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.