Принцип работы баллистического гальванометра кратко

Обновлено: 05.07.2024

Баллистический гальванометр – специальная конструктивная форма гальванометра, применяемого для измерения параметров импульсов тока и напряжения (например, при заряде и разряде конденсаторов конденсаторы применяются в различных электрических цепях, по которым протекают переменные и импульсные токи; в зависимости от конструкции и назначения конденсаторы разделяются на три группы: постоянной емкости, полупеременные, т. е. подстроечные, и переменной емкости).

От обычных гальванометров он отличается тем, что масса и, следовательно, момент инерции подвижного органа баллистического гальванометра существенно увеличены при помощи дополнительного груза.

В Советском Союзе производство баллистических гальванометров было налажено в конце 1930-х – начале 1940-х гг. В те годы баллистические гальванометры на советских предприятиях также использовались в основном для соответствующих измерений при заряде конденсаторов постоянной емкости, предназначенных для комплектации радиоприемников (гражданского и военного назначения), радиолокационных станций, авиационной аппаратуры, различных систем радиоуправления на военных кораблях, гражданских судах и др.

Советская электротехническая промышленность постоянно увеличивала выпуск баллистических гальванометров в 1950—1960-е гг. в связи с ростом производства конденсаторов постоянной емкости, используемых в радиоприемниках, радиолах, радиостанциях, телевизорах (в телевизорах советского производства в те годы устанавливались электролитические конденсаторы постоянной емкости типа КЭ и ЭМ). В последующие годы ХХ в. (1970—1980-е гг.) во многих развитых странах мира, в том числе и в Советском Союзе, выпуск баллистических гальванометров постоянно сокращался из-за того, что производство электролитических конденсаторов значительно уменьшилось. Особенно резкое падение производства электротехнических изделий, в том числе конденсаторов и баллистических гальванометров, произошло на всех европейских предприятиях в 1990-х гг. в связи с развалом Советского Союза и началом экономических рыночных реформ.

В течение 1990-х гг. в России значительно увеличился импорт зарубежных электротехнических изделий (из Германии, Японии, Южной Кореи, Тайваня, Австрии, Швеции и других стран). В результате выпуск баллистических гальванометров в России к началу XXI в. сократился в сотни раз. Баллистический гальванометр применяется очень часто с веберметром при измерениях магнитного потока. В настоящее время в России баллистические гальванометры изготавливаются по заказу потребителей таких марок, как БГ3/4 – 50; БГ5/7 – 100; БГ6/9 – 120 и др.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Гальванометр

Гальванометр Гальванометр – специальная форма измерительного механизма магнитоэлектрической системы. Гальванометрами называют средства измерений малых токов и напряжений. Данные приборы применяются прежде всего в нулевых ветвях компенсаторов и измерительных

Баллисти́ческий гальвано́метр предназначен для измерения количества электричества, проходящего через цепь при кратковременных импульсах тока. Подвижной частью прибора является прямоугольная рамка с намотанной на неё тонкой изолированной проволокой, подвешенная на упругой нити между полюсами магнита, где она может совершать вращательные колебания.

Баллистический гальванометр отличается от обычного тем, что момент инерции J его подвижной части специально увеличен. Достигается это тем, что к раме гальванометра прикрепляют полый цилиндр из мягкого железа. Увеличивая момент инерции рамки, этот цилиндр сильно увеличивает период собственных крутильных колебаний рамки.

На рамку с током в магнитном поле действует момент сил

М=[pxB],

где p =I•S - магнитный момент рамки, S - площадь рамки, B - индукция магнитного поля, в которое помещена рамка, I=dq/dt - сила тока, dq - количество заряда, прошедшего через рамку за время dt.

Этот момент сил придает угловое ускорение рамке

Из уравнения динамики вращательного движения

следует, что dq=dw•J/S/B, или

Это означает, что заряд, быстро прошедший через гальванометр дает толчок рамке и придает ей угловую скоростью w, пропорциональную этому заряду. Далее возникают колебания, в которых кинетическая энергия Jw²/2 переходит в энергию упругой деформации kα²/2, где k - коэффициент кручения упругой нити, на которой укреплена рамка.

Отсюда видно, что угол отклонения пропорционален начальной угловой скорости, а значит и полному заряду, прошедшему через рамку:

Таким образом баллистическим гальванометром можно измерить заряд, прошедший через рамку гальванометра.

Использование в качестве веберметра

Баллистический гальванометр может использоваться в качестве веберметра (т.е. измерять магнитный поток через замкнутый проводник, например катушку), для этого к контактам баллистического гальванометра подключают индуктивную катушку, которую помещают в магнитное поле. Если после этого резко убрать катушку из магнитного поля или повернуть так чтобы ось катушки была перпендикулярна силовым линиям поля, то можно измерить заряд прошедший через катушку, вследствие электромагнитной индукции. т.к. изменение магнитного потока пропорционально прошедшему заряду, проградуировав соответствующим образом гальванометр, можно определять изменение потока в веберах =IR \rightarrow d\Phi=dqR" width="" height="" />
, где - магнитный поток, " width="" height="" />
— сила тока.

Использование в качестве тесламера

Так как магнитный поток линейно связан с величиной магнитной индукции, после градуировки веберметра с учётом индуктивности катушки, можно измерить индукцию магнитного поля образца (например, постоянного магнита).

Добавить иллюстрации.
Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. статью.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Баллистический гальванометр" в других словарях:

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — имеет относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерения малых количеств электричества при кратковременных импульсах тока. Результат отсчитывают по т. н. баллистическому отбросу наибольшему отклонению указателя … Большой Энциклопедический словарь

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — прибор для измерения кол ва электричества при кратковрем. импульсах тока. Применяется при измерении магн. величин (потока, индукции, напряжённости поля и др.) и электрич. величин (больших сопротивлений, индуктивности, ёмкости и др.), значения к… … Физическая энциклопедия

баллистический гальванометр — [IEV number 313 01 31] EN ballistic galvanometer galvanometer intended to measure the value of an electric charge by reading the amplitude of the first swing of its moving element [IEV number 313 01 31] FR galvanomètre balistique… … Справочник технического переводчика

баллистический гальванометр — имеет относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерения малых количеств электричества при кратковременных импульсах тока. Результат отсчитывают по так называемому баллистическому отбросу наибольшему отклонению… … Энциклопедический словарь

баллистический гальванометр — balistinis galvanometras statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Didelės judamosios dalies inercijos magnetoelektrinis galvanometras mažiems elektros kiekiams matuoti. atitikmenys: angl. ballistic galvanometer vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

баллистический гальванометр — balistinis galvanometras statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Galvanometras elektros krūvio vertei matuoti stebint pirmąją jo judamojo elemento virpesio amplitudę. atitikmenys: angl. ballistic galvanometer vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

баллистический гальванометр — balistinis galvanometras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ballistic galvanometer; ballistical galvanometer vok. ballistisches Galvanometer, n; Stoßgalvanometer, n rus. баллистический гальванометр, m pranc. galvanomètre balistique, m … Fizikos terminų žodynas

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — гальванометр, имеющий относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерений малых кол в электричества при кратковрем. импульсах тока. Результат отсчитывают по т. н. баллистич. отбросу одному наибольшему отклонению… … Большой энциклопедический политехнический словарь

БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР — имеет относительно большой момент инерции подвижной части; применяется для измерения малых кол в электричества при кратковрем. импульсах тока. Результат отсчитывают по т. н. баллистич. отбросу наиб. отклонению указателя … Естествознание. Энциклопедический словарь

ГАЛЬВАНОМЕТР — электроизмерительный прибор высокой чувствительности для измерения малых токов, напряжений и кол ва электричества (см. БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР). Широко применяется в кач ве нулевого индикатора для определения отсутствия тока в электрич. цепи… … Физическая энциклопедия

Баллисти́ческий гальвано́метр — электроизмерительный прибор, применяемый для измерения малых зарядов при кратковременных импульсах тока. Отличается от обычного гальванометра тем, что момент инерции его подвижной части (прямоугольной рамки с намотанной на нее тонкой изолированной проволкой, подвешенной на упругой нити между полюсами магнита) специально увеличен. Это достигается с помощью полого цилиндра из мягкого железа, прикрепленного к рамке гальванометра. Увеличивая момент инерции рамки, этот цилиндр сильно увеличивает период ее собственных крутильных колебаний, и таким образом можно измерить заряд (количество электричества), прошедший через рамку баллистического гальванометра. Результат отсчитывают по так называемому баллистическому отбросу - наибольшему отклонению указателя.

На рынке измерительных приборов производители представляют достаточно широкие модельные ряды устройств, предназначенных для замеров сопротивления, напряжения и силы тока, то есть омметров, вольтметров и амперметров. Однако в некоторых ситуациях незаменимыми становятся гальванометры, описание принципов работы которых и характеристики разновидностей можно найти на многих специализированных ресурсах. Подобное оборудование актуально в ситуациях, когда требуется измерить малые токи или выявить отсутствие напряжения в сетях, имеющих различные параметры.

Что это такое?

По сути, любой гальванометр представляет собой прибор, разработанный для измерения параметров электрических сетей. С учётом характеристик данных устройств следует отметить, что речь идёт о минимальных значениях количества электричества, силы тока и сопротивления. К примеру, для определения наличия и минимальных показателей I на конкретных участках цепи используют гальванометры с повышенной чувствительностью.

Впервые особенности отклонения магнитной стрелки под воздействием электрического тока в проводнике описал Ганс Эрстед ещё в 1820 году. В то время подобное явление рассматривалось в качестве способа измерения тока. Говоря об изобретателе гальванометра, необходимо отметить, что первым упомянул подобный прибор Иоганн Швейгер. Это произошло 16 сентября 1820 года и связано с университетом Галле. Сам же термин появился только в 1836-м и произошёл от фамилии учёного Луиджи Гальвани.

Изначально действие устройства основывалось на силе магнитного поля Земли. Подобные образцы измерительного оборудования назвали тангенциальными гальванометрами. Перед использованием их требовалось сориентировать в пространстве. Позже на свет появился первый астатический прибор, создатели которого использовали противоположно направленные магниты. Подобный подход позволил исключить фактор воздействия упомянутого магнитного поля планеты.

Современные устройства на схемах отмечаются в соответствии с действующим ГОСТом на схеме. Гальванометр имеет обозначение в виде стрелки, направленной вверх и расположенной внутри круга.

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, эти приборы имеют ряд важных особенностей.

Один из главных параметров – это постоянная, значение которой определяет расстояние между зеркалом и шкалой и высчитывается с учётом стандартного отрезка длиной 1 метр. В ситуациях с переносными устройствами эта величина является ценой одного деления шкалы. Для стационарных моделей она составляет 10–11 А/м/мм, а для мобильных – 10-8 или же 10-9 А/дел. В обоих случаях допустима 10-процентная погрешность в обе стороны.
Невозвращение стрелки к нулевой отметке в процессе её перемещения от крайней точки шкалы, то есть так называемое постоянство нуля. Этот показатель в числовом выражении наносится на шкалу в виде ромбообразного символа.
Наличие такого конструктивного элемента, как магнитный шунт. Его положение меняется поворотом специальной ручки, что, в свою очередь, приводит к изменению постоянной гальванометра и показателя магнитной индукции в зазоре. С учётом данного момента техническая документация, включая паспорт измерительного прибора, содержит значения постоянной при двух положениях магнитного шунта, то есть во введённом и выведенном состоянии.
Присутствие корректора, с помощью которого осуществляется перемещение стрелки между двумя крайними положениями.
Наличие арретира, который представляет собой неотъемлемую часть всех современных приборов, имеющих подвесы. Этот элемент позволяет надёжно зафиксировать подвижную часть и тем самым минимизировать риск повреждения прибора в процессе его транспортировки.
Возможность установки электростатического экранирования для обеспечения максимально эффективной защиты устройства от I утечек.

Определённые особенности конструкции гальванометров связаны именно с наличием упомянутой подвижной части. В частности, регулировка успокоения, пропорционального её колебаниям, осуществляется путём подборки внешнего сопротивления (R).

В паспорте каждого прибора в обязательном порядке прописывается максимально значение этого параметра, являющееся критическим.

На практике в подавляющем большинстве случаев наружное сопротивление устанавливают с максимальным приближением к критическому показателю. Это, в свою очередь, исключает риск возникновения колебаний стрелки (указателя) в пределах положения равновесия.

Функции

У многих возникает вполне логичный вопрос, касающийся того, для чего нужен гальванометр в физике и повседневной жизни. Как уже было отмечено, этот прибор измеряет параметры электрической сети. При этом его функционирование базируется на преобразовании тока в механическое движение, в результате которого на шкале отображаются искомые показатели.

Как правило, рассматриваемое оборудование выполняет функции аналоговых приборов, измеряющих силу тока в сети.

Специалистами, представляющими разные отрасли, гальванометры используются для того, чтобы получить данные, подтверждающие нахождение искомых параметров в определённых пределах. Это позволяет эффективно контролировать состояние электрических цепей и своевременно выявлять неисправности.

Важно помнить, что чаще всего отклонение параметров от установленных норм свидетельствует о сбоях в работе систем.

С учётом того, какая именно часть устройства является подвижной, гальванометры делятся на две основные категории. Это, в свою очередь, определяет их функциональность. Так, к первой разновидности относятся приборы с подвижными магнитами, а ко второй – оборудование с подвижными токопроводами. Оба типа одинаково эффективны при измерении в конкретный момент времени медленно меняющегося тока, а также тока быстро меняющего соответственного напряжения. Помимо этого, в перечень функций входит учёт общего действия тока в течение заданного временного промежутка, осуществляемый, как правило, флюметрами и баллистическими гальванометрами.

Устройство и принцип работы

Отвечая на вопрос, как устроен подобный прибор, следует отметить, что конструкция самого простого гальванометра, появившегося на свет ещё в самом начале XIX столетия, включала в себя магнитный указатель (стрелку), которая подвешена на тонкой нити и помещена внутри неподвижной катушки. Как только в этой проволочной конструкции появляется электрический ток, стрелка отклоняется от своего исходного положения. При отсутствии тока в системе указатель будет оставаться неподвижным, то есть стрелка показывает на нулевую отметку.

Многие модели современных гальванометров представляют собой магнитоэлектрические устройства, в которых используется действие электрического тока. Их стандартная конструкция предусматривает наличие следующих элементов.

Постоянный магнит.
Поворачивающаяся катушка, расположенная между полюсами.
Облегчённый указатель (стрелка), который соединён с катушкой и образует с ней одну ось вращения. Если в последней отсутствует ток, то указатель фиксируется на нулевой отметке при помощи возвратной пружины.

В поле постоянного магнита помещается катушка (обмотка), на которой закреплена стрелка-указатель. В своём исходном положении эта конструкция удерживается упомянутой выше пружиной.

При прохождении через катушку электрического тока в ней сразу же появляется магнитное поле. Параллельно при этом возникает взаимодействие между ним и полем постоянного магнита. При этом обмотка вместе с указателем начинает отклоняться от нуля, что является сигнализатором наличия тока в системе. Как только электрический ток исчезает, магнитное поле катушки тоже пропадает. В этот момент под действием пружины стрелка возвращается в исходное положение. И речь в данном случае идёт о визуальной демонстрации отсутствия тока в цепи. Другими словами, выполняется одна из функций гальванометра, то есть проверка наличия напряжения.

Разбираясь с особенностями устройства, необходимо отметить, что на сегодняшний день широко используются разные модификации описываемых устройств.

Так, мобильные устройства оснащены подвижной рамкой, которая фиксируется на растяжках, а также интегрированной шкалой и стрелочным или световым указателем. Стационарные модели гальванометров устанавливают по уровню, а на рамке при этом закрепляется небольшое по размерам зеркало. Такие устройства комплектуются выносной шкалой со световым указателем, характеризующейся максимальной чувствительностью. При помощи отражающегося от зеркала и параллельно перемещающегося по шкале луча света осуществляется контроль углового движения рамки. Такие приборы рамочного типа на практике используют в качестве нуль-индикаторов, то есть приборов, фиксирующих отсутствие в сети электрического тока или напряжения. Они позволяют в условиях лабораторий осуществлять фиксацию параметров при минимальных показателях I и U.

Практически все гальванометры оснащены магнитными шунтами, положение которых регулируется наружной ручкой для того, чтобы изменялся показатель индукции в рабочем зазоре. Подобным образом можно изменять значения искомых параметров не менее, чем в три раза с учётом требований актуальных стандартов. За перемещение указателя в обе стороны от нулевой отметки отвечает специальный корректор.

Ещё одним важным моментом является необходимость эффективной защиты гальванометров от помех.

Наиболее актуально это для высокочувствительных приборов. Так, для стационарных моделей измерительной техники часто сооружают специальную основу (фундамент), надёжно предотвращающую механические воздействия. Утечки тока, как уже было отмечено, предотвращают за счёт экранирования. Помимо всего прочего, необходимо отметить, что каждый тип современных измерительных приборов имеет свои особенности конструкции и принципа действия.

Отличия от амперметра

Независимо от специфики конструкции и спектра выполняемых операций, любой гальванометр – это электроизмерительное устройство, характеризующееся повышенной чувствительностью и используемое для определения силы тока незначительной величины. При этом многих интересует, в чём именно заключается разница между этими образцами измерительной техники и классическими амперметрами. Прежде всего следует отметить, что последние представляют собой оборудование для нахождения величины силы тока, измеряемой в амперах.

Шкала подобных устройств с учётом диапазона осуществляемых ими измерений может быть градуирована в микроамперах, миллиамперах, амперах и килоамперах.

В отличие от микроамперметра, который тоже способен определять показатели сравнительно небольших токов, шкала гальванометра градуируется несколькими электрическими величинами. В их перечень входят в том числе и единицы напряжения.

Ещё один важный момент заключается в том, что описываемые измерительные приборы могут иметь условную градуировку. Чаще всего такую шкалу можно встретить в ситуациях, при которых гальванометр выполняет функции нуль-индикатора.

Невзирая на то, что все описываемые измерительные приборы имеют одинаковый принцип действия, существует целый перечень их разновидностей. При этом каждый вид устройств отличается от других конструкцией и функционалом. Богатый выбор позволяет приобрести оборудование, в полной мере соответствующее всем требованиям и предпочтениям потенциального покупателя. В то же время некоторым достаточно тяжело разобраться в разнообразии доступных моделей и таких обозначениях, как, к примеру, М-001.

Так, гальванометры М195 и М195/1 предназначены для нулевых измерений. Стоит отметить, что все представленные на рынке образцы оборудования отличаются друг от друга прежде всего конструктивно. Магнитоэлектрические приборы имеют электропроводящую рамку, закрепляемую в процессе эксплуатации на специальной оси, размещённой в магнитном поле. Отклонение указателя от нулевого положения определяется величиной подаваемого тока, индукцией и жёсткостью возвратной пружины.

Главной характеристикой этого типа устройств является их повышенная чувствительность.

Особенность тангенциальных гальванометров – это наличие компаса, необходимого для сравнения магнитных полей электрического тока и Земли. Название устройства получили из-за того, что их функционирование основано на тангенциальном законе магнетизма. Катушка в данном случае выполнена из меди и имеет изоляцию. Сама рамка располагается вертикально и в процессе эксплуатации прибора проворачивается вокруг своей оси. Компас при этом находится в горизонтальной плоскости и в самом центре круглой шкалы. Перед началом работы тангенциальный гальванометр располагают таким образом, чтобы стрелка компаса совпадала с плоскостью обмотки. После этого через неё пропускают ток, создающий магнитное поле на оси катушки.

Стоит отметить, что искусственное поле – это перпендикуляр к магнитному полю планеты.

В результате указатель устройства реагирует на оба активных поля и отклоняется на определённый угол от нулевой отметки, который является тангенсом отношения искусственного и естественного полей.

Помимо уже описанных, существуют также следующие разновидности гальванометров.

Помимо всего перечисленного, стоит уделить внимание также струнным гальванометрам. Речь в данном случае идёт об одной из первых конструкций, которая изначально применялась в медицине. Создателем прибора в 1895 году стал голландский физиолог Виллем Эйнтховен. Измерительное устройство состояло из кварцевой нити, которая за счёт своей минимальной толщины была способна совершать колебания под действием воздуха. Она удерживалась в магнитном поле под напряжением.

Все перечисленные разновидности гальванометров характеризуются простотой конструкции и эксплуатации. Однако за счёт активного внедрения передовых технологий и инновационных технических решений в наши дни практически повсеместно используются электронные измерительные приборы. Их основными преимуществами являются надёжность и, конечно же, максимальная точность.

Как правильно использовать?

Гальванометры можно с уверенностью назвать целым классом измерительного оборудования, характеризующегося максимальным уровнем точности и используемого для исследований величины электрического тока, проходящего через проводники, а также других его параметров. За счёт широкого ассортимента моделей и их функциональных возможностей эти измерительные приборы успешно эксплуатируются на производстве, в быту и в лабораторных условиях. При этом простейшее устройство можно изготовить своими руками.

Гальванометр работает как в качестве самостоятельного оборудования, отображающего параметры малых токов или выполняющего функции нуль-индикаторов, так и в виде основного блока других приборов. Так, существует вариант использования описываемой техники в качестве амперметра и вольтметра. Для этого потребуется:

подключить шунтирующее сопротивление параллельно с устройством для определения силы тока в амперах;
установить в цепи добавочное сопротивление последовательно для измерения напряжения.

Помимо указанных вариантов, гальванометры способны эффективно выполнять функции других приборов.

Термометра в тандеме с датчиком температуры и экспонометра при подключении фотодиода.
Измерителя заряда. Речь в данном случае идёт об эксплуатации именно баллистических гальванометров, предоставляющих возможность определить параметры одиночных импульсов, при прохождении которых происходит резкое движение (отброс) рамки.
Индикатора нуля, эффективно определяющий отсутствие электрического тока в цепи при фиксации указателя на нулевой отметке, градуированной соответствующим образом шкалы.
Устройства для записи сигналов осциллографа. Конструктивные особенности позволяют подключить гальванометр непосредственно к так называемому писчику. В итоге при фиксации любого импульса прибор моментально реагирует и параллельно активирует пишущее устройство, которое, в свою очередь, отображает все данные на бумаге.
Средства для выполнения оптической развёртки. Имеется в виду использование зеркальных моделей в системах лазерной оптики.

На данный момент аналоговые конструкции активно сдают свои позиции, уступая место современным, цифровым устройствам. В соответствии с актуальными статистическими данными, наиболее распространёнными сейчас являются зеркальные гальванометры. Они до сих пор достаточно широко эксплуатируются в качестве элементов различных лазерных установок. Это обусловлено их способностью отклонять лучи лазера.

Независимо от типа измерительного оборудования, его конструкции и функциональных возможностей, к его эксплуатации следует подходить грамотно. Параллельно требуется помнить о технике безопасности, поскольку речь идёт о работе с электрическим током. Не менее важными моментами будут правила хранения и обслуживания приборов, закреплённые в соответствующих инструкциях.

В следующем видео вы подробно узнаете о том, что такое вертикальный гальванометр и какие его принципе работы.

Читайте также: