Galwanometr magnetoelektryczny statyczny

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

___________________________________________________________

Laboratorium Miernictwa Elektrycznego

Galwanometr magnetoelektryczny statyczny

wiczenie nr 4

Białystok 1998

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

1. Wprowadzenie

1.1. Ustrój magnetoelektryczny

alwanometr jest szczególn

odmian

ustroju magnetoelektrycznego,

dlatego na wst

pie zostan

omówione podstawowe wła

ciwo

ci tego

ustroju pomiarowego. Zasadniczymi elementami konstrukcyjnymi

ustroju s

, silny magnes trwały 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 spłaszczonej na ko

cu. W gal

galwanometrze wskazówka materialna została zast

piona wskazówk

wietln

(rys.2).

NABIEGUNNIK

CEWKA

RDZE

RODKOWY

MAGNES TRWAŁY

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 kształcie walca. Podkowiasty

element jest magnesem trwałym, natomiast nabiegunniki i rdze

rodkowy s

wykonane ze stali magnetycznie mi

kkiej, to znaczy takiej, która traci swoje

wła

ciwo

ci magnetyczne po ust

pieniu zewn

trznego pola magnesuj

cego.

Elementy takie maj

za zadanie ułatwienie przepływu strumienia magnetycznego

w zamkni

tym obwodzie magnetycznym. W szczelinie powietrznej wyst

puje

jednorodne pole magnetyczne, którego linie sił s

prostopadłe do powierzchni

walcowej rdzenia

rodkowego. Sprawia to,

e boki cewki, w szerokim zakresie

ta obrotu znajduj

w polu o jednakowej indukcji. Je

eli przez cewk

płynie

d stały na jej boki działaj

siły elektrodynamiczne F. Zwrot tych sił,

przedstawiony na rysunku 1, wyznaczony w oparciu o „reguł

lewej dłoni” przy

zało

eniu,

e pr

d wpływa do prawego (na szkicu wy

szego) boku cewki, a

wypływa z lewego, przy czym mamy tu na my

li umowny kierunek pr

du.

Na pojedynczy zwój cewki działa suma momentów pary sił,

Dla

zwojów moment ten jest

razy wi

kszy,

zFa

Jak wiadomo, siła elektrodynamiczna działaj

ca na przewodnik z pr

dem

(pojedynczy zwój) wyra

a si

wzorem,

BIb

gdzie:

B - indukcja w szczelinie powietrznej
I - nat

ę ż

enie pr

du w przewodniku

b - długo

ś ć

przewodnika (patrz rys.2)

Podstawiaj

c ostatni wzór do wyra

enia na moment M

, otrzymamy

ostatecznie równanie

momentu nap

dowego

ustroju magnetoelektrycznego,

BIzab

(1)

Jedyn

wielko

zmienn

w równaniu (1) jest nat

ę ż

enie pr

du I, mo

c je zapisa

nast

puj

co,

BIzab

c I

(2)

gdzie:

Bzab

Moment nap

dowy jest wi

c liniow

funkcj

nat

ę ż

enia pr

du płyn

cego przez

cewk

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Istnienie samego momentu nap

dowego nie wystarcza do funkcjonowania

przyrz

du pomiarowego. Gdyby istniał tylko ten moment, cewka zachowywałaby

jak wirnik silnika, to znaczy obracałaby si

ruchem ci

głym. do ko

ca swego

zakresu ruchu.

Konieczne wi

c jest istnienie drugiego momentu, momentu zwrotnego,

przeciwdziałaj

cego momentowi nap

dowemu w taki sposób, aby ka

dej

warto

ci pr

du płyn

cego przez cewk

odpowiadała jedna i tylko jedna warto

ś ć

ta obrotu. Ten bardzo wa

ny moment wytwarzaj

w zwykłym ustroju dwie

płaskie spr

ę ż

yny w kształcie spirali Archimedesa. W galwanometrze moment

zwrotny wytwarzaj

dwie spr

ę ż

yste nitki wykonane z br

zu fosforowego lub

berylowego, które stanowi

jednocze

nie zawieszenie cewki (rys. 2). Podczas

obrotu cewki ulegaj

one skr

ceniu, przeciwdziałaj

c momentowi nap

dowemu.

W obydwu wypadkach moment zwrotny wyra

a si

tym samym zwi

zkiem (3).

(3)

gdzie:

- stała zwracania

- k

t obrotu cewki

Moment zwrotny jest wi

c liniow

funkcj

ta obrotu organu ruchomego

(patrz rys. 4).

W stanie ustalonym, gdy przeciwnie skierowane momenty sił: nap

dowy i

zwrotny s

sobie równe, mo

emy napisa

BIzab

Bzab

(4)

Zwi

zek

(4)

nazywa

funkcj

przetwarzania

ustroju

magnetoelektrycznego. Przedstawia ona zale

ś ć

odpowiedzi ustroju (

) od

wymuszenia (I)

Wobec tego,

e wszystkie wielko

ci wyst

puj

ce w równaniu (4), z

wyj

tkiem nat

ę ż

enia pr

du, maj

warto

ci stałe, mo

na je zapisa

nast

puj

co,

Bzab

(5)

gdzie:

Bzab

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

1.2. Galwanometr magnetoelektryczny statyczny

Mianem galwanometru okre

la si

elektryczny miernik wskazówkowy

składaj

cy si

tylko z ustroju , co oznacza,

e jest on pozbawiony układu, bloku

funkcjonalnego charakterystycznego dla znakomitej wi

kszo

ci mierników

wskazówkowych. Mierzona wielko

ść

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

ę ć

i pr

dów, jest rola detektorów zera

(wska

ników równowagi) w układach pomiarowych takich jak mostki i

kompensatory napi

cia stałego. W tym

wiczeniu galwanometr rozpatrywany

dzie wył

cznie jako mikroamperomierz.

PROMIE

WIETLNY

ARÓWECZKA

LUSTERECZKO

MATÓWKA

DOPROWADZENIEPR

NITKA SPR

Ę Ż

YSTA

Rys. 2. Zawieszenie nitkowe cewki i zasada wskazówki

wietlnej

Omawiany galwanometr nazywa si

statycznym, gdy

pełni on swoj

funkcj

w statycznym (ustalonym) stanie pracy. Ni

ej opiszemy jednak jego

prac

tak

e w stanie przej

ciowym, gdy

jest on charakterystyczny dla

wszystkich mierników wskazówkowych, w galwanometrze za

daje si

obserwowa

i analizowa

w sposób najbardziej wyrazisty.

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Oprócz galwanometrów statycznych wyst

puj

tak

e galwanometry

balistyczne, wibracyjne, pełzne. W tych przyrz

dach wykorzystuje si

ich

wskazania w stanach przej

ciowych pracy. Obecnie jednak s

one w zaniku.

ej przedstawimy wielko

ci charakteryzuj

ce galwanometr magneto-

elektryczny statyczny, opisuj

c jednocze

nie jego charakterystyczne elementy

konstrukcyjne

Czuło

ść

dowa S

. Jest to pochodna odpowiedzi ustroju wzgl

dem

wymuszenia. Wyznaczamy j

, obliczaj

c pochodn

funkcji (5) wzgl

dem pr

du I.

Bzab

(6)

Wysiłek konstruktorów od pocz

tku zmierzał w kierunku maksymalnego

zwi

kszenia czuło

ci pr

dowej galwanometru. Przyjrzymy si

najwa

niejszym

zabiegom konstrukcyjnym prowadz

cym do zwi

kszenia czuło

ś ć

ustroju

magnetoelektrycznego.

Z zale

ci (6) wynika,

e zwi

kszenie czuło

ci mo

liwe jest przez

wzrost indukcji B, zwi

kszenie liczby zwojów cewki z, a tak

e jej wymiarów a,

b. Jednak zwi

kszenie parametrów z, a, b prowadzi do wzrostu ci

ęż

aru

ceweczki, co poci

ga za sob

konieczno

ś ć

zawieszenia jej na grubszych nitkach,

a to powi

ksza stał

zwracania k

, zmniejszaj

c, zgodnie z zale

(6),

czuło

ś ć

dow

. W praktyce wykorzystuje si

jedynie mo

liwo

ś ć

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 na sztywnym korpusie, który

zostaje usuni

ty po wyschni

ciu lakieru spajaj

cego poszczególne zwoje. Dzi

temu jest ona lekka i ma cienkie boki. Mo

na j

zawiesi

(rys. 2) na delikatnych

nitkach spr

ęż

ystych (

rednicy ok. 0,02 mm), wykonanych z br

zu fosforowego

lub berylowego o bardzo małej stałej zwracania k

, co zgodnie z zale

(6)

sprzyja zwi

kszeniu czuło

ci pr

dowej.

Kolejnym wa

nym zabiegiem zwi

kszaj

cym czuło

ś ć

galwanometru jest

zast

pienie wskazówki materialnej wskazówk

wietln

. Zasada tej wskazówki

jest przedstawiona na rysunku 2. Promie

wietlny przychodz

cy od

ródła

(układu 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

ci od k

ta obrotu cewki. Padaj

c na

szkło matowe, zaznacza si

na nim

wietlistym prostok

tem (plamk

wietln

W rzeczywisto

ci budowa tej wskazówki jest bardziej zło

ona, promie

wietlny,

nim padnie na matówk

odbija si

jeszcze od kilku innych lusterek, co daje efekt

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

równowa

ny wydłu

eniu wskazówki, zwi

kszaj

c tym jeszcze bardziej czuło

ś ć

przyrz

(niewielkiemu

towi

obrotu

ceweczki

odpowiada

przemieszczenie plamki

wietlnej na matówce).

wicz

cy b

mogli obejrze

jej praktyczn

realizacj

, ogl

daj

c w trakcie

wiczenia eksponat galwanometru.

ywaj

c galwanometru jako mikroamperomierza, u

ytkownik korzysta z

zale

ci (7).

⋅

(7)

gdzie:

I - nat

ę ż

enie mierzonego pr

du [A]

- stała pr

dowa galwanometru [A/dz]

a - przemieszczenie wskazówki na tle płaskiej podziałki mierzone

w działkach (długo

ś ć

jednej działki wynosi 1 mm)

Podziałka galwanometru ma charakter płaskiej milimetrowej linii z ze-

rem po

rodku i jest naniesiona na szkle matowym. Wobec faktu,

e zerowa

kreska działowa umieszczona jest na

rodku podziałki, mniejsz

uwag

przykłada

na do biegunowo

ci napi

cia przył

czanego do zacisków

wej

ciowych tego przyrz

du.

Jak wynika z zale

ci (7), do obliczenia pr

du mierzonego przez

galwanometr trzeba zna

nie tylko przemieszczenie wskazówki, ale tak

stał

dow

, a ta mo

e by

zmieniana przez u

ytkownika w pewnych

granicach.

Stała pr

dowa C

jest to przyrost nat

ę ż

enia pr

du płyn

cego przez

cewk

, powoduj

cy przemieszczenie wskazówki galwanometru o jedna działk

(1 mm). Stała pr

dowa galwanometrów wyra

a si

zwykle bardzo mał

liczb

ułamkow

du 10

-9

A/dz.

Stała C

e by

regulowana przez u

ytkownika w pewnym zakresie,

(podanym na płycie czołowej przyrz

du) za pomoc

pokr

tła oznaczonego „C

”,

umieszczonego na jego tylnej

ciance. Pokr

tło to słu

y do regulacji poło

enia

bocznika magnetycznego. Pomiar pr

du musi by

c poprzedzony okre

leniem

warto

ci stałej pr

dowej, zwłaszcza gdy nie wiadomo, w jakim poło

eniu

pozostawili bocznik poprzedni u

ytkownicy. Do

wiadczalne wyznaczenie tej

stałej jest przedmiotem niniejszego

wiczenia.

Nasuwa si

naturalne pytanie, w jakim celu pozostawia si

ytkownikowi

liwo

ś ć

regulowania stałej pr

dowej? Mo

liwo

ś ć

ta wykorzystywana jest do

ograniczenia

czuło

galwanometru

przypadkach

gdy wysoka czuło

ś ć

nie jest konieczna w danych pomiarach, po

żą

dane jest

natomiast skrócenie czasu ustalania si

wskaza

i skrócenie czasu trwania

pomiarów.

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Wspomnianej regulacji dokonuje si

przy pomocy pokr

tła oznaczonego

„C

”, jako

e parametry S

oraz C

pozostaj

wzgl

dem siebie w

cisłym zwi

zku,

Jak wynika z powy

szej zale

ci, w celu zmniejszenia czuło

ci pr

dowej,

nale

y zwi

kszy

stał

dow

Bocznik magnetyczny

(rys. 3)

jest kawałkiem stali magnetycznie

kkiej, który w zale

ci od swego poło

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,

wpływaj

c tym na warto

ś ć

strumienia z ni

skojarzonego (indukcji magnetycznej

B), a tym samym na warto

ś ć

sił elektrodynamicznych i momentu nap

dowego

(patrz zale

ś ć

(1)).

Poprzez regulacj

indukcji B, u

ytkownik wpływa na warto

ś ć

momentu

tłumi

cego M

(wzór (8)) oraz rezystancji krytycznej R

galwanometru (wzór

(10)).

BOCZNIK

Rys.3. Zasada bocznika magnetycznego

Moment tłumi

cy M

Rola momentu tłumi

cego polega na tłumieniu oscylacji ceweczki wokół

nowego poło

enia ustalonego, w którym powinna si

ona znale

ź ć

po zmianie

nat

ęż

enia pr

du w niej płyn

cego.

Kiedy pr

d cewki wzrasta od zera do pewnej warto

ci, moment nap

dowy

praktycznie bezzwłocznie osi

ga warto

ś ć

, co pokazuje rysunek 4, natomiast

moment zwrotny ma warto

ś ć

zerow

. W pierwszej chwili przewa

a wi

c moment

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

nap

dowy, w rezultacie czego cewka zaczyna obraca

, za

nitki spr

ęż

yste

zawieszenia ulegaj

stopniowemu skr

ceniu, wytwarzaj

c narastaj

cy liniowo

moment zwrotny.

Rys. 4. Współpraca momentu nap

dowego (M

) i zwrotnego (M

) w ustroju

magnetoelektrycznym

Oba momenty staj

sobie równe, gdy cewka obróci si

o k

, jednak jej

ruch nie ustaje w tym miejscu. Mo

na wykaza

e osi

gnie ona k

t obrotu 2

(przy zało

eniu braku jakichkolwiek strat energii). W cewce zostanie bowiem

nagromadzona energia kinetyczna ruchu obrotowego, wi

ksza od pracy

potrzebnej do skr

cenia nitek spr

ęż

ystych o k

Moment nap

dowy M

o warto

ci M

(rys.4) wykonuje na drodze

towej (0 -

) prac

proporcjonaln

do pola powierzchni prostok

ta (0,

, A, M

Praca momentu zwrotnego M

, liniowo zale

nego od k

ta obrotu cewki,

wyniesie natomiast,

( )

∫

⋅

Stała zwracania k

równa jest współczynnikowi nachylenia prostej momentu

zwrotnego i, jak wynika z rysunku 4, mo

e by

wyra

ona jako tangens k

nachylenia tej prostej,

Podstawiaj

c to wra

enie do ostatniej zale

ci, dostaniemy ostatecznie,

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

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 zakreskowanego na rysunku 4, zostaje zu

yta na

nadanie energii kinetycznej ruchu obrotowego ceweczki. Gdy ta ostatnia „mija”
k

, energia kinetyczna zaczyna zamienia

na energi

potencjaln

spr

ę ż

ysto

ci, skr

caj

c nitki zawieszenia cewki o k

t 2

. Energia potencjalna

spr

ę ż

ysto

ci jest proporcjonalna do pola powierzchni trójk

ta (A, B, C)

dokładnie równego polu trójk

ta zakreskowanego. W punkcie 2

cewka

zatrzyma si

, za

przewa

cy w tym miejscu moment zwrotny zapocz

tkuje jej

ruch powrotny oraz towarzysz

cy mu odwrotny proces zamiany energii

potencjalnej spr

ę ż

ysto

ci na energi

kinetyczn

ruchu obrotowego. W idealnym

stanie rzeczy (brak strat energii) cewka mo

e dotrze

do poło

enia wyj

ciowego

(

= 0) i ponownie rozpocz

ą ć

opisany ju

ruch w kierunku przeciwnym.

Oznaczałoby to niegasn

ce oscylacje ceweczki o amplitudzie

|α

wokół

poło

enia ustalonego

W rzeczywisto

ci, wyst

puj

ce podczas ruchu straty energii na tarcie (o

powietrze i tarcie wewn

trzne w nitkach spr

ę ż

ystych zawieszenia) powoduj

malenie amplitudy oscylacji, stopniowy zanik ruchu cewki i ustalenie si

jej

poło

enia

odpowiadaj

cego nowej warto

ci pr

du.

Gdyby istniały tylko momenty tarciowe, ustalenie si

wskaza

galwanometru trwałoby zbyt długo i nadmiernie wydłu

ało pomiary. Miałoby to

miejsce tylko wtedy, gdy obwód elektryczny cewki pozostawałby otwarty i nie
istniałby moment tłumi

cy. Istotnie, z zale

ci (8) okre

laj

cej moment

tłumi

cy wynika,

e dla rezystancji zewn

trznej R

przył

czonej do zacisków

galwanometru d

ą ż ą

cej do niesko

czono

ci (przypadek rozwarcia obwodu),

moment tłumi

cy M

staje si

równy zeru.

(

)

Bzab

⋅

(8)

- moment tłumi

B - indukcja w szczelinie powietrznej
z - liczba zwojów cewki
a, b - wymiary cewki
R

- rezystancja wewn

trzna galwanometru

- rezystancja zast

pcza obwodu przył

czonego do galwanometru

- pr

dko

ś ć

towa cewki

Z równania (8) wynika,

e moment tłumi

cy zale

y on szeregu wielko

ci,

w tym m. in. od indukcji B, rezystancji całkowitej obwodu cewki (R

) i jej

dko

ci k

towej (d

/dt). Skupimy si

głównie na wymienionych wielko

ciach.

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Jak wida

ytkownik ma mo

liwo

ś ć

wpływania na warto

ś ć

momentu M

poprzez zmian

rezystancji zast

pczej obwodu przył

czonego do zacisków

galwanometru, a tak

e poprzez zmian

indukcji B przy pomocy bocznika

magnetycznego.

Maksymalny moment tłumi

cy uzyskuje si

przy zwartych zaciskach

galwanometru (R

= 0). Producent wyposa

a ten przyrz

d w specjaln

zwor

któr

nale

y zakłada

po zako

czonej pracy, zwłaszcza wtedy, gdy galwanometr

ma by

przenoszony na inne miejsce.

Pozostawienie rozwartych zacisków przyrz

du grozi powstaniem

silnych, słabo tłumionych oscylacji ceweczki (po wpływem przechyłów
i drga

), mog

cych prowadzi

do ukr

cenia niezwykle delikatnych nitek, na

których jest ona zawieszona.

Zale

ś ć

momentu tłumi

cego od pr

dko

ci k

towej jest zrozumiały.

Szybszy ruch ceweczki w polu magnetycznym magnesu trwałego powoduje
indukowanie si

w niej wi

kszej siły elektromotorycznej i wzrost hamuj

cego

oddziaływania elektrodynamicznego wynikaj

cego z reguły Lenza.

Wpływ momentu tłumi

cego na charakter ruchu cewki galwanometru w

stanie przej

ciowym ilustruj

przebiegi na rysunku 4.

rodzina ruchów aperiodycznych

ruch aperiodyczny krytyczny

ruch oscylacyjny tłumiony

- poło

enie ustalone

Rys. 4. Rodzaje ruchów cewki galwanometru w stanie przej

ciowym

w zale

ci od momentu tłumi

cego M

Najkorzystniejszy, z punktu widzenia czasu trwania pomiarów, jest ruch

aperiodyczny krytyczny, to znaczy najszybszy z ruchów nieokresowych.
Wskazówka bowiem dociera wtedy do poło

enia ustalonego najszybciej, bez

dnych oscylacji.

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

Ruch aperiodyczny krytyczny mo

na te

okre

jako ruch graniczny

dzy rodzin

ruchów okresowych (oscylacyjnych) i rodzin

ruchów

nieokresowych (aperiodycznych).

Rezystancja zewn

trzna krytyczna R

zkr

Jest to taka warto

ś ć

rezystancji zast

pczej obwodu zewn

trznego

przył

czonego do zacisków galwanometru, przy której (za spraw

momentu

tłumi

cego) organ ruchomy pod

ą ż

a do nowego poło

enia ustalonego ruchem

aperiodycznym krytycznym.

Rezystancja zewn

trzna krytyczna dana jest wzorem (9).

(

)

zkr

Bzab

−

(9)

gdzie:

B - indukcja w szczelinie powietrznej
z - liczba zwojów cewki
a, b - wymiary cewki (patrz rys.2)
J - moment bezwładno

ci cewki

- stała zwracania nitek spr

ę ż

ystych

- rezystancja wewn

trzna galwanometru

Rezystancja krytyczna R

. Producent podaje dla galwanometru warto

ś ć

rezystancji krytycznej R

. Jest to suma rezystancji wewn

trznej galwanometru

i rezystancji zewn

trznej krytycznej R

zkr

zkr

Rezystancja krytyczna dana jest wzorem (10).

(

)

Bzab

(10)

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

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

2. Ogl

dziny galwanometru

Nale

y przyjrze

badanemu podczas

wiczenia galwanometrowi,

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

tło do zerowania galwanometru

4. Wska

pokr

tło do regulacji stałej pr

dowej galwanometru

5. Zanotuj w Tablicy 1 parametry galwanometru podane na podziałce:

•

Rezystancj

wewn

trzn

•

Rezystancj

krytyczn

(przedział liczbowy)

•

Stał

dow

(przedział liczbowy)

mniejsz

z dwóch skrajnych warto

ci stałej pr

dowej C

podanej na

podziałce badanego galwanometru i oblicz według formuły (11) warto

ś ć

du,

jaki spowoduje przemieszczenie wskazówki galwanometru o 70 działek. B

dzie

to najwi

ksza dopuszczalna warto

ś ć

du I

, jak

e mierzy

galwanometr,

w przypadku, gdy ustawiona jest najwi

ksza czuło

ś ć

tego przyrz

du.

G MAX

= 70 C

(11)

Znaj

c warto

ś ć

du I

GMAX

oraz warto

ś ć

rezystancji wewn

trznej galwa-

nometru R

, oblicz według wzoru (12) maksymalne napi

cie U

max

, jakie mo

przykłada

do zacisków wej

ciowych galwanometru.

MAX

= R

G MAX

(12)

Wyniki oblicze

wpisz do Tablicy 1.

Tablica 1

Ω

A/dz

G MAX

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

3. Przebieg pomiarów

Wyznaczanie stałej pr

dowej galwanometru

Schemat układu pomiarowego, w którym wyznaczana jest stał

dow

galwanometru, przedstawiony jest na rysunku 5.

Rys 5. Schemat układu 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

Ω

rezystor wzorcowy czterozaciskowy

- rezystor pi

ciodekadowy (nastawi

1000

Ω

)

- rezystor sze

ciodekadowy (nastawi

wst

pnie 99 999

Ω

)

W - wył

cznik jednobiegunowy

Z - specjalny zwieracz galwanometru

Kolejno

ść

czynno

1. Przed pomiarem nale

y przył

czy

napi

cie do

aróweczki galwanometru za

rednictwem specjalnego transformatorka zewn

trznego o przekładni

220V/6V (niektóre galwanometry maj

wbudowany ten transformatorek do

rodka). W rezultacie na matówce galwanometru powinien pojawi

wiec

cy prostok

cik. Jest to wskazówka

wietlna galwanometru.

2. Przy otwartym zwieraczu Z nale

y wyzerowa

galwanometr przy pomocy

specjalnego pokr

tła. Je

eli wyst

trudno

ci z ustabilizowaniem wskazówki

(najcz

ę ś

ciej

oscyluje

ona

wokół

pewnego

poło

enia),

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

galwanometr uznajemy za wyzerowany, gdy lewa amplituda oscylacji
wskazówki wokół poło

enia zerowego jest równa prawej. Po wyzerowaniu,

nie mo

na zmienia

poło

enia galwanometru na stole.

3. Przy otwartym wył

czniku W nale

y wł

czy

napi

cie zasilaj

ce zasilacza ZS

i przy pomocy odpowiedniego regulatora nastawi

napi

cie U

= 10 V.

4. Zamkn

ą ć

wył

cznik W. Miliamperomierz powinien wskaza

d bliski

10 mA. Przy pomocy rezystora R

nastawi

dokładn

warto

ś ć

du I

= 10

5. Reguluj

c rezystancj

, 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 bezzwłocznie otworzy

wył

cznik W i zamkn

ą ć

zwieracz

Z, a nast

pnie sprawdzi

układ poł

cze

Tablica 2

Ω

A/dz

Obliczenia

Obliczy

d galwanometru I

według wzoru (13)

(13)

Oblicz stał

dow

według wzoru (14)

(14)

Warto

ci C

obliczone dla poszczególnych przemieszcze

wskazówki a

powinny by

bardzo bliskie sobie. W wypadku znacznych ró

nic nale

powtórzy

pomiary i obliczenia.

wiczenie nr 4 Galwanometr magnetoelektryczny

4. Pytania i zadania kontrolne

1. Wymie

najwa

niejsze elementy konstrukcyjne ustroju magnetoelektrycz-

nego

2. Napisz zale

ci okre

laj

ce moment nap

dowy ustroju i moment zwrotny

3. Które elementy obwodu magnetycznego wykonane s

ze stali magnetycznie

kkiej i jak

rol

one pełni

4. Opisz budow

i zasad

działania bocznika magnetycznego

5. Jakie parametry galwanometru reguluje si

przy pomocy bocznika

magnetycznego?

6. Jak

rol

w ustroju pomiarowym pełni 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 czuło

ci pr

dowej S

galwanometru

10. Podaj okre

lenie stałej pr

dowej C

galwanometru

11. Podaj zwi

zek mi

dzy parametrami S

i C

12. Dlaczego stała pr

dowa C

(patrz podziałka galwanometru) podana jest

w postaci przedziału liczbowego?

13. Podaj okre

lenie rezystancji zewn

trznej krytycznej galwanometru R

zkr

14. Podaj okre

lenie rezystancji krytycznej galwanometru R

15. Dlaczego rezystancja ta (patrz podziałka galwanometru) podana jest w po-

staci przedziału liczbowego?

16. Jaki ruch nazywamy ruchem aperiodycznym krytycznym galwanometru?
17. Opisz mechanizm powstawania momentu tłumi

cego w galwanometrze

18. Dlaczego nale

y zwiera

zaciski wej

ciowe galwanometru odnosz

c go do

szafy?

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 1970
2. Łapi

ski M. Miernictwo elektryczne WKiŁ, Warszawa 1967

3. Chwaleba A. i inni Metrologia elektryczna WNT, Warszawa 1994