电磁系检流计的灵敏度及应用

磁电系检流计是一种高灵敏度仪表，用来测量极微小的电流或电压（10－8A、10－6V或更小）。磁电系检流计经常在平衡测量电路中被当作指零仪使用，其标尺不注明电压或电流数值，它们仅仅检测电路中是否存在电流，检流计由此得名。

1.检流计的结构特点

因为检流计需要有高灵敏度，所以在磁电系结构上要采取一些特殊措施。

（1）去掉起阻尼作用的铝制构架。为了减少空气隙的距离，增加可动线圈匝数，检流计的可动部分没有铝制的框架，检流计的阻尼只能由动圈和外电路闭合后产生。动圈在磁场中运动所产生的感应电动势要通过检流计的外接电路产生感应电流，从而产生相应的阻尼力矩。

（2）采用悬丝（吊丝或张丝）悬挂动圈，以消除可动轴与轴承之间的摩擦。磁电系检流计的结构如图2-8所示，图中动圈1由悬丝2悬挂起来，悬丝用黄金或紫铜制成以提高灵敏度。悬丝除了产生小的反作用力矩外，还作为把电流引入线圈的引线。动圈的另一电流引线是金属丝3。

图2-8　磁电系检流计结构示意图

1—动圈；2—悬丝；3—金属丝；4—小镜；5—极掌

（3）采用光反射的指示装置，进一步提高检流计的灵敏度和改善活动部分的运动特性。光标指示装置如图2-9所示，它是在小镜（见图2-8）一定距离处安装一个标尺，狭窄的光束由小灯经透镜投向小镜，经小镜反射到刻度尺上，形成一条细小的光带，指示出活动部分的偏转大小。

当动圈偏转角为α时，反射光束与光源入射光束之间的夹角为2α，设光点在标尺上的偏转为d时则有

图2-9　光标指示装置

式中　l——标尺与小镜的距离。

当α很小时可近似认为

检流计的灵敏度可表示为

由上式可知，在电流和偏转角一定的情况下检流计的灵敏度正比于标尺与小镜的距离l。因此，在实际应用中，为增大l，往往采用固定的反射镜使光线多次反射，或将光路系统和标度尺做成单独的部件。安装于检流计的外部，无论采用何种方式，其灵敏度远大于采用机械指针的指针式检流计的灵敏度。

2.检流计的运动特性

（1）运动特性。描述检流计可动部分的力学方程式为

式中　J——可动部分的转动惯量；

α——偏转角；

M——转动力矩，M＝KI；

Mα——悬丝提供的反抗力矩；(www.xing528.com)

MP——阻尼力矩。

线圈转动时，线圈产生的感应电动势一般与转动速度dα/dt成正比，此感应电动势产生一个与通入线圈的电流反方向的感应电流，设检流计内阻为Rg，外电路电阻为R，则感应电流ip为

此电流与气隙中的恒定磁通相互作用，产生阻碍可动部分运动的阻尼力矩Mp，即

这里，称为阻尼系数。引入后，式（2-11）可改写为

上式是一个二阶、常系数、非齐次微分方程式，其特解α′是可动部分的稳定偏转角。通过解微分方程可以画出可动部分运动曲线，如图2-10所示，图中曲线1、曲线2、曲线3，分别是欠阻尼、过阻尼和临界阻尼情况下的运动曲线。

图2-10　可动部分运动状态曲线

3.检流计的参数

（1）内阻Rg：检流计内阻包括动圈、悬丝、引线金属丝的电阻及接线柱的接触电阻。

（2）外临界电阻：检流计工作在临界阻尼状态所需接入的外线路电阻称为临界电阻。

（3）电流常数：灵敏度SⅠ的导数称为电流常数，常用标度尺与检流计反射镜之间距离为1m时，1mm分度表示的被测电流值。

（4）振荡周期：检流计处于开路状态，阻尼作用最小，指示器自由振荡，指示器同方向连续两次经过标度尺零线的时间间隔。

（5）阻尼时间：检流计处于临界状态，指示器自标度尺边缘位置回到零线1个分度为止的这段时间。

例如AC4/1型检流计的参数为：内阻500Ω，外临界电阻20000Ω，电流常数1.5×10－9A/mm，振荡周期5s。

4.检流计的正确使用

（1）使用时要轻拿轻放，以防吊丝振断。用完后须将止扣器锁上或用导线将端子短接。

（2）使用要按规定工作位置放置，具有水准指示装置的，用前应调好水平。

（3）在被测量的大致范围未知时，测量时要记住配用一个万用分流器或串一个大保护电阻。

（4）不要用万用表或电桥去测量检流计内阻，以防损坏检流计线圈。