实验3.2灵敏电流计实验误差分析
灵敏电流计的研究实验报告
灵敏电流计的研究实验报告竭诚为您提供优质文档/双击可除灵敏电流计的研究实验报告篇一：实验十三灵敏电流计特性的研究实验十三灵敏电流计特性的研究【实验目的】1．了解灵敏电流计的基本结构和工作原理。
2．掌握测量灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
3．学会正确使用灵敏电流计。
【实验仪器】灵敏电流计，直流稳压电源，滑线变阻器，电阻箱，标准电阻，直流电压表等。
【实验原理】灵敏电流计是一种重要的电学测量仪器，它的灵敏度很高，用来检测闭合回路中的微弱电流（约10—10A）或微弱电压（约10—10V），如光电流、生理电流、温差电动势等，更常用作检流计，如作为电桥、电位差计中的示零器。
常见的有指针式、壁架式和光点式等。
本实验研究的是光点式灵敏电流计。
1．光点式灵敏电流计的基本结构和工作原理光点式灵敏电流计的结构如图2.13.1所示。
在永久磁铁之间有一圆柱形软铁芯，使空隙中-6-10-3-6图2.13.1检流计光路图的磁场呈辐射状分布。
用张丝将一多匝矩形线圈垂直悬挂于空隙中，在线圈下端装置了一平面小镜。
从光源发出的一束定向聚焦光首先投射在小镜上，反射后射到凸面镜上，再反射到长条平面镜上，最后反射到弧形标度尺上，形成一个中间有一条黑色准丝像的方形光斑。
当有微弱电流通过线圈时，此线圈（及小镜）在电磁力矩作用下以张丝为轴而偏转，于是小镜的反射光也改变方向。
这个反射光起了电流计指针的作用。
由于这种装置没有轴承，消除了难以避免的机械摩擦；又由于发射光线多次来回反射，增加了“光指针”的长度，使在同样转角下，“光指针针尖”（光斑）所扫过的弧长增加，所以这种电流计的灵敏度得到大大提高。
由此可知，光点式灵敏电流计是磁电式电表的一种。
因此，通过电流计线圈的电流Ig与线圈的偏角θ成正比，由图2.13.2可知，线圈（及小镜）的偏转角θ又与光斑的位移d成正比，所以，通过线圈的电流Ig与光斑的位移d成正比。
即Ig=Kd（2.13.1）式中的比例系数K称为电流计常数，单位是安培／毫米，也就是光斑偏转1毫米所对应的电流值，它的倒数：si?1d（2.13.2）KIg称为电流计的电流灵敏度，显然，si越大（K越小），电流计就越灵敏。
灵敏电流计的研究实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除灵敏电流计的研究实验报告篇一：实验十三灵敏电流计特性的研究实验十三灵敏电流计特性的研究【实验目的】1．了解灵敏电流计的基本结构和工作原理。
2．掌握测量灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
3．学会正确使用灵敏电流计。
【实验仪器】灵敏电流计，直流稳压电源，滑线变阻器，电阻箱，标准电阻，直流电压表等。
【实验原理】灵敏电流计是一种重要的电学测量仪器，它的灵敏度很高，用来检测闭合回路中的微弱电流（约10—10A）或微弱电压（约10—10V），如光电流、生理电流、温差电动势等，更常用作检流计，如作为电桥、电位差计中的示零器。
常见的有指针式、壁架式和光点式等。
本实验研究的是光点式灵敏电流计。
1．光点式灵敏电流计的基本结构和工作原理光点式灵敏电流计的结构如图2.13.1所示。
在永久磁铁之间有一圆柱形软铁芯，使空隙中-6-10-3-6图2.13.1检流计光路图的磁场呈辐射状分布。
用张丝将一多匝矩形线圈垂直悬挂于空隙中，在线圈下端装置了一平面小镜。
从光源发出的一束定向聚焦光首先投射在小镜上，反射后射到凸面镜上，再反射到长条平面镜上，最后反射到弧形标度尺上，形成一个中间有一条黑色准丝像的方形光斑。
当有微弱电流通过线圈时，此线圈（及小镜）在电磁力矩作用下以张丝为轴而偏转，于是小镜的反射光也改变方向。
这个反射光起了电流计指针的作用。
由于这种装置没有轴承，消除了难以避免的机械摩擦；又由于发射光线多次来回反射，增加了“光指针”的长度，使在同样转角下，“光指针针尖”（光斑）所扫过的弧长增加，所以这种电流计的灵敏度得到大大提高。
由此可知，光点式灵敏电流计是磁电式电表的一种。
因此，通过电流计线圈的电流Ig与线圈的偏角θ成正比，由图2.13.2可知，线圈（及小镜）的偏转角θ又与光斑的位移d成正比，所以，通过线圈的电流Ig与光斑的位移d成正比。
即Ig=Kd（2.13.1）式中的比例系数K称为电流计常数，单位是安培／毫米，也就是光斑偏转1毫米所对应的电流值，它的倒数：si?1d?（2.13.2）KIg称为电流计的电流灵敏度，显然，si越大（K越小），电流计就越灵敏。
灵敏电流计特性研究
灵敏电流计特性研究【实验目的】1、 了解灵敏电流计的原理和构造；2、 测定灵敏电流计的阻和电流计常数；3、 观察灵敏电流计的运动状态与外电阻的关系。
【实验原理】一、灵敏电流计的构造：灵敏电流计的构造如下图所示：在极细并富有弹性的金属丝上面悬挂着小镜子血和线圈C,当线 圈通有电流时，线圈所受到的磁力矩匾和金属丝的扭力矩匾平衡时， 线圈将偏转一个角度，有以下关系：M\=N\BSJ& (1) M.-DO(2) M,+M 2=O(3)由以上三式可知: 人= ---- 0 (4)* MBS 】对于小镜子Mo 在这个结构中发挥的作用：做工时可以把a 角做得很小，此时小镜子到读数尺的距离为L,可以 有如下的近似关系:tan(2& + a) = tan 20 ^20 = —L由(5)式和(4)式消去角度可得如下结论:上式中的K 就是灵敏电流计的电流计常数，K 的倒数◎称为电流计的 灵敏度。
而K 和Si 仅仅取决于电流计的各个结构参数。
(5)2N、BsJ = Kd(6)并且注意到，当入射光线到达读数尺之前经过了多次反射，可以进一步提高电流计的灵敏度，这个时候的灵敏电流计称之为复射式灵敏电流计。
它的灵敏度比通常的灵敏电流计更大。
二、灵敏电流计的阻尼特性：灵敏电流计由于采用的是悬挂式的线圈结构，所以摩擦阻尼变得特别小，在读书的过程中，有时候会需要很长的时间停下来，所以需要注意灵敏电流计的阻尼特性。
在线圈运动的过程中，竖直的两边切割磁感线，产生感应电动势，这将会在回路情况下产生电磁阻尼。
通过线圈的电流大小为：.s NBS de”、R &+心八〃所受到的电磁阻尼矩为：EH诜右警(8)由上式可见，电磁阻尼矩总是可外电阻有关的，因此，可以利用这一点在实际实验中让灵敏电流计指针迅速停下来。
可以发现，当外电阻为某个临界电阻值的时候，电磁阻尼矩在某个适当值，会使得指针迅速停下来（曲线III）。
如果阻尼矩稍大，线圈将缓慢的趋于平衡（曲线1【）；如果阻尼矩稍小，线圈将在平衡位置附近来回震荡（曲线I ）。
实验3.2灵敏电流计讨论分析和心得体会 (2)
讨论、分析和心得体会根据实验1“观察检流计的阻尼运动特性”结论，可以看出，要将检流计作为电流计在电路中使用时，应当将其外电路电阻尽量调整到与C R 相近，保证在实验时不会出现因为外电路太大而产生的长时间震荡和因为外电路太小而便宜速度太慢，很长时间才能达到平衡位置的情况，这样可以节省实验时间，并且还可以提高实验效率和实验精度。
检流计由于其可以检测到很小的电流，我觉得在测高电阻或当作电桥检流计时可以起到很重要的作用，对于提高实验准确度很有帮助。
本实验中所使用的检流计的标度因为是用纸质品制成的，且光斑在偏移一定角度后并没有与标线相重合，而是有一个角度，这对读数产生的影响，也是本实验中的一个系统误差，只有提高实验设备的性能才可以减小该系统误差。
实验中用到了一个 1的小电阻0R ，由于这个电阻的阻值很小，所以在实验中导线电阻对它的影响相对来说就增大了，为了减小导线对小电阻的影响，在0R 两端采用的是四端接线法，减小了导线对实验产生的系统误差。
电学实验中的电路有时候是很复杂的，接线也就需要一些既约方法来保证效率和准确，一般是将电路所需的元件摆好，再分别连接各级电路内部的元件，最后才将各级电路依次连接起来。
检流计由于其内部结构的问题很容易损坏，因此，检流计在不使用时应该是短路的状态，避免因剧烈振动或严重过载而损坏悬丝。
而实验中起到短路作用的仅仅是一根导线，我觉得在检流计上再并联一个开关，可以随时调整其短路、开路状态，避免在接线或实验时由于疏忽而损坏检流计。
测检流计的内阻采用的半偏法和全偏法都会有一定的系统误差。
一开始，我觉得根据实验结果，还可以采用替代法来测检流计的内阻，这样可以消除因为半偏法的估计而产生的系统误差，只有读电压表的偶然误差及变阻箱产生的误差，这样测得的结果应当更准确一些。
这样既方便，又“准确”但是，因为检流计测得的是很小的电流，说明通过该支路的电流非常小，当检流计的指针偏转很大的角度时，电压表示数的改变几乎可以忽略不计，这样的测得的内阻的精度就被缩小了，产生的误差更加大了。
大学物理实验报告系列之灵敏电流计内阻和灵敏度的测定
大学物理实验报告【实验名称】 灵敏电流计内阻和灵敏度的测定【实验目的】1．了解灵敏电流计的结构及工作原理。
2．观察灵敏电流计在欠阻尼、过阻尼及临界阻尼条件下的三种运动状态。
3．掌握测定灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
【实验仪器】灵敏电流计、直流稳压电源、直流电压表、标准电阻、直流电阻箱、停表、单双刀开关。
【实验原理】1．灵敏电流计的工作原理当线圈中通有电流I S 时，由于气隙磁场的作用而产生的电磁力矩推动线圈偏转。
线圈在偏转过程中，支承它的张丝发生扭曲变形，同时产生与电磁力矩方向相反的弹性回复力矩，该力矩与线圈偏转角成正比。
当这两个力矩大小相等时，线圈不再偏转而处于平衡位置a 0，此时有：NSBI g = D α0 （31-1）式中N 为线圈的匝数，S 为线圈的面积，B 为线圈所在气隙处的磁感应强度，D 为张丝的扭转系数。
变换式（31-1）可得：s i g I S I DNSB==0α （31-2） 其中，DNSBS i 定义为电流计的电流灵敏度，其倒数i i S K 1=称为电流计常量，该值通常标明在电流计铭牌上，单位为A/mm 。
这样，电磁阻尼力矩为dtd P α，其中外R R NSB P g +=2)(称为阻力系数，线圈的偏转过程可用下式表示为g NSBI D dtd P dt d J =++ααα22 （31-3） 式中J 为线圈的转动惯量。
（1）当JD P 42<时，称为欠阻尼状态。
P 2/（4JD ）越小r 阻尼振荡越明显。
当P = 0时，可分别得其自由振荡频率)(210J D f π=和周期DJT π20=。
（2）当P 2 > 4JD 时，过阻尼状态。
当R 外 = 0时，P 最大，也即阻尼最强。
在实际测量中，我们常利用电流计的这一特点。
（3）当P 2 = 4JD 时，称为临界阻尼状态，相应的R 外称为外临界阻尼电阻。
如果R 外的取值不能满足上述要求，可考虑在电流上串联或并联电阻来实现。
灵敏检流计内阻测量的误差分析
第
卷第 期 年 月
湘 潭师 范 学 院 学 报
V
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l 1994
灵 敏 检 流 计 内阻 测 量 的 误 差 分 析
邓水凤 ①
摘
性差
参考
. 。
要
在 普 物 实 验 中 灵 敏 检 流计 内 阻 测 量 普 追 采 用 的 是 半 偏 法 测 量 此 方 法 测量 误 差 较 大 重 复
(R + R )
R
:
l
:
图
:
则 虽原 理 线 路 图
(1 )
式中
V
一 电压 表 指 示 的 电 压
。
、 ,
(1 ) 式 是近似 式
v
。 二 v
如 用 严 格 的 公 式 计 算 由基 尔 霍 夫 方 程 组 导 出
_ 一
—
灵 敏 检 流 计 内阻
,
。
。
R (R + R )V 二 一 又 竺 止 一 ~ 粤 共毕 井 长 子 舟不 : 二 。 二: , , 毕 。 R ( R 一 + R )+ R (R + R 十 R
(3)
式中
:
K
解 以上 两 式 可 得
—
检 流计的 电流常 数
R
;
一
凡
①
湘潭 大学
如果用
( 算 则得 2 ) 式计
Kd
,
Im~
K d。
R R
o
o
V
。 g (R + R )
灵敏检测电流计特性设计研究报告
一、实验目的1.了解灵敏电流计的基本结构和基本原理,学习其使用方法。
2.测定灵敏电流计的电流常量、内阻和外临界电阻，掌握控制其工作状态的方法。
二、实验原理1、灵敏电流计的基本结构灵敏电流计是一种高灵敏度的测量仪表，它的基本结构如图30-1所示。
在永久磁铁、极之间，安置一个柱形软铁芯，使磁极与软磁芯之间产生均匀的径向磁场，矩形线圈用一根金属悬丝悬挂起来，该金属悬丝不仅作为线圈电流的进出引线，还作为线圈旋转的转轴。
当线圈通有电流时，线圈在磁场中受到磁力矩而发生偏转，同时悬丝被扭转而产生反方向的弹性扭力矩。
在偏转角为时，磁力矩和弹性扭力矩相等，线圈就达到平衡。
在悬丝上粘附一面小圆镜，它把光源射来的光反射到一个弧形标尺上，并形成一光标，如图30-2所示。
设当没有电流通过线圈时，反射光的光标位于弧形标尺的“0”点上。
当有电流通过线圈时，光标指在标尺刻度上。
可以证明，电流的大小与光标偏转的长度成正比，即Ig=Kd （30-1）式中比例常量称为灵敏电流计的电流常量，它在数值上等于光标移动一个单位长度时所通过的电流。
在国际单位中，其单位为安[培]每毫米，记为。
电流常量的倒数称为灵敏电流计的灵敏度,记为。
显然灵敏度愈大，灵敏电流计就愈灵敏。
2、线圈运动的阻尼特性在使用灵敏电流计时，我们常会看到，当通过灵敏电流计的电流发生变化时，光标会摆动很久才逐渐地停在新的平衡位置上，这时读数很费时间。
一般指针式电表由于内部装有磁阻尼线圈，通电后指针很快摆到平衡位置上，而不来回摆动。
灵敏电流计却不可以用这种方法，它的阻尼问题需要借助于外电路来解决，因此需要研究灵敏电流计线圈运动的阻尼问题。
根据电磁感应定律，线圈在磁场中运动，由于切割磁力线而产生感应电动势，相应的感应电流与磁场相互作用而产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩，它的大小与回路的总电阻（电流计内阻与外电阻之和）成反比，即（30-2）由上式可见，通过调节外电路电阻的大小，就可控制阻尼力矩的大小，从而控制线圈的运动状态。
灵敏检流计的误差分析
〔中 图 分 类 号 〕TM934.1
〔文 献 标 识 码 〕 A
〔文 章 编 号 〕 1674 - 3229(2017)04 - 0047 - 02
〇 引言
灵 敏 检 流 计 是 一 种 重 要 的 电 学 测 量 仪 器 ，它具 有灵敏度高的优点， 一 般用来检测闭合回路中的微 弱 电 流 （约 1〇 4〜l 〇_1°A ) 或 微 弱 电 压 （约1〇-3 〜 1〇，0 , 如 光 电 流 、温 差 电 动 势 等 。在 实 验 中 常 用 作 电 桥 测 量 、温 差 电 偶 、电 磁 感 应 及 光 电 效 应 等 。常见 的 灵 敏 检 流 计 又 分 为 指 针 式 、臂 架 式 和 光 标 式 [1]，本 文讨论光标式检流计。
电流灵敏度越高。由于通过线圈的电流/,与光斑位
移 d 成 正 比 ，即
Ig =Kd
(3)
那么它的倒数即电流灵敏度就有
测 量 采 用 等 偏 法 ，即 当 ！/=[/,时 ，调 /?=札,使 电流计偏转至一定的数值4 例 如 偏 50mm)，以后改 变 电 压 至 R 同 时 调 节 使 电 流 计 偏 转 数 不 变 。这 样 可 取 得 一 系 列 [/与 的 对 应 数 据 ，即 ：
> > 私，且
是
6c 间 的 电 阻 应 为 私 与 〇?g+/〇
的 并 联 值 ，故
u f K uTT 〜 Rb
( 1)
K 七K
W 广 f"
通过电流计的电流
I = K -d
U
R ^ Rg Ra R + Rg
⑵
[收 稿 日 期 ] [基 金 项 目 ] [作 者 简 介 ]
2017-05-05 廊 坊 师 范 学 院 2 0 1 5 年 校 级 教 改 科 研 项 目 （K 2 0 1 5 -3 2 ) 张 倩 （1 9 8 5 - ) ，女 ，硕 士 ，廊 坊 师 范 学 院 物 理 与 电 子 信 息 学 院 实 验 师 ，研 究 方 向 ：凝 聚 态 物 理 。
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误差分析
1. 半片法测检流计内阻的误差讨论
1. 系统误差
半偏法实验条件要求保持0U 不变，但实际上，“半偏”与“满偏”时2R 不同，0U 也
不同，当将2R 调大时，与0R 并联的电路部分电阻阻值增大，该并联线以外的电阻值不变，因此，由欧姆定律可知，在0R 上的分压增大，即0U 与之前的0U 不同了，而我们在实验时，是将两次测得的0U 看成不变的值，这里即存在了系统误差，实验中采用尽量使得0U 的值达到电压表满偏的地方的方法，以减小由于读数的偶然误差而增加的误差。
另外也可以证明02R R R g -≈。
这里0R 为Ω001.，如果把2R 当作g R ，则有一个固定的系统误差，因此最后确定测量结果时应地这项系统误差进行修正。
修正结果为：Ω=Ω-=-=1715411715502.).(R R R g
2. 由检流计灵敏阈所决定的误差1∆
所谓灵敏阈指引起仪表的示值发生一可察觉变化的被测量的最小变化值。
检流计的灵敏阈可取为0.2分度所对应的电流值。
在检流计中当电流的改变小于灵敏阈时，我们一般很难察觉出光标读数的变化，这就给内阻的测量带来误差。
测灵敏阈的方法是在调好半偏后，可以人为地增大2R 到)'R R (∆+2，使光标偏转减小2个分度，从而推算出0.2分度所对应的电阻的改变值为0.1'R ∆。
故灵敏阈对内阻测量的影响约导致
Ω±=Ω⨯±=∆±=∆80202810101...'R .。
3. 由于电压U 波动所引起的误差2∆
实验要求电压表V 的示值不变，而实际上电压可能有波动，而我们却察觉不出电压表指针的变化。
这项误差可按电压表灵敏阈为0.2分度来考虑，即U 的相对误差约为0.2分度的电压值除以电压表的示值，可得 半偏法：
Ω
±=Ω⨯⨯⨯±=⨯±=∆0367042020020201715722022../)..(./).(R g 电压表示值分度的电压值
上式中的2事由于两个步骤中都要用电压表监视其示值不变。
4. 电阻箱的误差3∆
实验中作2R 使用的电阻箱为0.1级，其误差直接影响测量结果，则： 半偏法测量的3∆为：
Ω
=+⨯+⨯=++=∆175013005017155101N 0050R 0.123.)](..%.[)](.%[ 5. 非线性误差及其它误差
由于检流计某些结构上的原因，电流值与偏转读数不成严格的线性关系，偏转为一半时电流值未必是一半；此外还有0R 值的不准确、环境条件的波动等都会引起误差。
书上要求本实验中这些误差的影响都不要求实验者考虑。
按以上分析，实验者可逐项计算或测定，将结果按方和根合成得到g R 的总不确定度。
()Ω
=+++=+∆+∆+∆=∆8352408017500367082s 2
122222
12R
232221R 2
g
.....)(//
合成后Ω±=835217155..R g 。
2. 电流分度值的测量误差
本实验仅要求用某一次测量的数值对I C 值作误差估算。
估算时可用下式(取d=20时的
实验结果)：
4
2
22
22
022
2
2
2
1015521500195171558352500
-⨯=++⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆.%)(%).(...%).(R d R R U C R d g R
U I
C
g
I
∴div /A ...C C I
C I C I
I
1248102247101552103523---⨯=⨯⨯⨯=∆⨯
=∆
式中略去了1
R ∆和2
R ∆的影响，因为它们和式中其他各项比起来要小得多。
式中的U ∆为电
压表的示值误差限，d ∆可取为0.5分度，g
R ∆为电流计内阻的不确定度，
%R R
10
=∆，最
后将结果写成I
C I C ∆±的形式：
div /A ..C I 128102247103523--⨯±⨯=。