Баллистический гальванометр: Баллистический гальванометр | Экскурсионно-просветительский центр ТГУ

Содержание

Баллистический гальванометр | это… Что такое Баллистический гальванометр?

Баллисти́ческий гальвано́метр предназначен для измерения количества электричества, проходящего через цепь при кратковременных импульсах тока. Подвижной частью прибора является прямоугольная рамка с намотанной на неё тонкой изолированной проволокой, подвешенная на упругой нити между полюсами магнита, где она может совершать вращательные колебания.

Баллистический гальванометр отличается от обычного тем, что момент инерции J его подвижной части специально увеличен. Достигается это тем, что к раме гальванометра прикрепляют полый цилиндр из мягкого железа. Увеличивая момент инерции рамки, этот цилиндр сильно увеличивает период собственных крутильных колебаний рамки.

На рамку с током в магнитном поле действует момент сил

М=[pxB],

где p =I•S — магнитный момент рамки, S — площадь рамки, B — индукция магнитного поля, в которое помещена рамка, I=dq/dt — сила тока, dq — количество заряда, прошедшего через рамку за время dt.

Этот момент сил придает угловое ускорение рамке

Е=dw/dt

Из уравнения динамики вращательного движения

M=J•E,

или

dq/dt•S•B=J•dw/dt

следует, что dq=dw•J/S/B, или

w=q•S•B/J.

Это означает, что заряд, быстро прошедший через гальванометр дает толчок рамке и придает ей угловую скоростью w, пропорциональную этому заряду. Далее возникают колебания, в которых кинетическая энергия Jw²/2 переходит в энергию упругой деформации kα²/2, где k — коэффициент кручения упругой нити, на которой укреплена рамка.

Отсюда видно, что угол отклонения пропорционален начальной угловой скорости, а значит и полному заряду, прошедшему через рамку:

α=w(J/k)½=q•S•B/(J•k)½

q=α•(J•k)½/SB

Таким образом баллистическим гальванометром можно измерить заряд, прошедший через рамку гальванометра.

Использование в качестве веберметра

Баллистический гальванометр может использоваться в качестве веберметра (т. е. измерять магнитный поток через замкнутый проводник, например катушку), для этого к контактам баллистического гальванометра подключают индуктивную катушку, которую помещают в магнитное поле. Если после этого резко убрать катушку из магнитного поля или повернуть так чтобы ось катушки была перпендикулярна силовым линиям поля, то можно измерить заряд прошедший через катушку, вследствие электромагнитной индукции. т.к. изменение магнитного потока пропорционально прошедшему заряду, проградуировав соответствующим образом гальванометр, можно определять изменение потока в веберах , где — магнитный поток, — сила тока.

Использование в качестве тесламера

Так как магнитный поток линейно связан с величиной магнитной индукции, после градуировки веберметра с учётом индуктивности катушки, можно измерить индукцию магнитного поля образца (например, постоянного магнита).

ГОСТ
ISO

Метрология и стандартизация

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Реферат

Метрология и стандартизация

От 250 руб
Контрольная работа

Метрология и стандартизация

От 250 руб
Курсовая работа

Метрология и стандартизация

От 700 руб

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Метроло́гия — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью; нормативная база для этого — метрологические стандарты.

Метрология состоит из трёх основных разделов:

Теоретическая или фундаментальная — рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений физических величин, их единиц, методов измерений).
Прикладная — изучает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.
Законодательная — устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Стандартиза́ция — деятельность по разработке, опубликованию и применению стандартов, по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества, технической и информационной совместимости, взаимозаменяемости и качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии, единства измерений, экономии всех видов ресурсов, безопасности хозяйственных объектов с учётом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций, обороноспособности и мобилизационной готовности страны.

Стандартизация направлена на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.

За реализацию норм стандартизации отвечают органы стандартизации, наделенные законным правом руководить разработкой и утверждать нормативные документы и другие правила, придавая им статус стандартов.

В области промышленности стандартизация ведет к снижению себестоимости продукции, поскольку:

позволяет экономить время и средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций и объектов;
повышает надежность изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике;
упрощает ремонт и обслуживание изделий, так как стандартные узлы и детали — взаимозаменяемые (при условии, что сборка осуществлялась без пригоночных операций).

На нашем сайте предоставлены учебные материалы для студентов, по метрологии и стандартизации. Суммарно около

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Расчет стоимостиГарантииОтзывы

Что такое баллистический гальванометр? — Определение, конструкция, теория и калибровка

Определение: Гальванометр, который используется для оценки количества протекающего через него заряда, называется баллистическим гальванометром . Принцип работы баллистического гальванометра очень прост. Это зависит от отклонения катушки, которое прямо пропорционально прошедшему через нее заряду. Гальванометр измеряет большую часть заряда, проходящего через него, несмотря на ток.

Баллистический гальванометр состоит из катушки медной проволоки, намотанной на токопроводящий каркас гальванометра. Фосфористая бронза подвешивает катушку между северным и южным полюсами магнита. Для увеличения магнитного потока внутри катушки помещается железный сердечник. Нижняя часть катушки соединяется с пружиной. Эта пружина обеспечивает восстанавливающий крутящий момент на катушке.

Когда заряд проходит через гальванометр, их катушка приходит в движение и получает импульс. Импульс катушки пропорционален прошедшим через нее зарядам. Фактическое показание гальванометра достигается за счет использования катушки с высоким моментом инерции. Момент инерции означает, что тело противодействует угловому движению. Если катушка имеет высокий момент инерции, то их колебания велики. Таким образом, получаются точные показания.

Теория баллистического гальванометра

Рассмотрим прямоугольную катушку с числом витков N, помещенную в однородное магнитное поле. Пусть l — длина, а b — ширина витка. Площадь катушки определяется как

Когда ток проходит через катушку, на нее действует крутящий момент. Данное выражение определяет величину крутящего момента.

Пусть ток течет через катушку в течение очень короткого времени, скажем dt, и это выражается как

Если ток проходит через катушку в течение t секунд, выражение принимает вид

q — это общий заряд, проходящий через катушку. Момент инерции катушки равен л, и угловой скорости через ω. Выражение дает угловой момент катушки

Момент импульса катушки равен силе, действующей на катушку. Таким образом, из уравнений (4) и (5) получаем.

Кинетическая энергия (К) отклоняет катушку на угол θ, и это отклонение восстанавливается пружиной.

Крутящий момент катушек равен их прогибу. Таким образом,

Периодические колебания катушки задаются как

Умножая уравнение (7) из приведенного выше уравнения, мы получаем

Подставляя значение уравнения (6) в уравнение (8), мы получаем

K – постоянная баллистического гальванометра.

Калибровка гальванометра

Калибровка гальванометра – это процесс определения его постоянной величины с помощью практических экспериментов . Ниже приведены методы, используемые для определения константы баллистического гальванометра.

Использование конденсатора

Зарядка и разрядка конденсатора дают значения константы баллистического гальванометра. Схема устройства для калибровки баллистического гальванометра с помощью конденсатора показана на рисунке ниже.

В схеме используется двухполюсный переключатель S и неизвестный источник ЭДС E. Когда переключатель S подключается к клемме 2, конденсатор заряжается. Аналогично, когда переключатель подключается к выводу 1, конденсатор разряжается через резистор R, включенный последовательно с баллистическим гальванометром.

Ток разряда конденсатора отклоняет катушку баллистического гальванометра на угол θ. Формула расчета постоянной гальванометра

Использование взаимной индуктивности

Постоянная баллистического гальванометра определяется через взаимную индуктивность между катушками. Устройство баллистического гальванометра требует двух катушек; первичный и вторичный. Первичная катушка запитывается от известного источника напряжения.

Из-за взаимной индукции ток возникает во вторичной цепи. И этот ток используется для калибровки баллистического гальванометра.

Баллистический гальванометр – Принцип работы – Конструкция

Баллистический гальванометр — Принцип работы — Конструкция — Теория баллистического гальванометра

Баллистический гальванометр

Баллистический гальванометр
являются измерительными приборами, которые используются для измерения количества электрических
заряды получены из магнитного потока . Его конструкция похожа на
подвижная катушка гальванометра и состоит из двух дополнительных
характеристики.

Он состоит из чрезвычайно малого электромагнитного демпфирования.

Состоит из незаглушенных колебаний.

Принцип работы баллистического гальванометра /принцип баллистического гальванометра заключается в том, что заряд, измеренный баллистическим гальванометром, должен пройти через катушку. Итак, катушка начинает двигаться. Когда заряд протекает через катушку, он создает ток из-за крутящего момента, создаваемого в катушке. Этот крутящий момент действует в течение короткого времени. Произведение крутящего момента и периода времени придает катушке силу, и катушка начинает вращаться.

Принцип работы баллистического гальванометра

Принцип работы баллистического гальванометра заключается в том, что заряд, измеренный баллистическим гальванометром, должен пройти
через катушку. Итак, катушка начинает двигаться. Когда заряд проходит через
катушка, она вызывает ток из-за крутящего момента, создаваемого в катушке. Этот
крутящий момент действует кратковременно. Произведение крутящего момента на период времени дает
усилие на катушку, и катушка начинает вращаться. Когда начальная кинетический
энергия катушки полностью использована на совершение работы, катушка приходит в движение
вернуться в исходное положение. Таким образом, катушка колеблется в магнитном поле.
и отмечается отклонение, по которому можно рассчитать заряд.

Конструкция баллистического гальванометра

В конструкции баллистического гальванометра баллистический гальванометр состоит из круглой или прямоугольной катушки медной проволоки почти 10
до 15 оборотов. Эта катушка подвешена в радиальном поле между вогнутым полюсом
кусочки сильного магнита. когда катушка вращается в магнитное поле ,
ЭДС индуцируется через катушку в соответствии с законом Ленца it
противодействует движению катушки, и это известно как электромагнитное демпфирование. К
свести к минимуму электромагнитное демпфирование катушка должна быть намотана на
деревянная рама и вся подвеска заключена в металлический корпус, снабженный
стеклянные лица.

Теория баллистического гальванометра

Крутящий момент, развиваемый катушкой в любой момент времени:

Где L — длина, W — ширина, n — это
число витков катушки и B — плотность потока воздушного зазора.

Момент ускорения:

Где J — момент инерции катушки, а w — момент
угловая скорость. Если катушка замкнута в нулевую точку, то разряд
имеет место, а крутящий момент подвески равен нулю. Значение вождения
крутящий момент равен, если пренебречь демпфирующим крутящим моментом. Во время короткого
период разряда:

Путем интегрирования:

Где нулевой индекс указывает на условия в конце
время разряда. Интегральная форма уравнения (4) сумма сбора
который прошел через катушку. Следовательно:

Приведенное выше уравнение указывает, что скорость катушки приобретает
от импульса пропорциональна количеству заряда, прошедшего через
это.

Во время фактического движения отклоняющий момент равен нулю, а
уравнение движения:

Где D — постоянная демпфирования, S — постоянная управления, а

—
отклонение в радианах. Таким образом,

Где A и B — постоянные m1, а m2 — мнимые, тогда
начальные условия:

При этом условии решение может быть записано как:

Где

Отклонения в уравнении. 9 пропорциональны

и из уравнения. 12 отклонения
пропорциональна Q.

Амплитуда первого качания

это:

Отношение последовательных колебаний находится по экспоненте
множитель для интервала времени

т = π/β. Соотношение последовательных колебаний:

Натуральный логарифм этого отношения:

Третий замах таким же образом выглядит следующим образом:

В общем:

В случае критического демпфирования уравнение (9) будет записано как:

Максимальный прогиб найден для

или
t = 2J/D. Подставьте это значение в уравнение 15 и назовем прогиб

, затем:

Суммируя результаты в следующем уравнении заряда
прохождение через гальванометр:

Рабочие единицы уравнения. (19) это:

K2 = чувствительность гальванометра в миллиметрах отклонения

Θ = отклонение в миллиметрах

Q = заряд в микрокулонах

Измерение электрического потока баллистическим методом
Гальванометр

Для измерения магнитного потока стержневого магнита стержневой магнит
окружен катушкой, соединенной последовательно с переменным резистором и
гальванометр. Последовательный резистор обеспечивает критическое демпфирование и используется для
контролировать чувствительность магнитного потока. Эта чувствительность регулируется
регулировка количества витков в катушке. Когда магнит внезапно вынимается
от катушки, в катушке возникает импульс в течение нескольких секунд и
отклонение гальванометра принимается за меру потока. Индуцированный
напряжение в катушке:

Где поток измеряется в веберах, а N — количество витков в
катушка. Если R — общее сопротивление цепи, включая последовательный резистор
и гальванометра, то ток, протекающий в цепи, равен:

Количество заряда, прошедшего через гальванометр:

Прогиб гальванометра:

Где К2 — коэффициент чувствительности, и его необходимо правильно оценить.
для сопротивления, используемого в тестовых измерениях.

Калибровка баллистического гальванометра

Калибровка баллистического гальванометра может быть выполнена во многих
различные пути. Вот некоторые методы калибровки:

По конденсатору:

В этом методе конденсатор заряжается через
напряжения и разряжается гальванометром. Резистор и переключатель S ₂
Используется для быстрого перевода гальванометра в нулевое положение после
отклонение. Конденсатор заряжается через верхнее положение переключателя S ₁ и разряжается контактами этого выключателя S1 в нижнем
позиция. Разряженное количество электричества и емкость
конденсатор рассчитывается таким образом, что постоянная K2 делится на наблюдаемую
отклонение. Это незатухающая чувствительность из-за бесконечного сопротивления
гальванометра. Шунт добавлен параллельно последовательному резистору.
и гальванометр. Этот шунт обеспечивает демпфирование и, если шунт находится в критическом состоянии,
значение, то действие становится вялым, а условия демпфирования улучшаются с
сочетание шунтирующие и последовательные сопротивления .

Этот метод обычно не используется, потому что его трудно
измерить точную величину емкости конденсатора и затухание
гальванометр отличается во время работы теста.

Стандартный соленоид:

Этот метод в основном используется для целей калибровки. В этом
метод, стандартный соленоид длинной катушки наматывается на цилиндр
немагнитный материал. Длина соленоида не менее 1 метра, а
диаметр 10см.намотка должна быть равномерной и ее длина должна быть такой
его напряженность поля H составляет 10000 А/м или более, когда на него подается максимальный ток.
катушка. Калибровка выполняется с помощью известного потока. Поток, связанный с
катушка:

Где N1 — первичный оборот/метр, I1 — первичный ток
в амперах, A – площадь поперечного сечения катушки m ² .

Такое расположение создает изменение потока дважды, поэтому
замена:

Где N2 — витки катушки, R — сопротивление катушки.
и схема гальванометра.

Калибровка для измерения потока в удобной форме,
после оценки коэффициента чувствительности К2. Если гальванометр используется для
измерение неизвестного потока, то оно будет записано как:

где

это
неизвестное изменение потока,

есть
прогиб в миллиметрах и

это
количество витков в катушке.