Балістичний гальванометр

Балістичний гальванометр 

Балістичний гальванометр призначений для вимірювання кількості електрики, що проходить через ланцюг при короткочасних імпульсах струму. Рухомий частиною приладу є прямокутна рамка з намотаною на неї тонкої ізольованій дротом, підвішена на пружною нитки між полюсами магніту, де вона може робити обертові коливання. 

Балістичний гальванометр відрізняється від звичайного тим, що момент інерції J його рухомої частини спеціально збільшений. Досягається це тим, що до рами гальванометра прикріплюють порожнистий циліндр з м'якого заліза. Збільшуючи момент інерції рамки, цей циліндр сильно збільшує період власних крутильних коливань рамки. 

На рамку з струмом в магнітному полі діє момент сил 

М = [pxB], 

де p = I • S - магнітний момент рамки, S - площа рамки, B - індукція магнітного поля, в яке поміщена рамка, I = dq / dt - сила струму, dq - кількість заряду, що пройшов через рамку за час dt. 

Цей момент сил додає кутовий прискорення рамці 

Е = dw / dt 
З рівняння динаміки обертального руху: 

M = J • E, 

або 

dq / dt • S • B = J • dw / dt 

випливає, що dq = dw • J / S / B, або

w = q • S • B / J. 

Це означає, що заряд, швидко пройшов через гальванометр дає поштовх рамці і надає їй кутову швидкістю w, пропорційну цьому заряду. Далі виникають коливання, в яких кінетична енергія Jw² / 2 переходить в енергію пружною деформації kα² / 2, де k - коефіцієнт крутіння пружною нитки, на якій укріплена рамка. 

Звідси видно, що кут відхилення пропорційний початковій кутової швидкості, а значить і повному заряду, який пройшов через рамку: 

α = w (J / k) ½ = q • S • B / (J • k) ½ 

q = α • (J • k) ½ / SB 

Таким чином балістичним гальванометром можна виміряти заряд, що пройшов через рамку гальванометра. 

Використання як веберметра 

Балістичний гальванометр може використовуватися в якості веберметра (тобто вимірювати магнітний потік через замкнутий провідник, наприклад котушку), для цього до контактів балістичного гальванометра підключають індуктивну котушку, яку поміщають в магнітне поле. Якщо після цього різко прибрати котушку з магнітного поля або повернути так щоб вісь котушки була перпендикулярна силовим лініям поля, то можна виміряти заряд пройшов через котушку, вследствиеэлектромагнитной індукції. т.к. зміна магнітного потоку пропорційно пройшов заряду, проградуювати відповідним чином гальванометр, можна визначати зміну потоку в веберах  , де  - магнітний потік, - сила струму. 

Використання як тесламера 
Так як магнітний потік лінійно пов'язаний з величиною магнітної індукції, після градуювання веберметра з урахуванням індуктивності котушки, можна виміряти індукцію магнітного поля зразка (наприклад, постійного магніту).

Гальванометр

Гальванометр (гальвано — від прізвища ученого Луїджі Гальвані і дав.-гр. metréo — вимірюю) — високочутливий прилад для виміру малих постійних і змінних електричних струмів. На відміну від звичайних мікроамперметрів шкалагальванометра може бути проградуйована не лише в одиницях сили струму, але і в одиницях напруги, інших фізичних величин, або мати умовне, безрозмірне градуювання, наприклад, при використанні в якості нуль-індикаторів.

Різновиди і будова

Магнітоелектричний

Являє собою провідну рамку (зазвичай намотана тонким проводом), закріплену на осі в магнітному полі постійного магніту^[1]. При відсутності струму в рамці вона утримується пружиною в деякому нульовому положенні. Якщо ж по рамці протікає струм, то рамка відхиляється на кут, пропорційний силі струму, що залежить від жорсткості пружини і індукції магнітного поля. Стрілка, закріплена на рамці, показує значення струму в тих одиницях, в яких відградуйована шкала гальванометра.

Від інших конструкцій магнітоелектричні система відрізняється найбільшою лінійністю градуювання шкали приладу (в одиницях сили струму або напруги) і найбільшою чутливістю (мінімальним значенням струму повного відхилення стрілки).

Історично найперша конструкція гальванометра містить нерухому котушку зі струмом і рухливий магніт (в приладах постійного струму) або сердечник з магнітного матеріалу (для приладів, які вимірюють і постійний, і змінний струм), що втягується в котушку або повертаються щодо неї.

Дана конструкція відрізняється більшою простотою, відсутністю необхідності робити котушку можливо меншого розміру і ваги (що потрібно для магнітоелектричних системи), відсутністю проблеми підведення струму до рухомої котушці. Однак такі прилади відрізняються значною нелінійністю шкали (з-за нерівномірностей магнітного поля осердя і крайових ефектів котушки) і відповідної складністю градуювання. Тим не менше, застосування даної конструкції приладів як амперметрів змінного струму відносно великої величини виправдано більшою простотою конструкції та відсутністю додаткових випрямних елементів і шунтів. Вольтметри ж змінного і постійного струму електромагнітної системи найзручніші для контролю вузького діапазону значень напруги, так як початкова ділянка шкали приладу сильно стиснута, а контрольована ділянка може бути розтягнута.

Електродинамічний

У якості рухомого, і нерухомого елемента використовуються котушки з струмом.

Тепловий

• Містять провідник зі струмом, що подовжується при нагріванні, та важільну систему, що перетворює це подовження в рух стрілки.

Інші елементи і особливості конструкції

• Елементи балансування. При відсутності таких гальванометр розрахований на роботу тільки в горизонтальному положенні шкали, або тільки у вертикальному.
• Арретір — елементи конструкції приладу, що забезпечують фіксацію механізму у транспортному, неробочому положенні.
• Заспокоювач — повітряний (у вигляді пелюстки, що переміщається всередині спеціального профілю) або електромагнітний (короткозамкнений виток). Служить для зведення до мінімуму часу вимірювання. Може відображатися в балістичного гальванометра.
• Пружини, як правило, є провідниками, за якими струм подається до рамки магнітоелектричного або до рухомої рамці електродинамічного приладу. У деяких конструкціях віссю і одночасно крутильних пружинами є провідники, на яких розтягується рамка.
• Кріплення однієї з пружин виготовляється поворотним і служить для встановлення стрілки в нульове положення шкали при відсутності струму.
• Як і в інших стрілочних вимірювальних приладах, шкала, крім градуювання, може для підвищення точності зчитування показань приладу мати дзеркало, в якому відображається частина стрілки приладу. Це дзеркало полегшує правильне позиціювання ока спостерігача, при якому промінь зору перпендикулярний до площини шкали.

Дзеркальний гальванометр

Великої точності вимірювань, а також найбільшої швидкості реакції стрілки можна досягти, використовуючи дзеркальний гальванометр, в якому у якості вказівника використовується невелике дзеркальце. Відбитий від нього промінь світла грає роль стрілки.

Послідовне і паралельне з'єднання провідників

Послідовне і паралельне з'єднання в електротехніці — два основних (є ще інші, які походять з них) способи з'єднання елементів електричного кола. При послідовному з'єднанні всі елементи пов'язані один з одним так, що ділянка кола не має жодного вузла. При паралельному з'єднанні всі вхідні в коло елементи об'єднані двома вузлами і не мають зв'язків з іншими вузлами.

Послідовне з'єднання

При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх провідниках однакова:

Повна напруга в колі при послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

Загальний опір усієї ланки кола дорівнює сумі опорів

.

Паралельне з'єднання

При паралельному з'єднанні падіння напруги між двома вузлами, що поєднують елементи кола, однакове для всіх елементів. При цьому величина, обернена загальному опору кола, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно включених провідників.
Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках:

Напруга на ділянках кола і на кінцях всіх паралельно з'єднаних провідників одна й та ж:

Опір ділянки визначається із рівняння — провідність ділянки є сумою провідностей елементів:

Вольтметр

 

Вольтметр — прилад для вимірювання напруги між двома точками електричного кола.

Загальна характеристика

Вольтметр вимірює власне силу струму, який проходить через його опір, тож його можна охарактеризувати як амперметр із великим опором. Вольтметр підключається паралельно до ділянки кола, на якій потрібно виміряти напругу. Великий опір вольтметра забезпечує те, що прилад лише в незначній мірі впливає на проходження струму через коло.

Класифікація


За принципом дії вольтметри поділяються на: 


електромеханічні - магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні,електростатичні, випрямні, термоелектричні;


електронні - аналогові і цифрові


За призначенням: 


постійного струму;


змінного струму;


імпульсні;


фазочуттєві;


селективні;


універсальні


За конструкцією і способу застосування: 


щитові;


переносні;


стаціонарні;

Ампермeтр

Ампермeтр  — прилад, яким вимірюють силу електричного струму. Амперметр завжди вмикають послідовно з тією ділянкою електричного кола, силу струму у якій вимірюють. Електричний опір амперметра є малим.

Загальна характеристика

Найпоширеніші амперметри, в яких рухома частина приладу зі стрілкою повертається на кут, пропорційний вимірюваній величині струму.

Амперметри бувають магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, теплові, індукційні, детекторні, термоелектричні та фотоелектричні.

Магнітоелектричними амперметрами вимірюють силу постійного струму; індукційними і детекторними — силу змінного струму. Амперметри інших систем вимірюють силу будь-якого струму. Найточнішими і найчутливішими є магнітоелектричні та електродинамічні амперметри.

Принцип дії



Принцип дії магнітоелектричного приладу оснований на створенні обертального моменту завдяки взаємодії між полем постійного магніту і струмом, що проходить крізь обмотку рамки. З рамкою з'єднана стрілка, яка переміщується по шкалі. Кут повороту стрілки пропорційний щодо сили струму.

Електродинамічні амперметри складаються з нерухомої і рухомої котушок, з'єднаних паралельно або послідовно. Взаємодія між струмами, що проходять крізь котушки, викликає відхилення рухомої котушки і з'єднаної з нею стрілки. В електричне коло А. вмикаються послідовно з навантаженням, а при високій напрузі, великих струмах—через трансформатор.

Двигун внутрішнього згорання

Двигун внутрішнього згоряння (чотирьох тактний)

Двигун внутрішнього згорання — тип двигуна, теплова машина, в якій хімічна енергія палива, що згоряє в робочій зоні, перетвориться в механічну роботу. Поряд із електричним двигуном двигун внутрішнього згоряння є одним із найпоширеніших типів двигунів. Найчастіше він використовується у транспортних засобах: автомобілях, мотоциклах, поїздах, морському транспорті тощо. Двигуни внутрішнього згоряння застосовуються також в автономних електричних генераторах для виробництва електроенергії.

Двотактний двигун

Двотактний двигун — поршневий двигун внутрішнього згоряння, в якому робочий процес в кожному з циліндрів відбувається за один оборот колінчастого валу, тобто за два ходи поршня.

Принцип дії

Такти стиснення і робочого ходу в двотактному двигуні відбуваються так само, як і в чотиритактному, але процеси очищення та наповнення циліндра суміщені і здійснюються не в рамках окремих тактів, а за короткий час, коли поршень знаходиться поблизу нижньої мертвої точки.

У зв'язку з тим, що в двотактному двигуні, при рівній кількості циліндрів і числі оборотів колінчастого валу, робочі ходи відбуваються вдвічі частіше, літрова потужність двотактних двигунів вище, ніж чотиритактних — в 1,6-1,8 рази, так як частина корисного ходу поршня займає продування — «такт» газообміну, що суміщає впуск і вихлоп, а сам газообмін менш досконалий, ніж у чотиритактних двигунів.

На відміну від чотиритактних двигунів, де витіснення відпрацьованих газів і всмоктування свіжої суміші здійснюється самим поршнем, у скоєних двотактних двигунах газообмін виконується за рахунок подачі в циліндр робочої суміші або повітря (в дизелях) під тиском, створюваним спеціальним продувальним насосом — повітродувкою, а сам процес газообміну отримав назву — продування. У процесі продувки свіже повітря (суміш) витісняє продукти горіння з циліндра в випускні канали, займаючи їхнє місце. При цьому частина свіжого заряду теж виявляється у вихлопних каналах, що погіршує економічність карбюраторного двотактного двигуна, що викидає незгорілих суміш.

У спрощених двотактних двигунах продування здійснюється за рахунок витіснення свіжого заряду поршнем з кривошипної камери в робочу порожнину циліндра. Таке продування називається кривошипно-камерним (і найчастіше буває контурне або дефлекторне — див нижче). Для цого здійснення необхідно, щоб порожнина кривошипа конкретного циліндра була герметична і, по можливості, щоб коленвал займав можливо більший обсяг і був обтічний, щоб якомога менше впливати на газодинаміку. Таким чином, в багатоциліндрових двигунах камери кривошипів окремих циліндрів відокремлені одна від одної, а сам коленвал має досить складну конструкцію. При переміщеннях горючої суміші по камерах та каналах відбувається її розшарування, випадання крапельної фракції палива на стінки елементів конструкції. Тому слід вважати вельми перспективним впровадження на двотактних двигунах системи упорскування палива — тоді продування здійснюється чистим повітрям, а початок упорскування після закриття вихлопних каналів робить втрати палива неможливими.

За способом організації руху потоків продувочного повітря (суміші) розрізняють двотактні двигуни з контурної і прямоточною продувкою. При прямоточному продуванні гази продуваються уздовж осі циліндра в одному напрямку, при контурному потік газів спрямований по контуру циліндра спочатку від поршня до голівки, потім в протилежному напрямку напрямку.