检流计是磁电式仪表,它是根据载流线圈在磁场中受到力矩而偏转的原理制成的。普通电表中线圈是安放在轴承上,用弹簧游丝来维持平衡,用指针来指示偏转。由于轴承有摩擦,被测电流不能太弱。检流计使用极细的金属悬丝代替轴承悬挂在磁场中,由于悬丝细而长,反抗力矩很小,所以有很弱的电流通过线圈就足以使它产生显著的偏转。因而检流计比一般的电流表灵敏的多,可以测量微电流(10-7~10-10A)或者微电压(10-3~10-6V),如光电流、生理电流、温差电动势等。首次记录神经动作电位,就是用此类仪器实现的。 磁电系检流计结构
检流计的另一种用途是平衡指零,即根据流过检流计的电流是否为零来判断电路是否平衡,它被广泛使用在直流电桥和电位差计中。
以光点式检流计为例,检流计由三部分组成:(1)磁场部分:由永久磁铁(N,S)产生磁场,圆柱形软铁心(J)使气隙中磁场呈均匀辐射状。(2)偏转部分:能在气隙中转动的矩形线圈C及从上下拉紧线圈的金属张丝E,只要有很小的力矩作用,就能使线圈偏转。(3)读数部分:小镜M固定在动圈上,它把光源射进来的光束反射到标尺上形成一个光标,当电流流过动圈时,动圈受力偏转而带动小镜M转过角,因而反射光束偏转的角度为,光标在标尺上移动的距离n=L*α,L为小镜到标尺的距离[1] 。
按阻尼的大小不同,有不同的运动状态:
1)无阻尼状态
当β=0,即外电路开路(R→∞)和无空气阻尼(D=O)时,动圈为无阻尼状态,以平衡位置为中心做等幅振动[1] ;
(2)实际运动状态
实际上阻尼总是存在的,当R≠∞,D≠0时有三种运动状态.1)欠阻尼状态:此时外电阻R较大,β<ω,动圈以平衡位置为中心作衰减振动,并且逐渐趋紧于平衡位置。2)临界阻尼状态:R=Rc,β=ω,动圈无振动的很快达到平衡位置,此时的外电阻称为临界电阻Rc,一般来说,检流计的临界阻尼状态是它的理想工作状态。3)过阻尼状态:当β>ω,即R 由于检流计很灵敏,一般通过电流不能超过1μA。电压经过两次分压后得到很小的电压(常小于1mV)后才加到检流计电路中。第一次采用滑线变阻器分压,第二次采用固定电阻R1/R0ע≈10-3~10-4的数量级分压。K2是换向开关,用它可以变换过检流计的电流方向, K3是阻尼开关,将它合上就可以将检流计短路,检流计的动圈就停止振动[1]
。 其结构(图1) 和工作原理与磁电系电表基本相同。作为检流计,要求有较高的灵敏度,主要是电压灵敏度和电流灵敏度。为提高电流灵敏度,通常要增加转动力矩,例如加强磁场和增加动圈匝数。但限于气隙尺寸,须用很细的导线绕制动圈。因此电流灵敏度高的检流计的动圈电阻(内阻)较高。此外,要降低反抗力矩,可采用力矩很弱的拉丝(或悬丝)将动圈安置在永久磁铁的气隙中。为此,检流计使用时要保持水平位置。检流计动圈没有金属框架,阻尼力矩由动圈本身提供,动圈在气隙磁场中运动时,切割磁通而产生电动势,此电动势引起的流过动圈和外电路的电流,在检流计中又与磁场作用产生阻尼力矩。因此,外电路的结构要影响检流计阻尼的强弱。若使检流计指示迅速达到稳定,应令其工作在稍欠阻尼状态。磁电系检流计是很精细的电表,不使用时,须将两端短路,这时阻尼最强,可保护检流计可动部分少受损害。