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📜  动圈电流计

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:38.342000             🧑  作者: Mango

动圈电流计

汉斯·克里斯蒂安·奥斯特在 1820 年发现，载流导线会在其周围产生磁场。他的实验结果如下：

  1. 磁罗盘指针与以载流电缆为中心的假想圆相切。
  2. 当电流反转时，针的方向也会反转。
  3. 流过导线的电流强度决定了针的偏转。

磁场介导了一类称为磁性的物理特性。磁场是由电流和基本粒子的磁矩产生的，它们作用于其他电流和磁矩。电磁是一种多方面的现象，包括磁性。最广为人知的效应发生在铁磁材料中，它们被磁场高度吸引，可以被磁化成为产生磁场的永磁体。

什么是扭矩？

可以使物体沿轴扭转的力被测量为扭矩。在线性运动学中，力是导致物体加速的原因。扭矩也对角加速度负责。因此，扭矩可以定义为线性力的旋转当量。旋转轴是项目旋转的点。扭矩是转动或扭转的力的属性。

例如：

  • 当一个人推一扇关闭的门时，门保持静止，因为尽管施加了力它也不会旋转。
  • 因为没有加速，以稳定的速度踩自行车同样是静态扭矩的一个例子。

均匀磁场中矩形电流回路上产生的转矩

当一个具有 N 匝面积为 A 的矩形回路中，每个回路都承载连续电流 I 并置于均匀磁场 B 中，使回路的法线与平面的法线与磁场方向成角度时，回路承受的扭矩大小为给出：

τ= NIAB sin θ

电流环的磁偶极矩定义为，

|米| = NIA

载流回路的磁偶极矩可以计算为回路电流与总面积的乘积，即

米=我。 (北美)

由于回路中的电流，磁偶极矩是一个矢量，其方向与磁场方向平行。

动圈电流计

有两种主要类型的动圈电流计：

  • 带有悬挂线圈的电流计
  • 带有旋转线圈的检流计或韦斯顿检流计

原则

将载流线圈置于外部磁场中时会产生磁转矩。由于磁转矩效应，线圈偏转的角度与线圈的电流大小成正比。

建造

动圈式电流计由一个带有数匝的矩形线圈组成，这些线圈缠绕在金属框架上，通常由薄绝缘或细铜线构成。线圈围绕固定轴自由旋转。使用耦合到可移动扭力头的磷青铜带将线圈悬挂在均匀的径向磁场中。

导电性和低扭转常数是用于悬挂线圈的材料的两个重要品质。为了增强磁场强度并使其呈放射状，圆柱形软铁芯对称地放置在线圈内部。线圈的下半部分连接到一个圈数适中的磷青铜弹簧。弹簧的另一端连接到装订螺钉。

弹簧用于产生反扭矩，用于平衡磁扭矩并产生一致的角偏转。使用连接到悬线的平面镜以及灯和刻度装置来测量线圈的偏转。量表的零点位于中间。

检流计的图示

在职的

请允许我穿过一个具有 n 匝且横截面面积为 A 的矩形线圈。当线圈置于均匀的径向磁场 B 中时，它会产生一个扭矩。考虑一个长 l 宽 b 的矩形线圈，单匝 ABCD。线圈悬挂在强度为 B 的磁场中，线圈平面平行于磁场。 AB 和 DC 边不受任何磁场的有效力，因为它们平行于磁场的方向。

垂直于场的方向边 AD 和 BC 受到有效力 F，由下式给出，

F = BI

我们可以使用弗莱明的左手定则推断出作用在 AD 和 BC 上的力方向相反。当称为对的相等且相反的力F作用在线圈上时，会产生扭矩。线圈由于扭矩而偏转。

我们知道，

扭矩 (τ) = 力 x 力之间的垂直距离

要么

τ = F × b

使用我们已经知道的 F 值作为替代，

作用在线圈单回路 ABCD 上的力矩 τ = BI × b

其中 l × b 是线圈的面积 A，

因此，作用在 n 匝线圈上的转矩由下式给出，

τ = n IAB

线圈在磁矩的作用下旋转，磷青铜带扭曲。与线圈相连的弹簧 S 又提供反扭矩或恢复扭矩 k，从而产生恒定的角偏转。

平衡条件下：

kθ = nIAB

弹簧的扭转常数用字母 k 表示（每单位扭转的恢复力）。偏转或扭曲由连接在悬索上的指针测量，该指针指示刻度上的值。

θ = (nAB / k) 我

所以，

θ ∝ 我

对于给定的检流计，nAB / k 是一个常数。结果，很明显检流计的偏转与流过它的电流成正比。

动圈振镜的灵敏度

如果检流计在适度的电流下显示出更大的偏转，则它具有更高的灵敏度。电流灵敏度和电压灵敏度是两种灵敏度。

  • 电流灵敏度：每单位电流（I）的偏转（θ）称为电流灵敏度θ/I

θ/I = nAB/k

  • 电压灵敏度：电压灵敏度θ/V是每单位电压（V）的偏转量（θ）

θ/V= (nAB/Vk) 我

电路中的有效电阻用字母 R 表示。值得记住的是，电压灵敏度等于电流灵敏度/线圈电阻。因此，假设 R 保持恒定，电压灵敏度∝电流灵敏度。

检流计优值：是仪器满量程偏转电流与刻度上刻度数的比值。它也是检流计电流灵敏度的倒数。

影响检流计灵敏度的因素：

  1. 线圈匝数N和线圈面积A。
  2. 磁场强度B.
  3. k/nAB是每单位扭绞线对的大小。

检流计的应用

因为动圈电流计是一种非常灵敏的仪器，它可以用来检测任何电路中是否存在电流。在惠斯通电桥电路中使用检流计时，检流计中的指针没有偏转，表明没有电流流过设备。根据电流的方向，指针向左或向右偏转。

通过将其与低电阻并联，检流计可用于测量：

  • 电路中的电流值。
  • 电压可以通过串联一个高阻电阻来增加。

电流计转换为电流表

现在让我们考虑 R g为电流计的电阻，G 为电流计线圈，I 表示通过电路的总电流，I g表示通过电流计的总电流，对应于满量程读数，R s表示分流电阻值。

当电流 Ig 通过检流计时，通过分流电阻的电流由下式给出，

I s = I – I g

由于它们连接的并联性质，检流计和分流电阻两端的电压相等。

所以，

R g × I g = (I – I g ) × R s

电流计转电压表

电流计转换为电压表

现在让我们考虑 R g为电流计的电阻，G 为电流计线圈，I 表示通过电路的总电流，I g表示通过电流计的总电流，对应于满量程读数，V 表示电压电流计和高电阻串联。

支路 ab 上的电压降由电流 I g流过检流计和高电阻 R 的串联组合时给出。

V = R g × I g + R × I g

电流计到电压表

动圈电流计的优点是：

  • 提供高灵敏度。
  • 杂散磁场对其影响不大。
  • 它具有高扭矩重量比。
  • 高精度和可靠性。

动圈电流计的缺点是：

  • 使用它只能测量直流电。
  • 仪器老化、永磁体和弹簧的机械应力损坏等原因会导致错误发生。

示例问题

问题 1：对于 4mA 的电流，电阻为 40 的电流计线圈显示全范围偏转。这个电流计如何变成一个 0-12 V 的电压表？

解决方案：

问题二：在动圈振镜里面放一个软铁圆柱芯的目的是什么？

解决方案：

问题3：电阻为0.1Ω，使用电阻为100Ω的动圈电流计作为电流表。检流计的最大偏转电流为 100 μA。找出电路中导致电流表偏转最大的电流。

解决方案：

问题4：动圈振镜的原理是什么？

解决方案：

问题5：写动圈振镜的优点

解决方案：