檢流計

檢流計，檢測微弱電量用的高靈敏度的機械式指示電錶，用於電橋、電位差計中作為指零儀表，也可用於測微弱電流、電壓以及電荷等。主要有磁電系檢流計、光電放大式檢流計、衝擊檢流計、振動檢流計和振子等。

基本信息

• 中文名：檢流計
• 英文名：galvanometer

• 用途：指示電錶
• 分類：磁電系檢流計、光電放大式檢流計

原理

檢流計

檢流計是磁電式儀表，它是根據載流線圈在磁場中受到力矩而偏轉的原理製成的。普通電錶中線圈是安放在軸承上，用彈簧遊絲來維持平衡，用指針來指示偏轉。由於軸承有摩擦，被測電流不能太弱。檢流計使用極細的金屬懸絲代替軸承懸掛在磁場中，由於懸絲細而長，反抗力矩很小，所以有很弱的電流通過線圈就足以使它產生顯著的偏轉。因而檢流計比一般的電流表靈敏的多，可以測量微電流（10-7~10-10A）或者微電壓（10-3~10-6V），如光電流、生理電流、溫差電動勢等。首次記錄神經動作電位，就是用此類儀器實現的。
檢流計的另一種用途是平衡指零，即根據流過檢流計的電流是否為零來判斷電路是否平衡，它被廣泛使用在直流電橋和電位差計中。

結構

以光點式檢流計為例，檢流計由三部分組成：(1)磁場部分：由永久磁鐵(N,S)產生磁場，圓柱形軟鐵心(J)使氣隙中磁場呈均勻輻射狀。(2)偏轉部分：能在氣隙中轉動的矩形線圈C及從上下拉緊線圈的金屬張絲E,只要有很小的力矩作用，就能使線圈偏轉。(3)讀數部分：小鏡M固定在動圈上，它把光源射進來的光束反射到標尺上形成一個游標，當電流流過動圈時，動圈受力偏轉而帶動小鏡M轉過角，因而反射光束偏轉的角度為,游標在標尺上移動的距離n=L*α，L為小鏡到標尺的距離。

運動狀態

檢流計

按阻尼的大小不同,有不同的運動狀態：
1)無阻尼狀態
當β=0,即外電路開路(R→∞)和無空氣阻尼(D=O)時,動圈為無阻尼狀態,以平衡位置為中心做等幅振動；
(2)實際運動狀態
實際上阻尼總是存在的,當R≠∞,D≠0時有三種運動狀態.1)欠阻尼狀態:此時外電阻R較大，β<ω,動圈以平衡位置為中心作衰減振動，並且逐漸趨緊於平衡位置。2)臨界阻尼狀態:R=Rc,β=ω,動圈無振動的很快達到平衡位置，此時的外電阻稱為臨界電阻Rc，一般來說，檢流計的臨界阻尼狀態是它的理想工作狀態。3)過阻尼狀態:當β>ω,即R<Rc,此時動圈也是做單向偏轉運動，緩慢的趨向平衡位置。R越小，到達平衡位置的時間越長。因為過阻尼運動中，動圈到達平衡的時間長，而且不易判斷動圈是否到達平衡位置，因此它對於測量是不利的。

測量電路

由於檢流計很靈敏，一般通過電流不能超過1μA。電壓經過兩次分壓後得到很小的電壓(常小於1mV)後才加到檢流計電路中。第一次採用滑線變阻器分壓，第二次採用固定電阻R1/R0ע≈10-3~10-4的數量級分壓。K2是換向開關，用它可以變換過檢流計的電流方向，K3是阻尼開關，將它合上就可以將檢流計短路，檢流計的動圈就停止振動。

磁電系

其結構和工作原理與磁電系電錶基本相同。作為檢流計，要求有較高的靈敏度，主要是電壓靈敏度和電流靈敏度。為提高電流靈敏度，通常要增加轉動力矩，例如加強磁場和增加動圈匝數。但限於氣隙尺寸，須用很細的導線繞制動圈。因此電流靈敏度高的檢流計的動圈電阻(內阻)較高。此外，要降低反抗力矩，可採用力矩很弱的拉絲（或懸絲）將動圈安置在永久磁鐵的氣隙中。為此，檢流計使用時要保持水平位置。檢流計動圈沒有金屬框架，阻尼力矩由動圈本身提供,動圈在氣隙磁場中運動時,切割磁通而產生電動勢，此電動勢引起的流過動圈和外電路的電流，在檢流計中又與磁場作用產生阻尼力矩。因此，外電路的結構要影響檢流計阻尼的強弱。若使檢流計指示迅速達到穩定，應令其工作在稍欠阻尼狀態。磁電系檢流計是很精細的電錶，不使用時，須將兩端短路，這時阻尼最強，可保護檢流計可動部分少受損害。
檢流計刻度盤上的刻度分格是均勻的，零點標在度盤中心。動圈左右偏轉，都可讀數。刻度上雖然標有數值，只是表示分格數；用於測電流、電壓時，要另行標定刻度分格所代表的準確數值。
磁電系檢流計的電流靈敏度以電流常數（電流靈敏度與電流常數互為倒數）表示，可達10-9安/分格或更高，內阻達幾千歐。用檢流計測微弱電壓時，要求有較高的電壓靈敏度。因檢流計測量的基本量是電流，如要求在一定的被測電壓下能有較大的電流通過檢流計，則希望檢流計有較低內阻，但此時電流的靈敏度降低。因此，電壓靈敏度高的檢流計,其電流靈敏度要低些（例如10-7安/分格）。
為使用方便，可將磁電系檢流計做成攜帶型，動圈用張絲拉緊，並採用光線多次反射以提高靈敏度。
光電放大式檢流計，將光電放大器與兩個磁電系檢流計結合在一起即構成圖2所示的光電放大式檢流計。初級檢流計接在被測迴路中，它的小鏡將光線反射到差分光電池上。兩光電池的輸出電流之差流入次級檢流計G2。如此可獲得較強的信號。為使檢流計工作穩定，通常採用負反饋線路。

使用方法

1．觀察檢流計運動狀態並測量臨界電阻。合上開關K1,調節變阻器R使得游標偏轉至60mm,斷開K1使檢流計處於測量狀態。
(1)根據臨界阻尼的工作狀態要求，測量臨界電阻Rc。
(2)選取Rkp分別為臨界電阻的31、21、1、2、3倍時，判別檢流計的運動狀態，測出游標第一次回到自然平衡位置(零點)的時間和最終達到平衡位置的阻尼時間（每種狀態測兩次）。在上述操作中，選取合適的R0/R1,使得游標偏轉60mm
2．測量檢流計的電流常數CI和電壓常數CV。
(1)選擇Rkp=Rc,使檢流計工作在臨界狀態，選擇合適的R0/R1,調節滑線變阻器R，使游標n=60mm,記下對應的刻度n1和電壓V01,然後將開關K2迅速倒向，記下反方向偏轉n1’。
(2)調節變阻器R,使得游標每次減少5mm,重複(1)的步驟，得到一組ni、ni’和V0i的數據。由平均值做出n-V曲線，求出K=n/V,帶入(15)和(17),計算CI和CV。
3．測量阻尼時間Tc阻尼時間Tc是指在臨界狀態下，檢流計從最大偏轉位置(如60mm)到達穩定平衡位置需要的時間，斷開開關K1,測量三次Tc。
[2]4．根據步驟2的數據，求最大偏轉(60mm)時的
5．測量Rkp=0.5Rc和2Rc及滿偏60mm時的CI和CV。

注意事項

檢流計使用時在“直接”檔進行調零和測量，實驗完畢後放回“短路”檔。
檢流計在實驗過程中要避免受震動。
在調節Rkp過程中要注意對檢流計的保護以防進入檢流計電流過大。