檢流計

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檢測微弱電量用的高靈敏度的機械式指示電錶，用於電橋、電位差計中作為指零儀表，也可用於測微弱電流、電壓以及電荷等。主要有磁電系檢流計、光電放大式檢流計、衝擊檢流計、振動檢流計和振子等。

中文名:檢流計

外文名:galvanometer

用 途:指示電錶

目錄

原理

檢流計是磁電式儀表，它是根據載流線圈在磁場中受到力矩而偏轉的原理製成的。普通電錶中線圈是安放在軸承上，用彈簧遊絲來維持平衡，用指針來指示偏轉。由於軸承有摩擦，被測電流不能太弱。檢流計使用極細的金屬懸絲代替軸承懸掛在磁場中，由於懸絲細而長，反抗力矩很小，所以有很弱的電流通過線圈就足以使它產生顯著的偏轉。因而檢流計比一般的電流表靈敏的多，可以測量微電流（10-7~10-10A）或者微電壓（10-3~10-6V），如光電流、生理電流、溫差電動勢等。首次記錄神經動作電位，就是用此類儀器實現的。

檢流計的另一種用途是平衡指零，即根據流過檢流計的電流是否為零來判斷電路是否平衡，它被廣泛使用在直流電橋和電位差計中。

結構

以光點式檢流計為例，檢流計由三部分組成：(1)磁場部分：由永久磁鐵(N,S)產生磁場，圓柱形軟鐵心(J)使氣隙中磁場呈均勻輻射狀。(2)偏轉部分：能在氣隙中轉動的矩形線圈C及從上下拉緊線圈的金屬張絲E,只要有很小的力矩作用，就能使線圈偏轉。(3)讀數部分：小鏡M固定在動圈上，它把光源射進來的光束反射到標尺上形成一個光標，當電流流過動圈時，動圈受力偏轉而帶動小鏡M轉過角，因而反射光束偏轉的角度為,光標在標尺上移動的距離n=L*α，L為小鏡到標尺的距離 。

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運動狀態

按阻尼的大小不同,有不同的運動狀態：

1)無阻尼狀態

當β=0,即外電路開路(R→∞)和無空氣阻尼(D=O)時,動圈為無阻尼狀態,以平衡位置為中心做等幅振動 ；

(2)實際運動狀態

實際上阻尼總是存在的,當R≠∞,D≠0時有三種運動狀態.1)欠阻尼狀態:此時外電阻R較大，β<ω,動圈以平衡位置為中心作衰減振動，並且逐漸趨緊於平衡位置。2)臨界阻尼狀態:R=Rc,β=ω,動圈無振動的很快達到平衡位置，此時的外電阻稱為臨界電阻Rc，一般來說，檢流計的臨界阻尼狀態是它的理想工作狀態。3)過阻尼狀態:當β>ω,即R<Rc,此時動圈也是做單向偏轉運動，緩慢的趨向平衡位置。R越小，到達平衡位置的時間越長。因為過阻尼運動中，動圈到達平衡的時間長，而且不易判斷動圈是否到達平衡位置，因此它對於測量是不利的 。

測量電路

由於檢流計很靈敏，一般通過電流不能超過1μA。電壓經過兩次分壓後得到很小的電壓(常小於1mV)後才加到檢流計電路中。第一次採用滑線變阻器分壓，第二次採用固定電阻R1/R0ע≈10-3~10-4的數量級分壓。K2是換向開關，用它可以變換過檢流計的電流方向， K3是阻尼開關，將它合上就可以將檢流計短路，檢流計的動圈就停止振動 。

磁電系

其結構和工作原理與磁電系電錶基本相同。作為檢流計，要求有較高的靈敏度，主要是電壓靈敏度和電流靈敏度。為提高電流靈敏度，通常要增加轉動力矩，例如加強磁場和增加動圈匝數。但限於氣隙尺寸，須用很細的導線繞制動圈。因此電流靈敏度高的檢流計的動圈電阻(內阻)較高。此外，要降低反抗力矩，可採用力矩很弱的拉絲（或懸絲）將動圈安置在永久磁鐵的氣隙中。為此，檢流計使用時要保持水平位置。檢流計動圈沒有金屬框架，阻尼力矩由動圈本身提供,動圈在氣隙磁場中運動時,切割磁通而產生電動勢，此電動勢引起的流過動圈和外電路的電流，在檢流計中又與磁場作用產生阻尼力矩。因此，外電路的結構要影響檢流計阻尼的強弱。若使檢流計指示迅速達到穩定，應令其工作在稍欠阻尼狀態。磁電系檢流計是很精細的電錶，不使用時，須將兩端短路，這時阻尼最強，可保護檢流計可動部分少受損害。

檢流計刻度盤上的刻度分格是均勻的，零點標在度盤中心。動圈左右偏轉，都可讀數。刻度上雖然標有數值，只是表示分格數；用於測電流、電壓時，要另行標定刻度分格所代表的準確數值。

磁電系檢流計的電流靈敏度以電流常數（電流靈敏度與電流常數互為倒數）表示，可達10-9安/分格或更高，內阻達幾千歐。用檢流計測微弱電壓時，要求有較高的電壓靈敏度。因檢流計測量的基本量是電流，如要求在一定的被測電壓下能有較大的電流通過檢流計，則希望檢流計有較低內阻，但此時電流的靈敏度降低。因此，電壓靈敏度高的檢流計,其電流靈敏度要低些（例如10-7安/分格）。

為使用方便，可將磁電系檢流計做成便攜式，動圈用張絲拉緊，並採用光線多次反射以提高靈敏度。

光電放大式檢流計 　將光電放大器與兩個磁電系檢流計結合在一起即構成圖2所示的光電放大式檢流計。初級檢流計接在被測迴路中，它的小鏡將光線反射到差分光電池上。兩光電池的輸出電流之差流入次級檢流計G2。如此可獲得較強的信號。為使檢流計工作穩定，通常採用負反饋線路。

使用方法

1．觀察檢流計運動狀態並測量臨界電阻。 合上開關K1,調節變阻器R使得光標偏轉至60mm,斷開K1使檢流計處於測量狀態。

(1) 根據臨界阻尼的工作狀態要求，測量臨界電阻Rc。

(2) 選取Rkp分別為臨界電阻的31、21、1、2、3倍時，判別檢流計的運動狀態，測出光標第一次回到自然平衡位置(零點)的時間和最終達到平衡位置的阻尼時間（每種狀態測兩次）。 在上述操作中，選取合適的R0/R1,使得光標偏轉60mm

2．測量檢流計的電流常數CI和電壓常數CV。

(1) 選擇Rkp= Rc,使檢流計工作在臨界狀態，選擇合適的R0/R1,調節滑線變阻器R，使光標n=60mm,記下對應的刻度n1和電壓V01,然後將開關K2迅速倒向，記下反方向偏轉n1』。

(2) 調節變阻器R,使得光標每次減少5mm,重複(1)的步驟，得到一組ni、ni』 和V0i的數據。 由平均值做出n-V曲線，求出K=n/V,帶入(15)和(17),計算CI和CV。

3．測量阻尼時間Tc 阻尼時間Tc是指在臨界狀態下，檢流計從最大偏轉位置(如60mm)到達穩定平衡位置需要的時間，斷開開關K1,測量三次Tc。

4．根據步驟2的數據，求最大偏轉(60mm)時的

5．測量Rkp= 0.5Rc和2Rc及滿偏60mm時的CI和CV。

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注意事項

檢流計使用時在「直接」檔進行調零和測量，實驗完畢後放回「短路」檔。

檢流計在實驗過程中要避免受震動。

在調節Rkp過程中要注意對檢流計的保護以防進入檢流計電流過大。

衝擊電流測量

測短暫脈衝電流所含電荷量的磁電系檢流計。其可動部分具有較大慣量。為保證測量準確度，理論上要求在短暫脈衝電流通過檢流計時，可動部分應靜止不動；短暫脈衝消失後，可動部分或單方向，或以刻度零點為中心作衰減擺動。不論哪種情況，取最大偏轉或擺動的第一次最大值αm來表示電荷量Q的大小，即αm=SqQ,Sq是衝擊檢流計的衝擊靈敏度。可通過接入光電放大器來提高衝擊檢流計的Sq。普通磁電系檢流計也可用以測電荷量，但其可動部分的慣量不夠大，會產生測量誤差。

振子

可動部分的質量和慣量都很小的磁電系檢流計測量機構。由張絲支承的可動部分裝在圓柱形框架中，並罩以外套管，內充硅油，以實現阻尼作用。外套管上有一透鏡窗口，光線通過它聚焦到可動部分的反射小鏡上。振子能跟隨快速變化量動作,可反映10000赫以下交變量的變化情況。主要用於光線示波器中。

振動檢流計

一種動磁鐵式檢流計。可動部分由小塊永久磁鐵和小鏡構成，其上下被張絲拉緊。小磁鐵處於用疊片組成的磁極間，磁極上繞有線圈，被檢測電流i通入此線圈後,由於可動部分的質量和慣性都較小，因此,可動部分可跟隨電流i引起的交變磁場的瞬時值的變化動作。小鏡左右擺動，光線被小鏡反射後,在標尺上形成光帶。i為零時,小鏡不動,光帶縮成一條線。

為使振動檢流計的靈敏度達到最高，其可動部分的機械振動頻率應與外加電流頻率產生諧振。為此設置了另一套為調諧用的永磁系統，它包括磁軛和一可旋動的永久磁鐵。旋動永久磁鐵可改變調諧系統磁軛的磁極強度，即可改變與可動部分小磁鐵間的吸力。這等效於調整了可動部分中張絲的拉力，因此改變了可動部分的機械諧振頻率。這種檢流計主要用於工頻，作指零儀表。