Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 171
Скачиваний: 2
ние подвижной части гальванометра в таком случае будет мо нотонным (неизменного направления), с асимптотическим приближением ее к конечному положению, соответствующему опять у = 1,
1 - |
sh о)0 |
у ? - 1 t + arc th ^ |
Эцому апериодическому |
процессу на рис. 111-59 соответст |
|
вует кривая 2 |
( ß > l ) . |
|
3. ß = l . |
|
|
у = [ 1 - е - Ш в ' ( 1 - г » 0 0 ] .
Этот случай, строго говоря, не является случаем, совершен но отличным от первых двух—фактически он является частным видом второго случая: оба корня характеристического уравне ния действительны и отрицательны, но равны друг другу, дви жение подвижной части прибора апериодическое, как и во вто ром случае. Режим движения подвижной части прибора при
ß = / является частным и крайним случаем режима при ß > / — |
|
на границе перехода к случаю ß < i , к колебательному |
режиму. |
Этот пограничный режим движения подвижной части |
называ |
ют режимом критического успокоения (на рис. Ш-59 ему со |
|||||
ответствует кривая |
3). |
|
|
|
|
Любой гальванометр может оказаться |
в каждом |
из этих |
|||
трех |
режимов — все зависит от того, какое внешнее |
замыкаю |
|||
щее |
сопротивление |
/?в н ш создается той |
схемой, |
в которую |
|
включен гальванометр. При очень большом значении |
RBHU1 |
значение коэффициента успокоения Р^ получается весьма ма
лым, а с ним весьма незначительным и значение степени |
успо |
|||||
коения ß (при ß менее единицы имеет |
место |
колебательный |
||||
режим). При очень малых значениях |
RBnm |
получаются, |
на |
|||
оборот, |
большие значения Р2 и ß и апериодический |
режим |
||||
движения подвижной части. Наконец, при каком-то |
|
опреде |
||||
ленном для данного гальванометра значении |
RBnm |
получают |
||||
ся значение ß=<l и режим критического успокоения. |
Такое |
|||||
значение |
RBum> при котором у данного |
гальванометра |
насту |
пает режим критического успокоения, называют внешним кри тическим сопротивлением данного гальванометра и обознача ют
С какой же точки зрения нас может интересовать, в каком из этих трех режимов будет находиться применяемый нами гальванометр? От того, в каком режиме находится гальвано метр, зависит его время успокоения—тот промежуток време ни, спустя который после момента включения гальванометра
(или вообще |
момента изменения силы протекающего по нему |
|
тока) можно |
уже отсчитать показание гальванометра |
с опре |
деленной степенью точности, обычно — с точностью |
до 1%. |
|
|
|
141 |
•
Очевидно, при этом стремятся к возможно меньшему времени успокоения.
При каждом из режимов движения подвижной части галь ванометра, называемых также режимами успокоения галь ванометра, время успокоения соответствует промежутку вре мени от начала процесса до того момента Бремени, после ко торого отклонение подвижной части а уже не будет отличать ся от окончательного отклонения осусп более чем на 1%. На рис. Ш-59 эти моменты времени отмечены для каждого из трех
случаев— tx у с п , t2 у с п » yen» соответственно. |
Как видно |
из рис. |
ІП-59 и как доказывается и теоретически, |
наименьшее |
время |
успокоения получается при критическом |
успокоении — когда |
сопротивление внешней цепи, на которую замкнут гальвано метр, равно внешнему критическому сопротивлению данного гальванометра.
Однако здесь |
есть одно |
дополнительное |
обстоятельство, |
||
не учитываемое |
ни при теоретическом анализе, ни |
на рис. |
|||
I I 1-59. Когда |
при критическом успокоении наступает |
момент |
|||
времени t3 у с п , |
наблюдающий |
за отклонением |
гальванометра |
уже мог бы сделать отсчет по шкале гальванометра, не сделав при этом ошибки более чем на 1%; но в данный момент време ни он этого знать не будет: отклонения гальванометра будуі по-прежнему монотонно изменяться, хотя и с возрастающим замедлением, и ничто не будет говорить наблюдателю о том, что все последующее отклонение гальванометра уже не пре
взойдет |
1 % от отклонения, наблюдаемого |
им в этот |
момент |
времени |
і 3 у с п . Фактически наблюдателю |
приходится |
всмат |
риваться в показания гальванометра еще значительное |
время |
||
после момента времени t% у с ш чтобы убедиться, что показания |
гальванометра, действительно, теперь уже существенно не из меняются (и что достаточно правильный отсчет можно было сделать, по-видимому, значительно раньше!). Поэтому прак тически наиболее быстрая работа с гальванометром получает ся не при критическом успокоении, а при весьма небольшом недоуопокоении гальванометра—при замыкании его на внеш
нее сопротивление, на |
несколько процентов большее, чем |
||
/ ? в н ш . к р и т |
и, следовательно, при степени |
успокоения ß тоже |
|
на несколько процентов |
меньше единицы |
(кривая 4 на рис. |
Ш-59). В этом случае подвижная часть гальванометра, дойдя
при своем первом отклонении до а = я у с т , несколько |
переходит |
за него (на 1—2%), но затем она начинает двигаться |
обратно. |
Хотя теперь она опять перейдет за значение а у с т , двигаясь по направлению к нулевому положению, но это второе отклоне ние от а у с т будет уже составлять всего несколько сотых долей процента и достаточно правильный отсчет наблюдатель может
сделать уже в момент наибольшего отклонения |
гальванометра |
||
(фактически — чуть позже, в момент |
времени |
tiycn). |
Это бу |
дет несколько позднее теоретически |
возможного момента вре- |
142
мени отсчета t3ycn при критическом успокоении, но все же намного раньше практически возможного момента времени отсчета при критическом успокоении.
Установившееся отклонение гальванометра, как уже ука зывалось,
а у с т :
W
где
В SW |
а у с т |
W |
I |
называется чувствительностью гальванометра по току (или к току) и представляет собой отклонение гальванометра при протекании по его цепи силы тока в одну единицу. Однако 1 а представляет собой слишком большую и нереальную для дан ного случая силу тока и поэтому при выражении чувствитель ности гальванометра к току его отклонение относят не к 1 а, а к Ы 0 ~ 6 а , т. е. к 1 мка. В гальванометре со встроенной в него
шкалой отклонение гальванометра а у с т |
исчисляется в делени |
||
ях его шкалы (которые обычно бывают |
равны 1 |
мм) ; в случае |
|
же отдельной шкалы отклонение гальванометра |
исчисляется |
||
в миллиметрах, при помещении шкалы |
на расстоянии 1 м. от |
||
гальванометра. В этом случае |
размерность чувствительности |
||
гальванометра к току равна |
ММІМ |
|
|
•—. |
|
|
Для характеристики чувствительности гальванометра, а чаще для определения силы тока по отклонению гальваномет ра применяют постоянную гальванометра по току, являю щуюся величиной, в принципе обратной чувствительности, но с той разницей, что в этом случае силу тока выражают в ам перах с применением соответствующих множителей вида Ю~п:
С = J— 1' а Л 0 ~
а у с т \ ММ:M
Что касается чувствительности гальванометра к напряже нию, то, казалось бы, она может быть получена непосредствен но из значения чувствительности гальванометра к току, если известно сопротивление внутренней цепи гальванометра:
S'<, = |
— |
= — ° — * = s , |
1 |
V |
TT |
Г Г) |
' |
143
Однако определенная таким |
образом чувствительность к |
||||
напряжению не всегда может быть фактически |
реализована: |
||||
если источник напряжения Ur, |
подаваемого на |
гальванометр, |
|||
имеет |
внутреннее |
сопротивление |
меньше |
сопротивления |
|
^ в н ш . к р и т |
данного |
гальванометра, |
то последний не может |
быть включен на этот источник непосредственно. В этом слу чае гальванометр оказался бы переуспокоенным и им пользо
ваться практически было бы нельзя. |
Чтобы им можно |
было |
||
пользоваться, перед ним |
пришлось |
бы включить |
некоторое |
|
добаівочное сопротивление — такое, |
чтобы в сумме с внутрен |
|||
ним сопротивлением источника оно дало бы значение |
/ ? В н ш . к р и т |
|||
данного гальванометра |
(точнее — несколько большее |
значе |
ние). В пределе, в случае очень малого сопротивления источ ника последовательно с гальванометром пришлось бы вклю чать добавочное сопротивление, практически равное / ? В н ш . к р и т -
Чувствительность к напряжению, подсчитанная для |
такого |
|||
крайнего случая, может |
быть реализована также и при |
всех |
||
остальных, промежуточных случаях. |
|
|
||
Значение |
такой чувствительности к напряжению равно |
|||
Uг |
І'{$впт Т" |
^?внш . крит) |
Rem ~Ь ^?внш . крит |
|
Соответственно этому |
постоянная по |
напряжению |
|
|
|
Су =- Сj (RBnT -Ь / ? в н ш . к р и т ) - |
|
Из такого подхода к определению чувствительности галь ванометра к напряжению и постоянной по напряжению вытека ют понятия о гальванометрах, чувствительных к току, и галь ванометрах, чувствительных к напряжению.
Представим себе гальванометр с большим числом витков w в его подвижной катушке и со значительной индукцией В в воздушном зазоре его магнитной системы. Очевидно, чувстви тельность к току у такого гальванометра будет высокой, такой гальванометр можно назвать чувствительным к току.
Чувствительность же такого гальванометра к напряжению может оказаться очень низкой, так как внешнее критическое сопротивление (при обычных значениях конструктивных пара метров / и W) у него будет весьма высоким:
р |
^ |
^ Л |
^ І |
s l |
2VJW |
|
2VJW(RB,T |
+ |
RBHtu.KpilT) |
откуда |
|
* |
|
|
|
« в ш и . к р и т - |
|
Я в и т - |
144
Вследствие этого чувствительность такого гальванометра к напряжению будет низкой даже при высотой чувствитель ности к току:
с _ у 2VJW
Наоборот, если число витков в подвижной катушке гальва нометра мало (и, может быть, к тому же невелико и значение индукции в зазоре), то чувствительность к току у такого галь ванометра будет очень невелика. Чувствительность же к на пряжению у него может быть весьма значительной — во много раз большей, чем у предыдущего гальванометра, — поскольку у этого гальванометра значение внешнего критического сопро тивления будет весьма малым (еще меньшим будет и его внут реннее сопротивление) вследствие малых значений величин w2 и В2.
Для применения в многоомных измерительных схемах вы бирают гальванометры с большими значениями которые имеют значительные /?в и т и являются, как правило,
гальванометрами, чувствительными к току. Для применения же в малоомных схемах берут гальванометры с малыми зна чениями —гальванометры, чувствительные к на пряжению.
**
*
Б а л л и с т и ч е с к и й г а л ь в а н о м е т р
Баллистический гальванометр — это магнитоэлектрический гальванометр, предназначенный для измерения количеств элек тричества, протекающих по цепи в виде кратковременных оди ночных импульсов.
По своему устройству баллистический гальванометр отли чается от рассмотренного выше чувствительного гальваномет ра только в одном отношении: если в чувствительном гальва нометре старались сделать его подвижную часть с предельно малым значением полярного момента инерции, с предельно малым периодом собственных свободных колебаний (для по лучения минимального времени успокоения), то в случае бал листического гальванометра, наоборот, искусственно увеличи вают момент инерции подвижной части прибора—для полу чения возможно большего периода ее собственных свободных колебаний. Как будет показано ниже, для правильного дейст вия баллистического гальванометра необходимо, чтобы про должительность импульса при измерении протекшего количе ства электричества была бы пренебрежимо мала по сравнению с продолжительностью периода свободных колебаний подвиж ной части гальванометра. Конструктивно такое искусственное
1Q 255 — М, Д . Быков и д р . |
145 |