灵敏电流计的研究
灵敏电流计也叫直流检流计或检流计，是一种精确的磁电式仪表。它和其它磁电式仪表一样，都是根据载流线圈在磁场中受力矩作用而偏转的原理制成的，只是在结构上有些不同。普通电表中的线圈安装在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，用指针来指示偏转。而灵敏电流计则是用极细的金属悬丝代替轴承，且将线圈悬挂在磁场中，由于悬丝细而长，反抗力矩很小，所以当有极弱的电流流过线圈时，就会使它明显的偏转。因而它比一般的电流表要灵敏得多，可以测量10-6～10-11A范围的微弱电流和10-3～10-6V范围的微小电压，如光电流、物理电流、温差电动势等；电流计的另一种用途是平衡指零，即根据流过电流计的电流是否为零来判断电路是否平衡。
实验目的
1.了解灵敏电流计的结构和工作原理；
2.了解灵敏电流计的三种运动状态；
3.测定灵敏电流计的临界电阻，电流常数和内阻。
实验原理
1、灵敏电流计的构造
其结构主要分三部分：
磁场部分： 有永久磁铁和圆形软铁芯。永久磁铁产生磁场，圆柱形软铁芯使磁铁极隙间磁场呈均匀径向分布，并增加磁极和软铁之间空隙中的磁场。 偏转部分： 可在磁场中转动的线圈，它的上下用金属张丝张紧，张丝同时作为线圈两端的电流引线。由于用张丝代替了普通
电表的转轴和轴承，避免了机械摩擦，电流计的灵敏度得以提高。
读数部分： 有光源、小镜和标尺。小镜固定在线圈上，随线圈一起转动。它把从光源射来的光反射到标尺上形成一个光点，此部分相当于指针式电表中很长的指针。但是指针太长，线圈的转动惯量增大，灵敏度将下降。为了克服这样的缺点，采用光点偏转法，可使灵敏度进一步大幅度地提高。
有的灵敏电流计常采用多次反射式，使标尺远离电流计的小镜，ACl5型检流计就是此种灵敏电流计。
2、灵敏电流计的读数
当有电流通过灵敏电流计的线圈时，线圈受到电磁力矩作用而偏转。当电磁力矩与张丝的扭转反力矩相等时，线圈就停止在某一位置上，随之标尺上的光标将固定在一定的位置（例如在标尺的刻度d上）起一条“光线指针”的作用．而且，电流Ig与光标的位移d成正比，即
IgKid
（1）
式中比例常数Ki称为电流计常数；单位是A／mm，在数值上等于光点移动一个毫米所对应的电流。
3、线圈运动的阻尼特性
当外加电流通过灵敏电流计或断去外电流使线圈发生转动时，由于线圈具有转动惯量和转动动能，它不可能一下子就停止在平衡位置上，而是要越过平衡位置在其附近摆动一段时间才能稳定，摆动时间的长短直接影响测量的速度。为此有必要了解影响线圈运动状态的各种因素。
灵敏电流计工作时，总是由它的内阻Rg与外电路电阻R外构成闭合回路（电流计回路除Rg外的总电阻），控制R外的大小，就可控制电磁阻尼力矩M的大小，从而控制线圈的运动状态。
欠阻尼状态 2 过阻尼状态 3 临界阻尼状态图4 （
接通电流时 （
断开电流时
⑴ 欠阻尼状态：当R外较大时，感应电流较小，电磁阻力矩M较小，线圈偏离平衡位置后就会在平衡位置附近来回振动，振幅逐渐衰减，经过较长时间才能停在平衡位置。R外越大，M越小，线圈振动次数越多，回到平衡位置所需的时间就越长。
⑵ 过阻尼状态：当R外较小时，感应电流较大，电磁阻力矩M较大，线圈偏离平衡位置后会缓慢地回到平衡位置，但不会越过平衡位置。
利用此特性，将一个电键与电流计并联，当电流计光标运动到平衡位置附近时，将电键按下，电流计光标即可迅速停在平衡位置，这样方便了我们的调节。这个电键叫阻尼电键。灵敏电流计面板上的“短路”档，就是这样的阻尼电键装置。
⑶ 临界阻尼：当R外适当时，线圈偏离平衡位置后能快速的正好回到平衡位置而又不发生振动，临界阻尼状态的外电阻称为电流计的临界阻尼电阻Rc。
显然，电流计工作在临界状态时，最有利于观察和读数。 4、 灵敏电流计面版图
其使用方法和注意事项分述如下：
⑴ 待测电流由面板左下角标有“+”和“-”的两个接线柱接入，一般可以不考虑正负。
（2
）实验时，先接通AC220V电源，看到光标后将分流器旋钮从“短路”档转到“×1” 档，看光标是否
指“0”，若光标不指“0”，应使用零点调节器和标尺活动调零器把光标调到“0”点。若找不到光标，先检查仪器的小灯泡是否发光，若小灯泡是亮的，轻拍检流计，观察光标偏在哪边，若偏在左边，逆时针旋转零点调节器；若偏在右边，则顺时针旋转零点调节器，使光标露出并调整到零。
（3） ×0.1，×0.01档：检流计分流器的主要作用是改变测量的灵敏度，它通过分流电阻改变可测电流的范围，即改变了灵敏度。
(4)当实验结束时必须将分流器置于“短路”档，以防止线圈或悬丝受到机械振动而损坏。 5、装置介绍
实验电路示于图6。电源E经两次分压后，在一个小电阻R。上得到微弱电压V。。通过电流计的电流为Ig，其中Rg为电流计的内阻。当R2R0时，可得Ig的表达式为（V为电压表读数）： Ig
VR0
(R2Rg)(R1R0)
（2）
图6 实验电路图
实验内容
（一）观察欠阻尼运动
1．开关K1、K2预先断开，按图6联接电路，电路中的小电阻 RO=0.1欧，R2的值先取为外临界电阻RC（由仪器铭牌上读取）的4—5倍。R1=99999.9欧,E=1.5V。并调节R使电压表读数为零，请老师检查电路后方可接通电源。
2．电流计应水平放置，使电流计内悬丝垂直，以保证转动时不会与旁边的磁极和柱形软铁发生摩擦和相碰。调整光标与标尺的零点重合。
3．接通开关K1，再接通开关K2。调节R以缓慢增大电压表读数，同时观察光标的移动，直至大约偏到40mm。断开K2；观察光标的运动，记录R2及光标振动的最大振幅。反向接通K2，重复前述观察。改变R2，重复前述观察。
（＝）测定外临界电阻RC
将电压表读数调到零，调小R2，同时每次都调节R，使光标约位于40mm，断开K2，观察振动情况（限于标尺的一边），直至R2减小到刚能使光标不发生振动，即光标很快地回到零点又恰好不能超过零点时的临界阻尼状态。记录此时的R2，得外临界阻尼电阻RC= R2十R0。
由测得的RC及Rg计算电流计的全临界电阻RW=RC+Rg。（使用电流计时，如果情况许可，调节外电路的电阻使全临界电阻提高到1.1 Rc）。
（三）用半值法测定电流计的内阻Rg。
1．调节电压表读数至零值，R2调到零，断开K2，静等约3分钟后，记录电流计的零点读数d0；闭合K2，再缓慢增大电压表指示值，使电流计的光标偏转40mm左右，静等约3分钟后，记录电流计的读数d；ddd0即表示R2=0时通过电流计的电流。
2．保持其他不变，只增大R2，直至增大到能使电流减小到原电流的一半，即d／2。记录此时的R2的值，即电流计的内阻Rg。
'
必须指出，只有在(R2Rg)R0以及通过电流计的电流变化（由d。→d。/2）对v。的恒定值影响甚小时，所测得的Rg才足够正确（这样，R1是大点还是小点好？）。
（四）测定电流计的电流常数Ki
1．将R1调到外临界电阻RC的数值。调大电压表的读数，使电流计的光标偏到满刻度的2/3（或附近一个整数）。记下此时的电压表读数V以及R1、R0和光标的偏转d1（对于零点在标尺中央的电流计，为消除悬丝左、右扭转时的不对称，需要将双向转换开关K2反向，再读出光标在零点另一侧的偏转d2，然后求偏转的平均值 ）。
2．由式(2）算出Ig，再由式(1）计算Ki（式中d可用dl或d2的平均值），其中Ig及d的单位分别用安及毫米。
注意事项
1．电流表的线圈及悬丝很精细，应注意保护，不容许过重的振动和过分的扭转。不要随意搬动电表，非搬不可时，必须使电流计短路，轻拿轻放。发现光标不动或偏离正常零点过大时，应请教师指导解决。
2 实验过程中，电路调节应仔细进行，不要使光标偏转超过标尺。 3．搁置不用时，应将电流计短路。
表1 测量临界电阻
Rc表2 测定电流计的内阻Rg
R2=0时 d0= mm d= mm ddd0= mm
思考题：
1. 提高灵敏电流计灵敏度的两种主要方法是什么？它和普通电表的结构有何区别？ 2. 如何改变灵敏电流计的阻尼状态？灵敏电流计在什么阻尼状态下工作最方便？ 3. 为什么测量电路要采用二级分压，用一级分压可以吗?
灵敏电流计的研究
灵敏电流计也叫直流检流计或检流计，是一种精确的磁电式仪表。它和其它磁电式仪表一样，都是根据载流线圈在磁场中受力矩作用而偏转的原理制成的，只是在结构上有些不同。普通电表中的线圈安装在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，用指针来指示偏转。而灵敏电流计则是用极细的金属悬丝代替轴承，且将线圈悬挂在磁场中，由于悬丝细而长，反抗力矩很小，所以当有极弱的电流流过线圈时，就会使它明显的偏转。因而它比一般的电流表要灵敏得多，可以测量10-6～10-11A范围的微弱电流和10-3～10-6V范围的微小电压，如光电流、物理电流、温差电动势等；电流计的另一种用途是平衡指零，即根据流过电流计的电流是否为零来判断电路是否平衡。
实验目的
1.了解灵敏电流计的结构和工作原理；
2.了解灵敏电流计的三种运动状态；
3.测定灵敏电流计的临界电阻，电流常数和内阻。
实验原理
1、灵敏电流计的构造
其结构主要分三部分：
磁场部分： 有永久磁铁和圆形软铁芯。永久磁铁产生磁场，圆柱形软铁芯使磁铁极隙间磁场呈均匀径向分布，并增加磁极和软铁之间空隙中的磁场。 偏转部分： 可在磁场中转动的线圈，它的上下用金属张丝张紧，张丝同时作为线圈两端的电流引线。由于用张丝代替了普通
电表的转轴和轴承，避免了机械摩擦，电流计的灵敏度得以提高。
读数部分： 有光源、小镜和标尺。小镜固定在线圈上，随线圈一起转动。它把从光源射来的光反射到标尺上形成一个光点，此部分相当于指针式电表中很长的指针。但是指针太长，线圈的转动惯量增大，灵敏度将下降。为了克服这样的缺点，采用光点偏转法，可使灵敏度进一步大幅度地提高。
有的灵敏电流计常采用多次反射式，使标尺远离电流计的小镜，ACl5型检流计就是此种灵敏电流计。
2、灵敏电流计的读数
当有电流通过灵敏电流计的线圈时，线圈受到电磁力矩作用而偏转。当电磁力矩与张丝的扭转反力矩相等时，线圈就停止在某一位置上，随之标尺上的光标将固定在一定的位置（例如在标尺的刻度d上）起一条“光线指针”的作用．而且，电流Ig与光标的位移d成正比，即
IgKid
（1）
式中比例常数Ki称为电流计常数；单位是A／mm，在数值上等于光点移动一个毫米所对应的电流。
3、线圈运动的阻尼特性
当外加电流通过灵敏电流计或断去外电流使线圈发生转动时，由于线圈具有转动惯量和转动动能，它不可能一下子就停止在平衡位置上，而是要越过平衡位置在其附近摆动一段时间才能稳定，摆动时间的长短直接影响测量的速度。为此有必要了解影响线圈运动状态的各种因素。
灵敏电流计工作时，总是由它的内阻Rg与外电路电阻R外构成闭合回路（电流计回路除Rg外的总电阻），控制R外的大小，就可控制电磁阻尼力矩M的大小，从而控制线圈的运动状态。
欠阻尼状态 2 过阻尼状态 3 临界阻尼状态图4 （
接通电流时 （
断开电流时
⑴ 欠阻尼状态：当R外较大时，感应电流较小，电磁阻力矩M较小，线圈偏离平衡位置后就会在平衡位置附近来回振动，振幅逐渐衰减，经过较长时间才能停在平衡位置。R外越大，M越小，线圈振动次数越多，回到平衡位置所需的时间就越长。
⑵ 过阻尼状态：当R外较小时，感应电流较大，电磁阻力矩M较大，线圈偏离平衡位置后会缓慢地回到平衡位置，但不会越过平衡位置。
利用此特性，将一个电键与电流计并联，当电流计光标运动到平衡位置附近时，将电键按下，电流计光标即可迅速停在平衡位置，这样方便了我们的调节。这个电键叫阻尼电键。灵敏电流计面板上的“短路”档，就是这样的阻尼电键装置。
⑶ 临界阻尼：当R外适当时，线圈偏离平衡位置后能快速的正好回到平衡位置而又不发生振动，临界阻尼状态的外电阻称为电流计的临界阻尼电阻Rc。
显然，电流计工作在临界状态时，最有利于观察和读数。 4、 灵敏电流计面版图
其使用方法和注意事项分述如下：
⑴ 待测电流由面板左下角标有“+”和“-”的两个接线柱接入，一般可以不考虑正负。
（2
）实验时，先接通AC220V电源，看到光标后将分流器旋钮从“短路”档转到“×1” 档，看光标是否
指“0”，若光标不指“0”，应使用零点调节器和标尺活动调零器把光标调到“0”点。若找不到光标，先检查仪器的小灯泡是否发光，若小灯泡是亮的，轻拍检流计，观察光标偏在哪边，若偏在左边，逆时针旋转零点调节器；若偏在右边，则顺时针旋转零点调节器，使光标露出并调整到零。
（3） ×0.1，×0.01档：检流计分流器的主要作用是改变测量的灵敏度，它通过分流电阻改变可测电流的范围，即改变了灵敏度。
(4)当实验结束时必须将分流器置于“短路”档，以防止线圈或悬丝受到机械振动而损坏。 5、装置介绍
实验电路示于图6。电源E经两次分压后，在一个小电阻R。上得到微弱电压V。。通过电流计的电流为Ig，其中Rg为电流计的内阻。当R2R0时，可得Ig的表达式为（V为电压表读数）： Ig
VR0
(R2Rg)(R1R0)
（2）
图6 实验电路图
实验内容
（一）观察欠阻尼运动
1．开关K1、K2预先断开，按图6联接电路，电路中的小电阻 RO=0.1欧，R2的值先取为外临界电阻RC（由仪器铭牌上读取）的4—5倍。R1=99999.9欧,E=1.5V。并调节R使电压表读数为零，请老师检查电路后方可接通电源。
2．电流计应水平放置，使电流计内悬丝垂直，以保证转动时不会与旁边的磁极和柱形软铁发生摩擦和相碰。调整光标与标尺的零点重合。
3．接通开关K1，再接通开关K2。调节R以缓慢增大电压表读数，同时观察光标的移动，直至大约偏到40mm。断开K2；观察光标的运动，记录R2及光标振动的最大振幅。反向接通K2，重复前述观察。改变R2，重复前述观察。
（＝）测定外临界电阻RC
将电压表读数调到零，调小R2，同时每次都调节R，使光标约位于40mm，断开K2，观察振动情况（限于标尺的一边），直至R2减小到刚能使光标不发生振动，即光标很快地回到零点又恰好不能超过零点时的临界阻尼状态。记录此时的R2，得外临界阻尼电阻RC= R2十R0。
由测得的RC及Rg计算电流计的全临界电阻RW=RC+Rg。（使用电流计时，如果情况许可，调节外电路的电阻使全临界电阻提高到1.1 Rc）。
（三）用半值法测定电流计的内阻Rg。
1．调节电压表读数至零值，R2调到零，断开K2，静等约3分钟后，记录电流计的零点读数d0；闭合K2，再缓慢增大电压表指示值，使电流计的光标偏转40mm左右，静等约3分钟后，记录电流计的读数d；ddd0即表示R2=0时通过电流计的电流。
2．保持其他不变，只增大R2，直至增大到能使电流减小到原电流的一半，即d／2。记录此时的R2的值，即电流计的内阻Rg。
'
必须指出，只有在(R2Rg)R0以及通过电流计的电流变化（由d。→d。/2）对v。的恒定值影响甚小时，所测得的Rg才足够正确（这样，R1是大点还是小点好？）。
（四）测定电流计的电流常数Ki
1．将R1调到外临界电阻RC的数值。调大电压表的读数，使电流计的光标偏到满刻度的2/3（或附近一个整数）。记下此时的电压表读数V以及R1、R0和光标的偏转d1（对于零点在标尺中央的电流计，为消除悬丝左、右扭转时的不对称，需要将双向转换开关K2反向，再读出光标在零点另一侧的偏转d2，然后求偏转的平均值 ）。
2．由式(2）算出Ig，再由式(1）计算Ki（式中d可用dl或d2的平均值），其中Ig及d的单位分别用安及毫米。
注意事项
1．电流表的线圈及悬丝很精细，应注意保护，不容许过重的振动和过分的扭转。不要随意搬动电表，非搬不可时，必须使电流计短路，轻拿轻放。发现光标不动或偏离正常零点过大时，应请教师指导解决。
2 实验过程中，电路调节应仔细进行，不要使光标偏转超过标尺。 3．搁置不用时，应将电流计短路。
表1 测量临界电阻
Rc表2 测定电流计的内阻Rg
R2=0时 d0= mm d= mm ddd0= mm
思考题：
1. 提高灵敏电流计灵敏度的两种主要方法是什么？它和普通电表的结构有何区别？ 2. 如何改变灵敏电流计的阻尼状态？灵敏电流计在什么阻尼状态下工作最方便？ 3. 为什么测量电路要采用二级分压，用一级分压可以吗?