Гальванометр

Гальвано́метр

(от Гальвано... и ...метр

высокочувствительный электроизмерительный прибор, реагирующий на весьма малую силу тока или напряжение. Наиболее часто Г. используют в качестве нуль-индикаторов, т. е. устройств для индикации отсутствия тока или напряжения в электрической цепи. Применяют Г. и для измерений малых силы тока и напряжения, определив предварительно постоянную прибора (цену деления шкалы). Различают Г. постоянного и переменного тока. Первые Г. постоянного тока были созданы в 20-х годах 19 в. и по принципу действия являлись приборами магнитоэлектрической системы (см. Магнитоэлектрический прибор измерительный). Они состояли из магнитной стрелки, подвешенной на тонкой нити и помещенной внутри катушки из проволоки. При отсутствии тока в катушке стрелка устанавливается по магнитному меридиану данного места. Появление тока вызывает отклонение стрелки от первоначального положения. В 19 в. было создано много конструктивных разновидностей Г. с подвижной магнитной стрелкой и они широко применялись при научных исследованиях электромагнитных явлений. Так, например, в 1886 Г. Кольрауш, пользуясь таким Г., определил с высокой точностью электрохимический эквивалент серебра.

В 1881 французский учёный Ж. А. д'Арсонваль создал Г. с подвижной катушкой, в котором подвижным элементом служил проводник с током, помещенный в поле постоянного магнита. В зависимости от конструкции подвижной части такие Г. подразделяют на Г. рамочные (подвижная часть — рамка с несколькими витками проволоки), петлевые (подвижная часть — петля из одного витка проволоки) и струнные (подвижная часть — провод, натянутый как струна). В качестве примера на рис. 1 показано устройство рамочного Г. В поле постоянного магнита 1 расположена рамка 2, на оси которой укреплена стрелка-указатель 3. Протекающий по виткам рамки ток взаимодействует с полем постоянного магнита и создаёт вращающий момент, вызывающий поворот подвижной части и соответственно перемещение стрелки относительно шкалы. Для повышения чувствительности Г. на подвижной части вместо стрелки указателя укрепляют миниатюрное зеркальце оптического отсчётного устройства. На рис. 2 показан зеркальный Г. с оптическим устройством. Луч света от осветителя 1 падает на зеркальце 3 и, отражаясь от него, попадает на шкалу 4. Шкалу устанавливают на расстоянии 1,5—2 м от Г., поэтому даже весьма малые угловые перемещения зеркальца вызывают заметные отклонения светового пятна на шкале от его нулевого положения. Разновидностью являются Г. со световым отсчётом, у которых осветитель и шкала размещены в одном корпусе с механизмом Г. В этом случае для получения достаточной длины светового луча применяют многократное отражение его от нескольких неподвижных зеркал.

При прохождении по обмотке Г. кратковременного импульса тока получается баллистический отброс подвижной части из нулевого положения с последующим возвращением к нему после нескольких колебаний. Если длительность импульса значительно меньше периода собственных колебаний подвижной части, то первое наибольшее отклонение указателя пропорционально количеству электричества, перенесённого импульсом. Для измерения количества электричества при сравнительно продолжительных импульсах изготовляют Г. баллистические, у которых момент инерции подвижной части значительно больше, чем у обычных Г. С помощью баллистических Г. можно измерять количество электричества при импульсах продолжительностью до 2 сек.

Для обнаружения малых значений силы переменного тока или напряжений применяют Г. вибрационные переменного тока и с преобразователями переменного тока в постоянный. Вибрационные Г. по принципу действия идентичны Г. постоянного тока и отличаются от них только тем, что имеют очень малый момент инерции подвижной части. Устройство вибрационного Г. с подвижным магнитом показано на рис. 3. Подвижная пластинка 3 из магнитомягкой стали помещается между полюсами постоянного магнита 1 в поле электромагнита 2 (между полюсами n и m). Пластинка 3 укрепляется вместе с маленьким зеркальцем на бронзовой ленточке. Измеряемый переменный ток, проходя по обмотке 5 электромагнита 2, создаёт переменное магнитное поле, накладывающееся на постоянное поле постоянного магнита 1. Результирующее магнитное поле меняет своё направление с частотой переменного тока и вызывает колебания пластинки 3; при этом чёткое изображение на шкале 7 световой щели 6 размывается в световую полоску. Ширина полоски пропорциональна силе переменного тока в обмотке электромагнита 2. Чувствительность вибрационного Г. получается максимальной, когда частота собственных колебаний подвижной части Г. равна частоте переменного тока, поэтому все вибрационные Г. имеют приспособления для изменения частоты собственных колебаний в целях настройки подвижной части в резонанс с исследуемым переменным током. Вибрационные Г. изготовляются для работы при частотах не свыше 5 кгц.

Термогальванометр — Г. переменного тока с термопреобразователем, имеющий механизм магнитоэлектрического Г. с подвижной рамкой в виде одного витка. Половины этого витка выполнены из различных металлов и образуют термопару (См. Термопара). Вблизи одного из спаев расположен нагреватель, к которому подводят измеряемый переменный ток. Возникающий в рамке термоток отклоняет её от нулевого положения. Этот Г. может применяться для работы при частотах свыше 5 кгц.

Основной характеристикой Г. является чувствительность или величина, ей обратная, — постоянная Г. Современные Г. постоянного тока серийного производства позволяют обнаруживать токи силой около 5·10^-11 а и напряжения порядка 5·10^-8 в. Постоянные вибрационных Г. переменного тока имеют порядок 1·10^-1 а/деление.

Лит.: Черданцева З. В., Электрические измерения, 3 изд., М. — Л., 1933; Карандеев К. Б., Гальванометры постоянного тока, Львов, 1957; Арутюнов В. О., Электрические измерительные приборы и измерения, М., 1958.

Н. Г. Вострокнутов.

Рис. 1. Рамочный гальванометр: 1 — постоянный магнит; 2 — рамка; 3 — стрелка-указатель; 4 — выводы рамки; 5 — шкала.

Рис. 2. Зеркальный гальванометр: 1 — осветитель (лампа); 2 — гальванометр; 3 — зеркальце; 4 — шкала.

Рис. 3. Вибрационный гальванометр: 1 — постоянный магнит; 2 — электромагнит; 3 — подвижная пластинка; 4 — бронзовая ленточка; 5 — обмотка для измеряемого тока; 6 — щель оптической системы; 7 — шкала.