, która traci swoje

w a ciwo ci magnetyczne po ust pieniu zewn trznego pola magnesuj cego.

! '

Elementy takie maj za zadanie u atwienie przep ywu strumienia

magnetycznego w zamkni tym obwo

dzie magnetycznym. W szczelinie

powietrznej wyst puje

jednorodne pole magnetyczne, którego linie si s

! &

prostopad e do powierzchni walcowej rdzenia rodkowego. Sprawia to, e boki

cewki, w szerokim zakresie k ta obrotu znajduj si w polu o jednakowej

& "

indukcji. Je eli przez cewk p ynie pr d sta y na jej boki dzia aj

" !

! & si y

elektrodynamiczne F. Jest to tzw. para si!. Zwrot tych si , przedstawiony na

rysunku 1., wyznaczony zosta ! w oparciu o +

! ,

regu lewej d oni przy za o eniu,

! %

e pr d wp ywa do prawego (na szkicu wy szego) boku cewki, a wyp ywa z

lewego, przy czym mamy tu na my li

' umowny kierunek pr du

& .

Na pojedynczy zwój cewki dzia a suma momentów pary si ,

Dla z zwojów moment ten jest z razy wi kszy,

zFa

Jak wiadomo, si a elektrodynamiczna dzia aj ca na przewodnik z pr dem

! &

(pojedynczy zwój) wyra a si wzorem,

% "

gdzie:

B - indukcja w szczelinie powietrznej

I - nat enie pr du w przewodniku

b - d ugo przewodnika (patrz rys.

Podstawiaj&c ostatni wzór do wyra enia na moment M

, otrzymamy

ostatecznie równanie momentu nap dowego

ustroju magnetoelektrycznego,

(1)

Jedyn wielko ci zmienn w równaniu (1) jest nat enie pr du I, mo na

' &

wi c je zapisa nast puj co,

" &

(2)

gdzie:

Moment nap dowy jest wi c

" liniow funkcj nat enia pr du

& p yn cego przez

! &

cewk ."

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Istnienie samego momentu nap dowego

nie wystarcza do funkcjo-

nowania przyrz du pomiarowego. Gdyby istnia tylko ten m

oment, cewka

zachowywa aby si jak wirnik silnika, to znaczy obraca aby si

" ruchem ci g ym

& !

do napotkania najbli szego elementu oporowego

Konieczne wi c jest istnienie drugiego momentu,

momentu zwrotnego,

przeciwdzia aj cego momentowi nap dowemu

! &

Moment ten powinien dzia a w taki sposób

! #

, aby ka dej warto ci pr du

p yn cego przez cewk odpowiada a jedna i tylko jedna warto k ta obrotu

! &

'# &

Ten bardzo wa ny moment wytwarzaj w zwyk ym ustroju dwie p askie

spr yny w kszta cie spirali Archimedesa. W galwanome

trze moment zwrotny

wytwarzaj dwie spr yste nitki wykonane z br zu fosforowego lub

berylo-

wego, które stanowi jednocze nie zawieszenie cewki (rys.

2). Podczas obrotu

cewki ulegaj one skr ceniu, przeciwdzia aj c momentowi nap dowemu.

! &

W obydwu wypadkach moment zwrotny wyra a si tym samym zwi zkiem (3).

% "

]

(3)

gdzie:

- sta a zwracania

- k t obrotu cewki

Moment zwrotny jest wi c liniow funkcj k ta obrotu organu

& &

ruchomego (patrz rys. 4).

W stanie ustalonym, gdy przeciwnie skierowane momenty si : nap dowy i

zwrotny s sobie równe,

mo emy napisa ,

]

sk d

]

(4)

Zwi zek (4) nazywa si

" funkcj przetwarzania

ustroju magnetoele-

ktrycznego. Przedstawia ona zale no

% '# odpowiedzi ustroju (D) od wymuszenia

(I)

Wobec tego, e wszystkie wielko ci wyst puj ce w równaniu (4), z

" &

wyj tkiem nat enia pr du, maj warto ci sta e, mo na je zapisa nast puj co,

" &

]

(5)

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

gdzie:

]

1.2. Galwanometr magnetoelektryczny statyczny

Mianem galwanometru okre la si elektryczny miernik wskazówkowy

sk adaj cy si tylko z

ustroju , co oznacza, e jest on pozbawiony

uk adu

bloku funkcjonalnego charakterystycznego dla znakomitej wi kszo ci

mierników wskazówkowych. Mierzona wielko elektryczna jest tu bez

jakiegokolwiek przetworzenia doprowadzana bezpo rednio do ustroju. St d

galwanometry maj niewielkie zakresy pomiarowe napi cia i pr du. Wa nym

ich zastosowaniem, oprócz pomiaru niewielkich napi"#

i pr dów, jest rola

detektorów zera (wska ników równowagi) w uk adach pomiarowych takich jak

mostki i kompensatory napi cia sta ego. W tym wiczeniu galwanometr

rozpatrywany b dzie wy cznie jako

mikroamperomierz.

3520,() *

:,(7/1<

.$5Ï:(&=.$

/867(5(&=.2

0$7Ï:.$

'2352:$'=(1,(35/'8

1,7.$ 6350.<67$

Rys. 2. Zawieszenie nitkowe cewki i zasada wskazówki wietlnej

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Omawiany galwanometr nazywa si " statycznym, gdy pe ni on swoj

funkcj w statycznym (ustalonym) stanie pracy. Ni ej opiszemy jednak jego

prac tak e w stanie przej ciowym, gdy jest on charaktery

styczny dla

wszystkich mierników wskazówkowych, w galwanometrze za daje si

obserwowa i analizowa w sposób najbardziej wyrazisty.

Oprócz galwanometrów statycznych wyst puj tak e

" &

% galwanometry

balistyczne, wibracyjne, pe zne

! . W tych przyrz dach wykorzys

tuje si ich

wskazania w stanach przej ciowych pracy. Obecnie jednak s ju one

& %

rzadko

spotykane.

Ni ej przedstawimy wielko ci charakteryzuj ce galwanometr magneto

elektryczny statyczny, opisuj c jednocze nie jego charakterystyczne elementy

konstrukcyjne

Czu o pr dowa S

! '#

. Jest to pochodna odpowiedzi ustroju wzgl dem

wymuszenia. Wyznaczamy j , obliczaj c pochodn funkcji (5) wzgl dem

pr du I.

]

Bzab

(6)

Wysi ek konstruktorów od pocz tku zmierza w kierunku maksymalnego

zwi kszenia cz

u o ci pr dowej galwanometru. Przyjrzymy si najwa niejszym

! '

zabiegom konstrukcyjnym prowadz cym do zwi kszenia czu o ustroju

! '#

magnetoelektrycznego.

Z zale no ci (6) wynika, e zwi kszenie czu o ci mo liwe jest przez

% '

! '

wzrost indukcji B, zwi kszenie liczby

zwojów cewki z, a tak e jej wymiarów

b. Jednak zwi kszenie parametrów

z, a, b prowadzi do wzrostu ci aru

ceweczki, co poci ga za sob konieczno zawieszenia jej na grubszych

nitkach, a to powi ksza sta zwracania

]

, zmniejszaj c, zgodnie z zale no

% 'ci &

(6), czu o pr dow . W praktyce wykorzystuje si

! '# &

" wi c

" jedynie mo liwo

powi kszenia indukcji

B poprzez zmniejszenie szeroko ci szczeliny powietrznej

obwodu magnetycznego. Wymaga to zmniejszenia grubo ci boków ceweczki

zanurzonych w tej szczelinie. Ceweczk nawija si w tym celu

cienkim drutem

miedzianym na sztywnym korpusie i skleja lakierem. Korpus zostaje nast pnie

usuni ty po wyschni ciu lakieru

. Dzi ki temu

ceweczka jest lekka i ma cienkie

boki. Mo na j zawiesi (rys. 2) na delikatnych nitkach sp

r ystych ( rednicy

ok. 0,02 mm), wykonanych z br zu fosforowego lub berylowego o bardzo ma ej

sta ej zwracania k

]

, co zgodnie z zale no ci (6) sprzyja zwi kszeniu czu o ci

% ' &

! '

pr dowej.

Kolejnym wa nym zabiegiem zwi kszaj cym czu o galwanometru jest

! '#

zast pienie wskazówki materialnej

wskazówk wietln

& '

&. Zasada tej wskazówki

jest przedstawiona na rysunku 2.

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Promie wietlny przychodz cy od ród a (uk adu optycznego nie

( '

- !

pokazanego na szkicu), pada na miniaturowe lustereczko przymocowane

sztywno do cewki i wykonuj ce te same ruchy co ona. Promie odbity zmienia

(

swój kierunek w zale no ci od k ta obrotu cewki. Padaj c na szk o matowe,

% '

zaznacza si na nim

wietlistym prostok tem (plamk

wietln ).

& '

W rzeczywisto ci budowa tej wskazówki jest bardziej z o ona,

! %

promie (

wietlny, nim padnie na matówk , odbija si jeszcze od kilku innych lusterek,

co daje efekt równowa ny wyd u eniu wskazówki, zwi kszaj c tym jeszcze

! %

bardziej czu o przyrz du (niewielkiemu k towi obrotu ceweczki odpowiada

! '#

du e przemieszczenie pla

mki wietlnej na matówce). wicz cy b d mogli

" &

obejrze jej praktyczn realizacj , ogl daj c w trakcie wiczenia eksponat

& &

galwanometru.

U ywaj c galwanometru jako mikroamperomierza, u ytkownik korzysta

z zale no ci (7).

% '

(7)

gdzie:

I - nat enie mierzonego pr du [A]

- sta a pr dowa galwanometru [A/dz]

a - przemieszczenie wskazówki na tle p askiej podzia ki mierzone

w dzia kach (d ugo jednej dzia ki wynosi 1 mm)

Podzia ka galwanometru

ma charakter p askiej milimetrowej linii z

ze-

rem po rodku i

jest naniesiona na szkle matowym. Wobec faktu, e zerowa

kreska dzia owa umieszczona jest na rodku podzia ki, mniejsz uwag

przyk ada mo na do biegunowo ci napi cia przy czanego do zacisków

! #

wej ciowych tego przyrz du.

Jak wynika z zale no ci (7), do obliczenia pr du mierzonego przez

% '

galwanometr trzeba zna# nie tylko przemieszczenie wskazówki, ale tak e

sta pr dow C

!& &

, a ta mo e by zmieniana przez u ytkownika w pewnych

granicach.

Sta a pr dowa

jest to przyrost nat eni

"% a pr du p yn cego przez

! &

cewk , powoduj cy przemieszczenie wskazówki galwanometru o jedna dzia k

! "

(1 mm). Sta a pr dowa galwanometrów wyra a si zwykle bardzo ma liczb

u amkow rz du

& " 10

A/dz.

Sta a

! C

mo e by regulowana przez u ytkownika w pewnym z

akresie,

(podanym na p ycie czo owej przyrz du) za pomoc pokr t a oznaczonego C

" !

umieszczonego na jego tylnej ciance. Pokr t o to s u y do regulacji po o enia

" !

! %

bocznika magnetycznego.

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Pomiar pr du musi by wi c poprzedzony okre leniem warto ci sta e

! j

pr dowej, zw aszcza gdy nie wiadomo, w jakim po o eniu pozostawili bocznik

! %

poprzedni u ytkownicy.

Do wiadczalne wyznaczenie tej sta ej jest

przedmiotem niniejszego wiczenia.

Nasuwa si naturalne pytanie, w jakim celu pozostawia si

u ytkownikowi mo li

% wo regulowania sta ej pr dowej? Mo liwo ta

wykorzystywana jest do ograniczenia czu o ci galwanometru w przypadkach

! '

gdy po dane jest

przede wszystkim skrócenie czasu ustalania si wskaza

(

i skrócenie czasu trwania pomiarów. Wysoka czu o nie

! '#

sprzyja temu celowi.

Regulacji czu o ci

! ' dokonuje si przy pomocy pokr t a

" ! +C

,. Jest ono

przeznaczone do regulacji sta ej pr dowej

, a jednocze nie czu o ci

! ' S

jako e

oba te parametry galwanometru pozostaj wz

& gl dem siebie w cis ym zwi zku:

' !

Jak wynika z powy szej zale no ci, w celu

% '

zmniejszenia czu o ci pr dowej,

! '

nale y zwi kszy sta pr dow .

# !& &

Bocznik magnetyczny (rys. 3) jest kawa kiem stali magnetycznie

mi kkiej, który w zale no ci od swego po o enia wzgl dem szczeliny

% '

! %

powietrznej w ró nym stopniu bocznikuje strumie magnetyczny zmierzaj cy

(

od bieguna N do bieguna S poprzez obszar, w którym znajduje si cewka,

wp ywaj c tym na warto strumienia z ni skojarzonego (indukcji

magnetycznej B), a tym samym na warto si elektrodynamiczn

'# !

ych i momentu

nap dowego (patrz zale no (1)).

% '#

Poprzez regulacj indukcji B, u ytkownik wp ywa na warto momentu

t umi cego M

(wzór (8)) oraz rezystancji krytycznej R

galwanometru (wzór

(10)).

%2&=1,.

Rys.3. Zasada dzia ania

bocznika magnetycznego

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Moment t umi cy M

Rola momentu t umi cego polega na t umieniu oscylacji ceweczki wokó

nowego po o enia ustalonego,

! %

po zmianie nat enia pr du w niej p yn cego.

! &

Kiedy pr d cewki wzrasta od zera do pewnej warto ci, moment nap dowy

praktycznie bezzw ocznie osi ga warto M

, co pokazuje rysunek 4,

natomiast moment zwrotny ma warto zerow . W pierwszej chwili przewa a

wi c moment nap dowy, w rezultacie czego cewka zaczyna obraca si , za

# "

nitki spr yste zawieszenia ulegaj stopniowemu skr

ceniu, wytwarzaj c

narastaj cy liniowo moment zwrotny.

Rys. 4. Wspó praca momentu nap dowego (M

) i zwrotnego (M

) w ustroju

magnetoelektrycznym

Oba momenty staj si sobie równe, gdy cewka obróci si o k t

& "

& D

, jednak jej

ruch nie ustaje w tym miejscu. Mo na wykaza , e osi gnie ona k t obrotu 2

# %

(przy za o eniu braku jakichkolwiek strat energii). W cewce zostanie bowiem

! %

nagromadzona energia kinetyczna ruchu obrotowego, wi ksza od pracy

potrzebnej do skr cenia nitek spr ys

"% tych o k t & D

Moment nap dowy M

o warto ci M

(rys.4) wykonuje na drodze

k towej (0

- D

) prac ,"

proporcjonaln do pola powierzchni prostok ta (0,

, A, M

Praca momentu zwrotnego M

, liniowo zale nego od k ta obrotu

cewki,

wyniesie natomiast,

]

Sta a zwracania k

]

równa jest wspó czynnikowi nachylenia prostej momentu

zwrotnego i, jak wynika z rysunku 4, mo e by wyra ona jako tangens k ta

nachylenia tej prostej,

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

]

Podstawiaj c to wra enie do ostatniej zale no ci, dostaniemy ostatecznie,

% '

Jak wida , praca momentu nap dowego W

jest dwukrotnie wi ksza od

pracy W

momentu zwrotnego. Nadwy ka pracy momentu nap dowego,

proporcjonalna do pola trójk ta zak

reskowanego na rysunku 4, zostaje zu yta

na nadanie energii kinetycznej ruchu obrotowego ceweczki. Gdy ta ostatnia

, &

mija k t D

, energia kinetyczna zaczyna zamienia si na energi potencjaln

# "

spr ysto ci, skr caj c nitki zawieszenia cewki o k t 2

" &

& D

. Energia potencjalna

spr ysto ci jest proporcjonalna d

o pola powierzchni trójk ta (A,

B, C)

dok adnie równego polu trójk ta zakreskowanego. W punkcie 2

cewka

zatrzyma si , za przewa aj cy w tym miejscu moment zwrotny zapocz tkuje jej

" '

% &

ruch powrotny oraz towarzysz cy mu odwrotny proces zamiany energii

potencjalnej spr ysto ci na energi kinetyczn ruchu obrotowego. W idealnym

stanie rzeczy (brak strat energii) cewka mo e dotrze do po o enia wyj ciowego

! %

(D = 0) i ponownie rozpocz opisany ju ruch w kieru

nku przeciwnym.

Oznacza oby to niegasn ce oscylacje ceweczki o amplitudzie

_ D

wokó !

po o enia ustalonego

! %

W rzeczywisto ci, wyst puj ce podczas ruchu straty energii na tarcie

" &

(o powietrze i tarcie wewn trzne w nitkach spr ystych zawieszenia) powod

uj &

malenie amplitudy oscylacji, stopniowy zanik ruchu cewki i ustalenie si jej

po o enia

! %

odpowiadaj cego nowej warto ci pr du.

Gdyby istnia y tylko momenty tarciowe, ustalenie si wskaza

(

galwanometru trwa oby zbyt d ugo i nadmiernie wyd u a o pomiar

! % !

y. Mia oby to

miejsce tylko wtedy, gdy obwód elektryczny cewki pozostawa by otwarty i nie

istnia by moment t umi cy. Istotnie, z zale no ci (8) okre laj cej moment

% '

' &

t umi cy wynika, e dla rezystancji zewn trznej R

przy czonej do zacisków

galwanometru d&%&

(

cej do niesko czono ci (przypadek rozwarcia obwodu),

moment t umi cy M

staje si równy zeru.

(8)

- moment t umi cy

B - indukcja w szczelinie powietrznej

z - liczba zwojów cewki

a, b - wymiary cewki

- rezystancja wewn trzna g

alwanometru

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

- rezystancja zast pcza obwodu przy czonego do galwanometru

- pr dko k towa cewki

'# &

Z równania (8) wynika, e moment t umi cy zale y on szeregu wielko ci,

w tym m. in. od indukcji B, rezystancji ca kowitej obwodu

cewki (R

) i jej

pr dko ci k towej (d

/dt). Skupimy si g ównie na wymienionych

" !

wielko-

o ciach.

Jak wida u ytkownik ma mo liwo wp ywania na warto momentu M

# %

poprzez zmian rezystancji zast pczej obwodu

przy czonego do zacisków

galwanometru, a tak e poprzez zmian indukcji B przy pomocy bocznika

magnetycznego.

Maksymalny moment t umi cy uzyskuje si przy zwartych zaciskach

galwanometru (R

= 0). Producent wyposa a ten przyrz d w specjaln zwor ,

któr nale y zak ada po zako czonej pracy, zw

! #

(

!aszcza wtedy, gdy

galwanometr ma by przenoszony na inne miejsce.

Pozostawienie rozwartych zacisków przyrz du grozi powstaniem

silnych, s abo t umionych oscylacji ceweczki (po wp ywem przechy ów

i drga ), mog cych prowadzi do ukr cenia niezwykle delikat

(

nych nitek,

na których jest ona zawieszona.

Zale no momentu t umi cego od pr dko ci k towej jest zrozumia y.

% '#

Szybszy ruch ceweczki w polu magnetycznym magnesu trwa ego powoduje

indukowanie si w niej wi kszej si y elektromotorycznej i wzrost hamuj cego

oddzia ywania elektrodynamicznego wynikaj cego z regu y Lenza.

Wp yw momentu t umi cego na charakter ruchu cewki galwanometru

w stanie przej ciowym ilustruj przebiegi na rysunku 4.

Najkorzystniejszy, z punktu widzenia czasu trwania pomiarów, jest ruch

aperiodyczny krytyczny, to znaczy najszybszy z ruchów nieokresowych.

Wskazówka bowiem dociera wtedy do po o enia ustalonego najszybciej, bez

! %

zb dnych oscylacji.

Ruch aperiodyczny krytyczny mo na te okre li jako ruch graniczny

' #

mi dzy

rodzin ruchów okres

owych (oscylacyjnych) i rodzin ruchów

nieokresowych (aperiodycznych).

Rezystancja zewn trzna krytyczna R

]NU

Jest to taka warto rezystancji zast pczej obwodu zewn trznego

przy czonego do zacisków galwanometru, przy której (za spraw momentu

t umi ce

& go) organ ruchomy pod a do nowego po o enia ustalonego

! %

ruchem

aperiodycznym krytycznym.

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

rodzina ruchów aperiodycznych

ruch aperiodyczny krytyczny

ruch oscylacyjny t!umiony

- po o enie ustalone

! %

Rys. 4. Rodzaje ruchów cewki galwanometru w stanie przej ciowym

w zale no ci od momentu

% '

t umi cego M

Rezystancja zewn trzna krytyczna

dana jest wzorem (9).

]

]NU

Bzab

(9)

gdzie:

B - indukcja w szczelinie powietrznej

z - liczba zwojów cewki

a, b - wymiary cewki (patrz rys.2)

J - moment bezw adno ci cewki

]

- sta a zwracania n

itek spr ystych

- rezystancja wewn trzna galwanometru

Rezystancja krytyczna R

Producent podaje dla galwanometru warto

'# rezystancji krytycznej R

. Jest to

suma rezystancji wewn trznej galwanometru R

i rezystancji zewn trznej

krytycznej R

]NU

Rezystancja krytyczna dana jest wzorem (10).

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

]

Bzab

(10)

w którym znaczenie symboli jest takie same jak w równaniu (9).

2. Ogl dziny galwanometru

Nale y przyjrze si badanemu podczas wiczenia galwanometrow

# "

zanotowa # w Tablicy 1 jego parametry i dokona wskazanych ni ej oblicze .

(

1. Wska zaciski wej ciowe galwanometru

2. Wska gniazdo zasilania aróweczki galwanometru

3. Wska pokr t o do zerowania galwanometru

" !

4. Wska pokr t o do regulacji sta ej pr dowej galwano

" !

metru

5. Zanotuj w Tablicy 1 parametry galwanometru podane na podzia ce:

Rezystancj wewn trzn R

Rezystancj krytyczn R

(przedzia liczbowy)

Sta pr dow C

!& &

(przedzia liczbowy)

We mniejsz z dwóch skrajnych warto ci sta ej pr dowej C

podanej na

podzia ce badanego galwanometru i oblicz wed ug

! wzoru (11) warto pr du,

'# &

jaki spowoduje przemieszczenie wskazówki galwanometru o 70 dzia ek. B dzie

to najwi ksza dopuszczalna warto pr du I

, jak mo e mierzy

galwanometr, w przypadku, gdy ustawiona jest najwi ksza czu o tego

! '#

przyrz du.

* 0$;

= 70 C

(11)

Znaj c warto

'# pr du I

*0$;

oraz warto rezystancji wewn trznej galwa

nometru R

, oblicz wed ug wzoru (12) maksymalne napi cie U

PD[

, jakie mo na

przyk ada do zacisków wej ciowych galwanometru.

! #

0$;

= R

* 0$;

(12)

Wyniki oblicze wpisz do Tablicy 1.

(

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Tablica 1

A/dz

* 0$;

3. Przebieg pomiarów

Wyznaczanie sta ej pr dowej galwanometru

Zasadniczym pomiarem dokonywanym przez studentów w tym wiczeniu

jest do wiadczalne wyznaczanie sta ej pr dow

ej C

galwanometru

Schemat uk adu pomiarowego, w którym wyznaczana

jest sta a

! pr dowa

przedstawiony jest na rysunku 5.

Rys 5. Schemat uk adu pomiarowego

G - badany galwanometr

ZS - zasilacz stabilizowany

V - woltomierz magnetoelektryczny typu LM-3

(nastawi zakres 15 V)

mA - miliamperomierz magnetoelektryczny typu LM-3

(nastawi zakres 15 mA)

= 0,1 : rezystor wzorcowy czterozaciskowy

- rezystor pi ciodekadowy (nastawi 1000

)

- rezystor sze ciodekadowy (

nastawi wst pnie 99 999

)

W - wy cznik jednobiegunowy

Z - specjalny zwieracz galwanometru

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Kolejno czynno ci

1. Przed pomiarem nale y przy czy napi cie do aróweczki galwanometru za

!& #

po rednictwem specjalnego transformat

orka zewn trznego

obni aj cego

% &

napi cie sieciowe do 6 V.

(niektóre galwanometry maj wbudowany ten

transformatorek do rodka). W rezultacie na matówce galwanometru

powinien pojawi si wiec cy prostok cik

# " '

& z nitk na rodku

. Jest to

wskazówka wietlna galw

anometru.

2. Przy otwartym zwieraczu Z nale y wyzerowa galwanometr przy pomocy

specjalnego pokr t a. Je eli wyst pi trudno ci z ustabilizowaniem

" !

& &

wskazówki (najcz ciej oscyluje ona wokó pewnego po o enia),

! %

galwanometr uznajemy za wyzerowany, gdy lewa amplituda oscylacji

wskazówki wokó po o enia zerowego jest równa prawej.

! ! %

Po wyzerowaniu,

nie mo na zmienia po o enia galwanometru na stole.

# ! %

3. Przy otwartym wy czniku W nale y w czy napi cie zasilaj ce zasilacza

!& #

ZS i przy pomocy odpowiedniego regulatora nastawi napi cie U

= 10 V.

4. Zamkn wy cznik

W. Miliamperomierz powinien wskaza pr d bliski

10 mA. Przy pomocy rezystora R

nastawi dok adn warto pr du I

'# &

= 10

5. Reguluj c rezystancj R

, nale y ustawia warto ci wskaza

( a galwanome-

tru podane w Tablicy 2, notuj c warto ci rezystancji R

oraz pr du I

(ten

ostatni praktycznie pozostanie na poziomie 10 mA).

Uwaga: Je eli w jakiejkolwiek fazie pomiarów plamka wietlna zniknie z

pola widzenia, nale y bezzw ocznie otworzy wy cznik W i zamkn zwi

eracz

Z, a nast pnie sprawdzi uk ad po cze .

# !

!& (

Tablica 2

A/dz

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Obliczenia

Obliczy pr d galwanometru I

# &

wed ug wzoru (13)

(13)

Oblicz sta pr dow C

!& &

wed ug wzoru (14)

(14)

Warto ci C

obliczone dla poszczególnych przemieszcze wskazówki

(

powinny by bardzo bliskie sobie. W wypadku znacznych ró nic nale y

powtórzy pomiary i obliczenia.

4. Pytania i zadania kontrolne

1. Wymie najwa niejsze element

(

y konstrukcyjne ustroju magnetoelektrycz-

nego

2. Napisz zale no ci okre laj ce moment nap dowy ustroju i moment zwrotny

% '

' &

3. Które elementy obwodu magnetycznego wykonane s ze stali magnetycznie

mi kkiej i jak rol one pe ni ?

& "

! &

4. Opisz budow i zasad dzia ania bo

cznika magnetycznego

5. Jakie parametry galwanometru reguluje si przy pomocy bocznika

magnetycznego?

6. Jak rol w ustroju pomiarowym pe ni moment zwrotny?

& "

7. Jak wytwarzany jest moment zwrotny w klasycznym mierniku, a jak w gal-

wanometrze?

8. Co nazywamy funkcj & przetwarzania ustroju magnetoelektrycznego?

9. Podaj okre lenie czu o ci pr dowej S

! '

galwanometru

10. Podaj okre lenie sta ej pr dowej C

galwanometru

11. Podaj zwi zek mi dzy parametrami S

i C

12. Dlaczego sta a pr dowa C

(patrz podzia ka galwanometru) podana

jest

w postaci przedzia u liczbowego?

13. Podaj okre lenie rezystancji zewn trznej krytycznej galwanometru R

]NU

14. Podaj okre lenie rezystancji krytycznej galwanometru R

15. Dlaczego rezystancja ta (patrz podzia ka galwanometru) podana jest w po

staci przedzia u

! liczbowego?

16. Jaki ruch nazywamy ruchem aperiodycznym krytycznym galwanometru?

17. Opisz mechanizm powstawania momentu t umi cego w galwanometrze

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

18. Dlaczego nale y zwiera zaciski wej ciowe galwanometru

podczas jego

transportu?

19. Jakiego rodzaju uszkodzenie mo e

% mie miejsce przy transporcie

galwanometru bez zwartych zacisków wej ciowych?

5. Literatura

1. Lebson S. Podstawy miernictwa elektrycznego WNT, Warszawa 1972

2. Chwaleba A. i inni Metrologia elektryczna WNT, Warszawa 2003

$wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Wymagania BHP

Warunkiem przyst pienia do praktycznej realizacji wiczenia jest

zapoznanie si z instrukcj BHP i instrukcj przeciw po arow

& oraz

przestrzeganie zasad w nich zawartych. Wybrane urz dzenia dost pne na

stanowisku laboratoryjnym mog posiada instrukcje stanowiskowe. Prz

rozpocz ciem pracy nale y zapozna si z instrukcjami stanowiskowymi

# "

wskazanymi przez prowadz cego.

W trakcie zaj laboratoryjnych nale y przestrzega nast puj cych zasad.

" &

Sprawdzi , czy urz dzenia dost pne na stanowisku laboratoryjnym s w

stanie kompletnym, nie wskazuj cym na fizyczne uszkodzenie.

Sprawdzi prawid owo po cze urz dze .

'# !& (

& (

Za czenie napi cia do uk adu pomiarowego mo e si odbywa po

wyra eniu zgody przez prowadz cego.

Przyrz dy pomiarowe nale y ustawi w sposób zapewniaj cy sta

obserwacj , bez konieczno ci nachylania si nad innymi elementami

uk adu znajduj cymi si pod napi ciem.

Zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek prze cze oraz wymiana

!& (

elementów sk adowych stanowiska pod napi ciem.

Zmiana konfiguracji stanowiska i po cze

!& (

% "

w badanym uk adzie mo e si

odbywa wy cznie w porozumieniu z prowadz cym zaj cia.

W przypadku zaniku napi cia zasilaj cego nale y niezw ocznie wy czy

!& #

wszystkie urz dzenia.

Stwierdzone wszelkie braki w wyposa eniu stanowiska oraz

nieprawid owo ci w f

unkcjonowaniu sprz tu nale y przekazywa

prowadz cemu zaj cia.

Zabrania si samodzielnego w czania, manipulowania i korzystania z

urz dze nie nale cych do danego wiczenia.

& (

W przypadku wyst pienia pora enia pr dem elektrycznym nale y

niezw ocznie wy cz

!& y zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomoc

wy cznika bezpiecze stwa, dost pnego na ka dej tablicy rozdzielczej w

(

laboratorium. Przed od czeniem napi cia nie dotyka pora onego.