题目

电流表表头原理是什么.为什么指针会动.

提问时间：2020-11-06

答案

一、电表
（一）电表的结构与工作原理
实验室用的电表大部分是磁电式电表.它们的内部构造可以简单地表示为如图2—2—1所示.永久磁铁的两个极上连着带圆筒孔腔的极掌,极掌之间装有圆柱形软铁芯,它的作用是使极掌和铁芯间的空隙中磁场很强,并且磁力线是以圆柱的轴为中心呈均匀辐射状.在圆柱形铁芯和极掌间空隙处放有长方形线圈,线圈上固定一根指针,当有电流流通时,线圈就
受电磁力矩而偏转,直到跟游丝的反扭力矩平衡.线圈偏角的大小与所通入的电流成正比,电流方向不同,偏转方向也不同,这是磁电式电表的工作原理.
磁电式电表串联或并联一个电阻后,就构成了一个电压表或电流表.
（二）电表的维护
电表的维护参见电表的使用注意事项.

图2—2—1
图2—2一2
图2—2一3

二、灵敏电流计
（一）灵敏电流计的结构与原理
1．灵敏电流计的基本结构
灵敏电流计的基本结构如图2—2一2所示,可以把它分为三个部分.
（1） 磁场部分：永磁铁磁掌N、S极和圆柱形软铁心的间隙内,磁场呈均匀辐射状.
（2）偏转部分：线圈在磁场内可自由转动.线圈的上下端用称为张丝的金属丝张紧,张丝作为线圈的电流引线又作为线圈的转轴,代替了普通电表的转轴和轴承,可以避免机械摩擦.提高了电流计的灵敏度.
（3）读数部分：灵敏电流计的读数系统,如图2—2—3所示.从光源发出的光照到固定在张丝上的小镜上,反射后形成带准线像的光标投射到读数标尺上.
2．灵敏电流计的读数原理
当电流通过线圈时,线圈带动小镜转过α角,光标偏转角为2α.光标在标尺上移动的距离为
d = 2αr
式中r是小镜与标尺之间的距离.显然,这种读数系统采用了光杆原理.提高了电流计的灵敏度.
可以证明光标偏转量d与通过线圈的电流I成正比,即
I = Kd
式中K称为灵敏电流计的电流常数,单位是A/mm,即光标偏转1mm所对应的安培数.K的倒数l／K＝S,称为电流计的灵敏度.表示通过单位电流时引起的光标偏转量,S越大,电流计越灵敏.
3．灵敏电流计的运动状态
了解电流计线圈的运动状态,便于根据需要选用适当状态进行测量,以达到缩短测量等待时间或者提高测量精度的目的.
灵敏电流计工作时线圈转动切割磁场线,故线圈内产生感应电动势E.由于灵敏电流计内阻Rg与外电路电阻R构成回路,因而有感生电流通过线圈.感生电流
i = .
感生电流i在磁场中也受到磁力作用.所产生的力矩将阻碍线圈转动,该力矩称为电磁阻尼力矩,用M阻表示.它的大小与R近似成反比,因而,控制R的大小可以控制M阻的大小,从而控制线圈的运动状态.
当灵敏电流计工作时,光标的准线从零点偏转,最后稳定在α处.运动过程可分为欠阻尼、过阻尼和临界阻尼三种运动状态.
(1) 当R较大时,M阻较小,线圈作减幅振荡,线圈需较长时间才能停在α处,如图2—2一4的曲线Ⅰ所示,这种情况称为欠阻尼运动状态.若外电路断开,则R ∞,M外 0,这时线圈只受到空气阻尼,其数值很小,常忽略不计,可称为无阻尼运动状态,振动一次的时间称为自由振动周期,用T表示.


图2—2一4

(2)当R较小时,M外较大,线圈将缓慢地趋于α,而又不超过α,如图2—2—4曲线Ⅱ所示,这种情况称为过阻尼运动状态.如果在灵敏电流计两端并联一个“阻尼开关”,要使光标尽快稳定下来,可按下“阻尼开关”,使R ＝ 0,M外最强,线圈停止偏转,可使光标停在平衡位置,缩短复零时间.
(3) 当R = Rc时,线圈处于上述欠阻尼和过阻尼之间,M外恰好使线圈无振动地最快转到平衡位置α处,如图2—2—4曲线Ⅲ所示,这种情况称为临界阻尼运动状态,Rc称为灵敏电流计的外临界电阻.在实验中,为了缩短等待读数的时间,应尽可能使灵敏电流计工作在临界阻尼或接近临界阻尼状态.为此,应选用Rc接近R的灵敏电流计.
（二）灵敏电流计的维护
1．灵敏电流计不可以剧烈震动,以免损坏转动部分.
2．灵敏电流计是一种高灵敏度的仪表,一般只可以用来测量微弱电流（10-6~10-10A）或微小电压（10-3~10-6V）.切不可测量超过该量程的电流或电压.
3．灵敏电流计应该水平存放,避免太阳直射,要远离热源.