> Техника, страница 35 > Гальванометр

Гальванометр

Гальванометр, прибор для измерения слабых электрических токов (или, соответственно, малых разностей потенциалов), основанный на механическом взаимодействии токоировода и магнита. Единицей весьма слабых токов в настоящее время принято считать нано-ампер; пА, то есть «карликовый ампер», равный 10^—ϋ А. Подобным же образом за единицу весьма малого напряжения (разности потенциалов) принимают нано-вольт, nV, равный 10 “ V. Для измерения токов более сильных существуют приборы, имеющие специальные названия, по построенные по тому же принципу, что и Г.; таковы миллиамперметры, измеряющие тысячные доли ампера, амперметры—для

* Это название и обозначение введено в Германии комиссией но единицам измерении—AFF (Ausschuss fQr Einheiten imd Formelgrossen).

измерения от десятых до сотен амперов и, наконец, особые приборы на тысячи амперов.

Описание гальванометра. В зависимости от того, какая именно из взаимодействующих частей будет подвижною, Г. делятся на Г. с подвижной системой магнитов (стрелочные, зеркальные—в том числе различные астатические, бронированные и т. и., дифференциальные и прочие) и Г. с подвижной системой токопроводов (катушечные, вибрационные, струнные, петлевые). Кроме того, как те, так и другие гальванометры могут быть предназначены для измерения в каждый отдельный момент времени либо тока, медленно меняющегося (обыкновенные Г.), либо тока (соответственного напряжения), быстро меняющегося (быстро устанавливающиеся Г.: струнный, отчасти вибрационные, крутнльно-катушечн., электрокардиограф, некоторые осциллографы), или же для учета суммарного действия некоторого тока за известный промежуток времени (баллистические Г.; флюметры).

Гальванометры со стрелкой. Эти Г. построены по принципу амперметров с постоянным магнитом, в поле которого помещается подвижная катушка. Стрелка такого Г. может отклоняться в обе стороны от нулевого положения, в зависимости от направления Toica, проходящего через катушку. На фигуре 1 изображен Г., катушка которого укреплена на оси, вращающейся в подпятниках. Длина стрелки около 90 миллиметров. Одно деление соответствует силе тока в 10“ А или, если измерять напряжение, то

Фигура 1. Фигура 2.

напряжению в 0 2 mV. По обе стороны от нулевого положения имеется по 25 делений, что соответствует повороту стрелки на угол в 2x15°. Более чувствительным является Г., катушка которого подвешена па тонкой металлической ленте (фигура 2). Этот прибор должен устанавливаться горизонтально. Его чувствительность равна 0,15—0,5 /<А на одно деление. Г. со стрелкой применяются исключительно при постоянном токе, в тех случаях, где необходимо обнаруживать весьма незначительные токи, например при измерениях с мостиком Витстона при определении сопротивления изоляции и т. и.

Гальванометры с зеркальцем. Более чувствителен Г., указателем которого служит световой луч, отбрасываемый от зеркальца. Это зеркальце укрепляется на нити (или на двух нитях—бнфилярн. подвес), к которой подвешена подвижная часть Г. От источника света L (фигура 3) на зеркальце S попадает луч света в виде узкой полоски; этот луч отражается от зеркальца и попадает на шкалу RR. При повороте зеркальца й

L

Фигура 3.

на угол а отраженный луч поворачивается па угол 2« и перемещается по шкале на расстояние г. Если Е—расстояние шкалы от зеркальца, то tg 2к=I. Так.обр.при небольших отклонениях угол отклонения а пропорционален перемещению г отраженного луча по шкале. При более тщательных измерениях угол поворота наблюдают другим способом; освещают шкалу и наблюдают в подзорную трубу деления шкалы, отражаемые в зеркальце («Зеркальный отсчет»), Зеркальце должен быть очень легковесным и должно иметь размеры от 8 до 0,5 миллиметров в диаметре Чувствительность гальванометра с зеркальцем доходит иногда до перемещения в 1 миллиметров по шкале, расположен, на расстоянии 1 м, при силе тока в 0,01 пА. Дальнейшее увеличение чувствительности затрудняется тем обстоятельством, что нулевая точка такого сверхчувствительного Г. не остается неподвижной, но перемещается то в одну, то в другую сторону. Эти перемещения, иовндимому, связаны с молекулярными токами, создаваемыми тепловым движением в проводах цепи Г. Такая большая чувствительность обыкновенно не требуется. Г. считается чувствительным, если он позволяет измерить ток силою в 1 пА. Увеличение чувствительности Г. связано с увеличением периода колебаний подвижной сис темы и с возмож-ностыо повреждения прибора. Поэтому пользование слишком чувствительным Г. скорее вредно, чем полезно. Во многих случаях изменяют чув-ствител ьность гальванометра при помощи предвключен ного сопротивления или при помощи шунта; специальный шунт Ар-манья (Armagnat.) дает возможность изменять чувствительность гальванометра (фигура 4, G), не меняя при том общего сопротивления цепи между клеммами А и И.

Подразделения Г. с зеркальцем: 1) Г. с п о д в и ж н ы м магнитом. Система магнитов подвешивается на легкой нити в поле неподвижной катушки. Магниты размещаются так, чтобы, несмотря на малый момент инерции, размагничивающая сила была незначительна и магнитный момент оставался большим (фигура 5). Чтобы уничтожить влияние земного магнетизма и других внешних магнитных полей, вращающаяся система

2		О2		о
	V999		Viooo
	-/W(	Оз	О ·?
	1/39		9/ιοοο
		О 4	О*
	V9		9/roo
		Os	_
	ΛΛΛ
г			All_

Фигура 4.

устраивается астатической. Кроме того, Г. заключается в толстостенные железные экраны и снабжается компенсирующими магнитами, которые могут совершенно уничтожить действие внешних полей на подвижную систему («панцырные» или «бронированные» Г. Пашена, Дюбуа-Рубенса, Нернста и Масса этой брони м. б. весьма велика; например, у прибора Кембриджской К⁰, в котором сила внешнего поля понижена до 1/400, масса брони не менее 46 килограмм.

На фигуре 6 изображен бронирован, гальванометр, защищенный

Фигура 5.

ФИГ. 6.

двумя сферич. экранами и одним цилиндрич. Чувствительность такого Г. весьма велика.

Масса подвижной системы в этом случае равна 40 мг. Однако полностью исключить влияние сильных магнитных полей весьма трудно; кроме того, такие Г. тяжеловесны; поэтому они применяются сравнительно редко. В самое последнее время магнитная защита Г. весьма усовершенствована введением чередующихся экранов из мягкой меди и высокопроницаемых никелево-железных сплавов («муметалл», «пермаллой»); тут масса брони, ослабляющей внешнее поле в 1 000 раз, равна только 2 килограмма, в том числе активного магнитного материала менее 1 килограмм [гальванометр Даунинга (Downing)].

В табл. 1 сопоставлены важнейшие данные о различных зеркальных гальванометрах с подвижным магнитом.

Таблица 1.-Зеркальные гальванометры с подвижным м а г н и т о метров.

2) Г а л ь в а и о м е т р с подвижной катушкой (типа Депре - д’Арсонваля). Это—обычный тип Г. Катушка, намотанная на легкую раму, подвешивается на легкой нити F (фигура 7). Головка Г. Т позволяет устанавливать зеркальце S в нулевом положении. Ток подводится через спирали -/. Катушка отклоняется нолем постоянного магнита М. Точность показаний такого Г. в лучшем случае не превышает 0,2%. Если пользоваться Г. как нулевым прибором, то есть определять отсутствие тока в его цепи, то точность измерения значительно повышается, так как она будет зависеть исключительно от чувствительности Г. В зависимости от конструкции и от предвключенного сопротивления отклонения в 1 миллиметров на расстоянии в 1 jtt производятся токами силой от 0,1 до 20 пА. Показания Г. этого типа мало зависят от внешних магнитных полей. На фигуре 8 изображен такой Г. в собранном виде.

В одной из разновидностей Г. с подвижной катушкой, а именно в Г. Молля (выпускаемом фирмой Кипп и С-вья в Дсльфте и Кембриджской К"), постоянный магнит заменен электромагнитом.

Фигура 7.

Фиг.

Ф и р м а	Модель	Сопротивление катушки в 2	Время полного незаторможенного колебания в ск.	Ч у вствител ыюсть при 1 000 миллиметров расстояния шкалы к току! к наиря-в 1 женшо в nki миллиметров п V, миллиметров
Кембриджская К"	2 525	10	15	1,8	18
	(Пашена)	1 12	6	0,25	3
Т. Эдельман.	1 320	20 000	24	0,2	4 000
Гартман и Браун	372	2 000	20	0,2	400
Сименс и Гальске		1 ю	10	0,4	4
(легкая подвяжи.	6 С73	200	10	0,00	18
система, 35 мг).		1 4 000	10	0,2	80
Сименс и Гальске		1 10	10	4	40
(тяжел, подвижи.	6 673	200	10	0,0	180
система, 165 мг)		1 4 000	10	0,2	800
Лиле и Иортруп.	КоОленца	40	5	0,2	8

Подбором возбуждающего тока (от 0,5 до 1,3 А) можно получать желаемую чувствительность и успокоение.

Наиболее чувствительные Г. с подвижной катушкой и без вспомогательного тока— Цернике, фирмы Кипп и С-вья. Особенность их — подвес из весьма тонкой кварцевой нити и очень сильный магнит из кобальто-хромовой стали.

Данные о зеркальных Г. с подвижной катушкой сопоставлены в таблице 2.

Наиболее чувствительный Г. с подвижной катушкой, имеющий притом весьма малый период собственных колебаний и не требующий вспомогательного тока для возбуждения электромагнита с полем в 15 000 гаусс, выпускается фирмой Сименс и Гальске под названием э л е к т р о к а р д и о г р а ф. Катушка этого прибора имеет 5 витков волластоповской платиновой проволоки диам. 3 μ и сопротивление 1 500 й. Размеры зеркальца 0,5 х 0,5 миллиметров.

Таблица 2.— Зерна л ь н ы е гальванометры с п о д в и ж н о П к а т у ш. к о (1.

		Сопротивление		•έ	Чувствительность при 1 ооо миллиметров расстоянии шкалы
Фирма	Модель	Ы i 01	добавочп.	5. & · gnu
		Ξ ~ ш ПОн Р ~ cd cd - ϋ Ρί	при непе-риод.усно-коении η а	£ ~ e £ £ с £ig	к току в пА/мм	к напряжению в nW/лим
Кипп и Сыновья (в Дельфте).	Цериине а	7	40—0	1,3	10—25	500—200
	ь	10	100—0	3,0	2—6	200—60
	С	20	230- 10	7,0	0,4—1.2	90—30
	d	40	9Ю—60	3,0	0.8—2,5	800—250
	е	40	2 20.)—200	7,0	0,75—0,5	330—110
Кембриджская К0.	41 811	20	600	22	1.6	9G0
»	41 151	47	450	1,3	5	2 200
»	(Мол Л я) 41 112	150	800.	6	4	3 200
»	41 811	2 800	73 000	22	0.08	5 800
Гартман и Браун.	176	2,4	5,4	30	17	90
Сименс и Гальске.	2 421	10	25	15	12	300
	(Гегера) 2 415	250	15 000	12	0,8	12 000
» ».	2 440	60	200	4	5	1 000

Электрокардиограф дает отклонение на шкале 1 миллиметров от тока 0,7 η А при длительности колебания 0,02 ск. Изоляция прибора от внешних сотрясений достигается монтировкою его на резиновых мяча^с (фигура 9).

3) Вибрационный гальванометр. Чтобы иметь возможность измерять и переменный ток, поступают след, образом: уменьшают собственный период колебаний подвижной системы, сильно увеличивая натяжение нитей, на которых укреплено зеркальце. Тогда собственный период колебаний системы можно регулировать: изменяя или натяжение нитей, или свободн. длину их, или нее силу магнитного поля (заменяя постоянный магнит электромагнитом и регулируя его возбужд ние). Таким образом можно добиться резонанса собственных колебаний системы с периодом измеряемого тока. При этих условиях луч, отражаемый от колеблющегося зеркальца, изобразит на шкале светящуюся по лосу, ширина которой пропорциональна амплитуде колебаний зеркальца, а следовательно, и амплитуде измеряемого (синусоидального) тока. Вибрационные Г. бывают как с подвижной магнитной системой (Ше-ринга-Шмита, Агныо), так и с подвижной катушкой (Кембриджская К⁰ и другие).

Фигура 9.

_
	ш.

*

Фигура 10.

Чувствительность этого рода копа, что на расстоянии 1 м приборов та-можно ПОЛУ-

при переменном токе в 50 пер/ск., эффективное значение которого равно μ А. При увеличении частоты тока чувствительность уменьшается приблизительно в отношении обрати пропорциональности (в том лее Г., при прочих равных условиях, 1//А при 1 000 пер/ск. вызовет колебание с амплитудой всего только в 0,2 jvut). Столь быстрые колебания исследуются, однако, лучше при помощи осциллографов (см ). Вибрационные Г. применяются на практике исключительно в качестве нулевых приборов.

Вибрационные гальванометры Кемпбелла изготовляемые Кембриджской К⁰) характеризуются следующими данными:

Резона псовая частота в пер/ск.

Чувствительность в миллиметров на μΑ при расстоянии шкалы 1 метров 60 20 3

Сопротивление (Wirk-widerstand) в 500 350 160

50 100 350 750 1 000

0,5

0,2

35

Струнный гальванометр. В поле сильного магнита помещается струна из золота, платины или посеребренного кварца, толщиной в 2—5 μ (у менее чувствительных приборов толщина нити доходит до 20,«). Через эту нить пропускается измеряемый ток, нить отклоняется, и это отклонение измеряется при помощи микроскопа (фигура 10). При стократном увеличении микроскопа было достигнуто отклонение в 1 миллиметров током в 1 пА, а в нек-рых случаях применяют увеличение даже до 1 000 раз и достигают высоких чувствительностей. Выгодная сторона

чить на шкале световую полосу в 60 миллиметров

Фигура 11.

струнного Г.—малый период колебаний струны, так что Г. может поспевать за токами, быстро меняющими свою силу. Чувствительность струнного Г. регулируется натяжением струны, причем число ее собственных колебаний изменяется от нескольких тысяч в секунду до одного колебания в несколько секунд.

Для модели 1 530—струнного Г. фирмы Т. Эдельман в Мюнхене, со струною в 07 миллиметров длиною и при 100-кратпом увеличении, данные сопоставлены в таблице 3, где с—чувствительность в пА /мм, a t—время установки в ms (миллисекундах).

Для прибора Кембриджской К⁰ с кварцевой ннтыо 3 μ диаметром и сопротивлением

T a fi я. 3. —С т р у н н м и гальванометр Т. Э д е л ь м а н η М ю н х е н е (модель ф и р м U 1 530).

Нить	0 В			Д в и ж е н		и С		Сопротивление в а
		периодич.		апериодич.		сверхапе- рнодич.
		с в η Λ	t В ms	с в пА	t В ms	с в пА	t и ms
Золотая.	8,5	1,30	6	0,023	70	0,0091	320	140
Платиновая.	3.S	2,00	6	0,078	20	0,0013	2 000	4 000
Кварцевая.	2,5	0.5S	3	0,180	20	0,00015	3 600	10 000

около 4 000«, при 600-кратном увеличении, данные представлены в таблице 4.

Т а 0 л. 4Д annue для струнного гальвано м е т р а К е м б р и д ж с к о и К".

Установка в ск.	Чувствительность
	к току в η А/мм	к напряжению в у-У/дич
Ползущая.	0,017	0,68
0,01..	25	100
0,0035 ..	200	800

Гальванометр крутильно-струн-н ы й, выпускаемый фирмою Кипп и С-вья, представляет тип промежуточный между катушечным и струнным и применим там, где требуется особенно малый период собственных колебаний (ок. 1/50 пер/ск.). Рамочка с обмоткой укреплена здесь боковою стороною на натянутой проволочке и отклоняется полем электромагнита. При сопротивлении в 10« чувствительность Г. 40 пА/лии.

Гальванометр с петлей (Schleifen-galvanometer). Весьма чувствительный и очень прочный Г. такого типа построен фирмой Цейс в Пене. В поле сильных магнитов помещается петля из металла, через которую пропускают ток. Отклонение петли измеряют при помощи микроскопа, дающего 640-кратное увеличение (фигура 11). Сопротивление петли es 10«. Это обстоятельство делает такой Г. весьма чувствительным не только для измерения силы тока, но также и для измерения напряжений. В собранном виде Г. с петлей изображен на фигуре 12. Когда петля висит, как показано на фигуре11, то ток силою в 37 пА дает отклонение в одно деление. Если повернуть прибор на 180° так, чтобы петля оказалась укрепленной снизу, то чувствительность прибора повышается, и одно деление соответствует силе тока в

7,5 пА. Г. с петлей имеет важные преимущества—нечувствительность к грубому обращению и к сотрясениям.

Дифференциальные г а л ь в а н о-м е т р ы применяются, когда нужно установить равенство силы двух токов. Эти приборы отличаются от обычных гальванометров присутствием двух независимых друг от друга и параллельных обмоток, тождественных между собою. Обычно пользуются

дифференциальными Г. с подвижной магнитной системой.

Баллистическими гальванометрами могут служить Г. как с подвижными магнитами, так и с подвижными катушками, лишь бы только период колебания был велик, например до 30 ск. Масса нормальной магнитн. системы имеет величину от 0,05 до 1,0 г, подвес—на кварцев, нити диаметром 10,« или, рейсе, на Кононовой. Одна из разновидностей баллистического Г.—флюмстр (fluxmetre) Грассо, с периодом колебания ок. 60 ск. Чувствительность флюметра выражается смещением на 1 миллиметров шкалы от прохождения 10⁷ С.

Теория гальванометра. Пусть обозначает момент инерции подвижной системы Г., а— угол ее отклонения от положения равновесия. Тогда на систему действуют следующие моменты вращения: 1) движущий момент .1/, пропорциональный измеряемой силе тока, М= Ci; 2) направляющий момент Da, создаваемый закручиванием системы (при уни-фнлярном или бифилярном подвесе); 3) тормозящий момент, пропорциональный угловой скорости _d“, создаваемый трением, вн-сопротивлением воздуха образом, вращение подвижной системы подчиняется дифференциальному уравнению:

хревыми токами, и тому подобное., В Таким

1% + В £ + Da=CU

dt

(1)

При постоянной силе тока г отклонение а через нек-рое время приобретает установившееся значение:

(2)

Интеграл ур-ия (1) получается как сумма установившегося отклонения а_р и переходного отклонения,определяемого начальными условиями. В зависимости от величины коэффициента успокоения В это отклонение м. б. апериодич. или колебательным. Апе-риодич. движение, когда B²>4ID, не представляет интереса в теории Г., т. к. при таком сильном успокоении подвижная система слишком медленно подходит к своему окончательному отклонению. Мы рассмотрим только случаи В²^4П).

Затухающие колебания, Л²<4/D. Рассмотрим сначала случай, когда Г. при

_Λ da л включении находится в покое, «=0, _dt=0. Тогда интеграл уравнения (1) получает вид:

^a=cii>[¹-S^{sin(vi + ip)}]’ ⁽³⁾

da

-_d(=a> =

μ г

sin?

sin (vt -f φ) — v cos (vt -f φ) J, (3)

где коэффициент затухания 3=-

2,. -./НЕ _ 1, ν=ψ=α у в,	(4)
V, 4ID _ i tS9’=T=K В*	(5)

Величина Т— равняется удвоенному промежутку времени от одного нулевого значения а до следующего. 7’ называется псевдопериодом колебания, так как, строго говоря, благодаря затуханию, колебание непериодично, и значения а при повторении соответствующей фазы убывают в геометрической прогрессии.

Рассмотрим теперь случай, когда система получает толчок, сообщающий ей начальную угловую скорость ω„, и движется до тех пор, пока не вернется в состояние покоя. Тогда интеграл уравнения (1) может быть записан в виде:

α= “·- с~^Л sin vt, (С)

=ω=^ е~^Л (reos vt—(Уsin vt). (6)

Максимальные отклонения в ту или другую сторону здесь получаются при значениях t — t!, обращающих в нуль произ-

_Л da

водную ^:

tg ^vti=i. и·¹» <1=V ^агс tg j + ^ηπ· (⁷)

где η—целое число. Последовательные максимальные отклонения убывают в геометрической прогрессии:

sin vt_l9

πδ _ δ7

а._г=— (tj e ’=- Kj e ²,

_ οΤ

κ₃=— a, e ²=C₁ е~^,т.

Таким образом, существует постоянное отношение затухания

IT

Логарифм этого отношения

)П к=Ц (8)

называется логарифмическим декрементом (смотрите Декремент).

При отсутствии затухания, В=0, ур-ие (1) определяет чистое колебание, и формулы (3) и (6) приобретают соответственно вид:

а — a. (1 — COS v₀t), (9)

или

α= “” sin J’o t, (9)

где r₀ — у= j у — круговая частота, а

7’₀—период колебания. С этими обозначениями формула (4) может быть записана в виде:

К р и т и ч. случай, В*=41П. Этот случай находится па границе между колебательным и апериодич. движением. Рассмотрим только случай, когда система под влиянием толчка приобретает начальные значения «₀=0,

(ш)о ^{= ω}° “ Движется свободно до тех пор, пока не вернется в состояние покоя. Тогда интеграл ур-ия (1) принимает вид:

a=ω₀ t e

d a di

= ω=ω₀(1 —1·₀1) e

(11)

(12)

Отклонение к будет иметь максимальное значение, когда ^=0. Это произойдет при значении t— τ, определяемом по формуле τ—=1°. Соответствующее значение для «:

Umax=“_3V° - (13)

Вводя обозначения ——=s и r_at — x, из

^лтах уравнения (11) получаем:

s — .re^x. (14)

Т. о., при соблюдении условия В^г=411), отклонение к при всех значениях В, /, J) изменяется по формуле (14), изображенной в виде диаграммы на фигуре 13. Этот предельный случай обладает тем преимуществом, что при критич. затухании затрачивается ^ наименьшее время на установление оконча- 0,5 тельного значения а.

Время г установления о г з 4 5 максимального откло- _{ф 13}

нения в этом случае в

2л раз меньше полного периода Т„ свободных незатухающих колебаний (В=0). Если, например, г=4 ск. при критическ. затухании, то через 40 ск. отклонение а уже становится равным 0,001«,„_п:г, и Г. снова м. б. включенным. Формула (2) показывает, что отклонение а_р при данной силе тока обратно пропорционально направляющему моменту ]). Поэтому для увеличения чувствительности следует строить Г. с возможно меньщимD. У вибрационного Г. сила тока г переменна. Поэтому установившееся отклонение к_р тоже переменно с тем же периодом, как и г. В этом случае к_р при данном г зависит не только от С и 1), но также от 1, В и от частоты тока ω.

Баллистич. Г. Часто приходится из-

ε

мерять количество электричества q=f icit,

о проходящее через Г. за определенный весьма малый промежуток времени ε. Это измерение производится при помощи баллистич. Г., отличающегося от обыкновенного Г. тем, что его момент инерции I нарочно увеличивают. Соответственно и собственный период колебаний Т увеличивается примерно до 30—40 ск. Тогда разряд q успевает пройти через катушку Г. прежде, чем подвижная система заметно передвинется, так что угол а практически остается равным нулю до конца разряда. Если в уравнена i (1) сделать «=0 и проинтегрировать обе части за время прохождения тока, то угловая скорость ω₀в конце разряда определится по формуле:

ε

Ιω₀=С J t dt=Cq, или ω₀=— q.

υ

Если начать отсчет времени с момента конца разряда t=ε, то мы получаем начальные условия «₀=0, (j-jpj=Изменение а в этом случае описывается ур-иями (6) для колебательного движения и (11) для движения с критич. успокоением. В этом последнем

случае можно по формуле (13) выразить заряд q через максимальное отклонение <

так:

/и>₀

3=-<Г

При колебательном движении заряд q определяется достаточно точно из двух последовательных амплитуд к, «₂:

i 1, а₂- аД

β-^·τ(«ι + ·ν)·

где отклонение, создаваемое постоянным током г. Коэффициент ν — у определяется измерением периода колебаний. При выполнении измерений можно изменять чувствительность Г., шунтируя катушки, через которые проходит измеряемый ток. Период колебаний и затухание можно регулировать, изменяя сопротивление цепи Г. (смотрите Измерения электрические).

Сопротивление цепи Г. влияет на его успокоение, а следовательно, и на период колебаний. Таким образом чувствительность гальванометра, его период колебаний и кри-тич. сопротивление связаны между собой.

Оснгвания расчета и оценки гальванометра. Исходною для асчета и оценки Г. является т. н. «чувствительность Г. к току» (St) при данном периоде колебаний Т Г. и сопротивлении его обмотки q. Эта величина есть предел,к которому стремится отношение г, где к—отклонение подвижной системы, а г—вызывающая ее сила тока:

На практике за единицу отклонения принято брать угол, дающий единицу смещения шкалы при расстоянии этой последней в 1000 единиц (чаще всего 1 миллиметров смещения при 1 .и расстояния); такая единица отклонения соответствует приблизительно 1,7. За единицу силы тока до недавнего времени обычно брали 1р.А, а в самое последнее время вводят 1пА. Сила тока

*=s_T

где F—сложная функция, зависящая от конструкции Г. и находимая эмпирически. В небольших пределах г=(и + аа³),

где а—коэффициент, находимый из опыта. Наконец, при совсем малых углах, каковыми обычно и пользуются при измерениях,

Величина чувствительности меняется с периодом колебания Т и с сопротивлением q обмоток Г. Для сравнения между собою различных Г. по чувствительности эта последняя долиспа быть приведена к «нормальной чувствительности» а, отнесенной к периоду полного колебания в 10 секунд и сопротивлению в 12:

S-γ

V Р

№

Наибольшая достигнутая величина а была 3,9 (гальванометр Пашена, магнитная систе ма), которая имела 13 магнитиков длиною 1—1,5 миллиметров и весила вместе с зеркальцем δ мг.

Так как Г. применяются для измерения не только силы тока, но и напряжения Е, то вводится также величина Р— ч у в ст в ительность к н а п р я ж ен и ю

Р=Пт Ш,

Е=0 ^{1 и 1}

где а—угол поворота иод действием напряжения Е, выраженного в нано-вольтах. Если К—сопротивление всей цепи (состоящее из

Sj¹

ρ—Г. и г— внешней цепи), то Р= ·.

Наибольшая величинаS достигается,когда сопротивление Г.равносопротивлению внешней цепи:г=(>.Поэтому наибольшая величина

Sp

Р=-. В Англии, вместо нормальной чув ствительности к току и к напряжению, при оценке Г. пользуются «коэфф-том качества» (factor of merit), введенным Айртоном и Мотором (Ayrton and Mather); эта величина f вычисляется по ф-ле:

=^т⁰)²

С⁵

Для Г.с подвижными магнитами величины Sy и а находятся из условия равенства пулю алгебраической суммы вращающих моментов, когда подвижная система отклонена на угол а:

МН_Х sin а — MjGi cos а — Da=0, где Ж—магнитный момент всей подвижной системы, Mt—магнитный момент ее части, подвергающейся действию то ка,//,—сила ноля,стремящаяся вернуть магнитную систему в положение равновесия, G—г а л ь в а номе т р и ч е с к а я постоянная, то есть сила магнитного поля, создаваемого обмотками гальванометра, когда по ним проходит ток силою 1//А; Da—вращающий момент закрученного подвеса (величина весьма малая). Отсюда следует:

ς,___ _ М, G

^ύ “ i Αί * Я, *

M_XG — динамическая постоянная Г.,то есть момент вращения подвижн. системы от тока ΙμΑ; J///i= ()—н аправляющая с и л а, то есть момент вращения при повороте системы на а=1. Так как период колебания системы 7’=2л| ¹, где /—момент инерции подвижной магнитной системы, то

S =

м,

I

G-

т“

5π> ’

Задача конструктора—но возможности увеличить S, не слишком увеличивая Т. Для этого надо увеличить М_х и G, уменьшая М и //,; но последнее ведет к увеличению Т, поэтому необходимо компенсировать это последнее, уменьшая /. Если система не аста-зирована.то М_х=М,и, следовательно, их отношение не может быть увеличено. Но мож-м но увеличить отношение _;, строя систему из весьма топких магнитиков (В. Томсон) или изгибая магнит в подкову (колокольчико-вый магнит—Glockenmagnet—В. Сименса); уменьшение расстояния между концами в η раз увеличивает во столько же раз отно-

Щ Τ1

шение ,-. В астазированных системах возможно, кроме того, увеличение множителя Λίι

_w, так как для двух стрелок с магнитными моментами т_г и пи и углом между магнитными осями (У отношение м,

м

_mi + т,

(т, - т_г)² + 4 т,т, sin·⁵

м. б. сделано сколь угодно большим при надлежащем подборе <1 и величин м, и т >. Уменьшение Л₁ может быть достигнуто либо внешними магнитами, либо железн. бронею. Как на крайний предел последней можно указать на шестерную броню в Г. Николса и Виллиамса, ослабляющую земное иоле в 40 000 раз. Наконец, увеличение 6’ зависит от рационального выбора сопротивления обмоток ρ при заданном габарите катушек; в каждом случае ρ должно быть подобрано в соответствии с назначением Г.; наивыгодпей-шее условие: (>=>·.

Пусть jV·—число оборотов проволоки, d— ее диаметр, Н—поле, создаваемое катушками при токе г, Е—эдс, вызывающая этот ток, а Д, β., β₃,. .—коэффициенты. Тогда, при данном габарите,

Р=&

d^s d* ’

следовательно, Ν=β_ί у ρ. С другой стороны, число оборотов N пропорционально галь-ванометрической постоянной (7, a Gi пропорционально полю, создаваемому катушками, так что

A2V»=β_αα=IJ,

и потому

Кроме того,

Η=βτΥρ ·ί

г+р ’

Η=-ψ

Г+р следовательно, Е.

Это выражение имеет максимум при τ=ρ. Следовательно, при прочих равных условиях, наибольшее отношение будет давать гальванометр, сопротивление которого равно сопротивлению внешней цепи. Для Г.с п о д-вижною кату ш к о ю условие равновесия напишется как

H-fii + Я si — Па — 0,

где s—сумма площадей, охватываемых отдельными витками катушек, //—сила дополнительного поля, в котором вращается катушка, Hi—сила земного поля, I)—направляющая сила подвеса. В виду малости У/, сравнительно с Н, первым членом молено пренебречь. Поэтому чувствительность в отношении тока

ς, а Hs <7

^ Т НУ d ⁹

где q=Hs — динамическая постоянная Г. Коэфф-т магнитного действия Я, то есть противодействующий момент при угловой скорости, равной единице, определяется равенством п =, где V—внешнее сопротивление цепи, а ρ—внутреннее сопротивление Г. Таким образом, увеличение динамической по стоянной гальванометра повышает не только чувствительность гальванометра, но и его успокоение. Наиболее выгоден случай, когда

^s -

~ .1, /~2 (г + р) т»

- у s-I

где I—момент инерции подвижной системы, п₀— успокоение в разомкнутой цепи. Чув-ствительность Р для напряжения будет:

Р=λΓ—ΣΓ., 1-ϊιΣ. Γι, ГГ

V п(г+р)о V 4 L ‘ rj —

г

(г + р) t.D

Подобными же рассуждениями устанавливается чувствительность баллистического и других гальванометров.

Лит.: Хвольсон О. Д., Курс физики, т. 5, Берлин, 1 923 (указана лит. до 191 1 г.); его же, О .Чаплиных успокоителях, СПБ, 1880; Е р ч а ков В., Основы электрометрии, ч. I, M.—Л. 1927; Эсмарх, «Ж“, 1911, т. 43, стр. 343 (магнитная защита); Леви т с к а я М., там же, 1908, т. 40(2), стр. 114 (струйный гальванометр); Корольков, там же, стр. 388 (флюметр); Μ и ткев и ч. там же, I 906, т. 38, стр. 86 (ф юметр): Jaeger W., Messapparate u. Mess-methoden f. station&re StrOmc, Ilandb. d. Elektrizitat u. d. .Magnetismus, hrsg. v. L. Graetz, B. 2, Lp/., 1921 (указана лит. до мая 1912 г.); Keinath G. Die Technik elektrischcr Messger&te, 3 Aufl., В. 1, Mch. u. B., 1 928; Mandbuch d. Physik, hrsg. v. H. Geiger u. K. Scheel, B. 16. B., 1927; Werner, Die hochemp-fimllichcn Galvanometer, 1!. 1928; Tabular Information on Scientific Instruments: I) Moving Coil Galvanometers, 2) Vibration Galvanometers, «Journal of Scientific Instruments», London, 1925, v. 3, /, 10; Daynes H. A. The Scnsivitv of the Paschen Galvanometer, ibid., 1, p. 7—12, 10. p. 329—331; Moll, ibid., v. 2. p 361 (струнный Г.); Downing, ibid.,

I 926, v. 3, 9, p. 331—335 (весьма чувствительный Г. с иодвнжн. магнитом); ibid., v. 3. p. 58, 59, 1 4 1. 1 42, 335 (брони из метачла): Titigkeitsbericht der physik.-techn. Reichsanstalt, «Ztschr. f. Instrument nkunde», B. 1 925, M&rz, p. 148, 1926. April, p. 173 (Г. Периста); Wenner, A Theoretical a. Experimental Study of the Vibration Galvanometer. «Bull, of the Bureau of Standards“, Wsh., 1910, v. 6, 3. p. 347—378; «Ztschr. f. Instrumentenkunde», B., 1918, p. 1, 19 19, p. 140 (вибрацион. Г.с подвижн. магнитом); Dyck W. I. D., ibid., B. 1926, B. 46, p. 378 (крутильн)-струн. Г.); •Scient. Papers of the Bureau of Standards», Wsh., 1920, 310 (вибрацион. Г. Агнью); Z δ 1 1 i c h, «Archiv f. Elektrotechnik», B., 1915, B. 3. p. 369 (вибрацион. Г.); VigneronE., Les misures Olectriques. P., 1911:

II au srath S., «Helios», Lpz. 1911. 9, 10 (струнный Г.); Williams Π. B., «Journ. of the Opt. Soc. of America a. Rev. of Scient. Instr.», 1 926. v. 1 3, p. 318— 382 (струн. Г.). Я. Шлильрейн и П. Флоренский.