Galvanometer – känsligt instrument för mätning och detektion av elektrisk ström
Översikt av galvanometern: princip, konstruktion, historisk utveckling, huvudtyper (rörlig spole, rörlig magnet, ballistisk), användningsområden och praktiska begränsningar.
En galvanometer är ett analogt elektromekaniskt instrument som visar närvaro och ofta storlek på elektrisk ström genom en mekanisk avböjning. Traditionellt används galvanometern som en mycket känslig amperemeter eller som detektor i mätkretsar, där en svag ström ger upphov till en vridning av en visare eller spegel som återfjädras av ett motmoment. Begreppet har senare utvidgats till liknande mekanismer för positionering och laserskanning, där termen ibland används om spegelmotorer (galvo-scanners).
Bildgalleri
10 Bilder
Princip och huvuddelar
Grundprincipen bygger på att en elektrisk ledare i ett magnetfält utsätts för en kraft. I en vanlig rörlig-spole-galvanometer (D'Arsonval-typ) är en lätt spole upphängd i ett fast magnetfält; när ström flyter genom spolen uppstår ett vridmoment som är proportionellt mot strömstyrkan. Ett återställande moment från en fjäder eller tråd ger jämvikt och bestämmer avböjningen, vilken kan avläsas på en skala eller via en spegel med optisk läsning. Viktiga komponenter är spolen, det permanenta magnetfältet, återfjädringsmekanismen och ofta dämpningselement (t.ex. eddyströmdämpning) som stabiliserar visaren.
Viktiga varianter
- Rörlig spole (D'Arsonval) – vanligast i känsliga mätinstrument; hög linjäritet och god känslighet.
- Rörlig magnet – spolen hålls fast och magneten roterar; används ibland för att minska rörliga massor.
- Ballistisk galvanometer – avsedd att mäta korta strömimpulser eller laddning genom att integrera avböjningen över tiden.
Valet av variant avgörs av avsedd mätuppgift: långsiktiga exaktmätningar, snabba transienter eller att fungera som null-detektor i bryggor.
Historia och utveckling
Galvanometern har sina rötter i tidig 1800-talsforskning om elektriska strömmar; instrument som kunde visa ström var avgörande för att utforska elektriska fenomen och utveckla mätteknik. Under 1800-talet förbättrades känslighet och konstruktion, och i slutet av århundradet blev rörlig-spole-typen standard i laboratorier. I modern tid har många analoga galvanometrar ersatts av elektroniska förstärkare och digitala instrument, men principen lever kvar i specialiserade tillämpningar.
Användningar och praktiska aspekter
Galvanometrar används fortfarande som känsliga detektorer i laboratorier, i finavstämning av instrument, och som integrerande mätare i experiment (ballistisk). De förekommer också i optiska system för att rikta lasersstrålar i mönstergenerering och skanning. Praktiska begränsningar inkluderar termisk brus, mekanisk friktion, begränsad bandbredd och lastpåverkan på mätkretsen; för att mäta större strömmar kopplas ofta en shunt parallellt med galvanometern för att omvandla den till en ammeter.
Som detektor är galvanometern ofta utformad för hög känslighet snarare än robusthet. I mätpraktiken används den både för direkta avläsningar och som null-instrument i kombination med andra komponenter. För mer allmän bakgrund om instrument och strömmätning se elektrisk ström och relaterade resurser.
Operation
Den mest välkända användningen är som ett analogt mätinstrument, som ofta kallas mätare. Det används för att mäta likströmmen (flödet av elektrisk laddning) genom en elektrisk krets. Den D'Arsonval/Weston-form som används idag är konstruerad med en liten svängbar trådspole i fältet av en permanentmagnet. Spolen är fäst vid en tunn visare som rör sig över en kalibrerad skala. En liten vridfjäder drar spolen och visaren till nollställningen.
När en likström (DC) flyter genom spolen genererar spolen ett magnetfält. Detta fält verkar mot den permanenta magneten. Spolen vrider sig, trycker mot fjädern och flyttar visaren. Visaren pekar på en skala som anger den elektriska strömmen. En noggrann utformning av polstyckena säkerställer att magnetfältet är jämnt, så att pekarens vinkel är proportionell mot strömmen. En användbar mätare innehåller i allmänhet en anordning för att dämpa den mekaniska resonansen hos den rörliga spolen och visaren, så att visaren snabbt ställer sig i sitt läge utan svängning.
Tangentgalvanometer
En tangentgalvanometer är ett tidigt mätinstrument som användes för att mäta elektrisk ström. Det fungerar genom att en kompassnål används för att jämföra ett magnetfält som genereras av den okända strömmen med jordens magnetfält. Den har fått sitt namn från sin funktionsprincip, magnetismens tangentlag, som säger att tangenten till den vinkel som kompassnålen bildar är proportionell mot förhållandet mellan styrkorna hos de två vinkelräta magnetfälten. Den beskrevs först av Claude Servais Mathias Pouillet 1837.
En tangentgalvanometer består av en spole av isolerad koppartråd som är lindad på en cirkulär icke-magnetisk ram. Ramen är monterad vertikalt på en horisontell bas som är försedd med utjämningsskruvar. Spolen kan roteras runt en vertikal axel som går genom dess centrum. En kompassbox är monterad horisontellt i mitten av en cirkulär skala. Den består av en liten, kraftfull magnetnål som är vridbar i spolens centrum. Den magnetiska nålen kan fritt rotera i det horisontella planet. Den cirkulära skalan är indelad i fyra kvadranter. Varje kvadrant är graderad från 0° till 90°. En lång tunn aluminiumpekare är fäst vid nålen i dess centrum och i rät vinkel mot den. För att undvika fel på grund av parallax är en plan spegel monterad under kompassnålen.
Frågor och svar
F: Vad är en galvanometer?
S: En galvanometer är en typ av amperemeter som används för att detektera och mäta elektrisk ström.
F: Vem är den person som galvanometern är uppkallad efter?
S: Galvanometern är uppkallad efter Luigi Galvani.
F: Vilken typ av utmatning producerar en galvanometer som svar på elektrisk ström?
S: Som svar på elektrisk ström som flödar genom dess spole, producerar en galvanometer en roterande avböjning.
F: Vilket är området för avböjning som produceras av en galvanometer?
S: En galvanometer ger en begränsad båge av avböjning.
F: Vad finns det för andra användningsområden för den mekanism som används i en galvanometer?
S: Samma mekanism som används i en galvanometer används i utrustning för registrering, positionering och servomekanism.
F: Är en galvanometer en digital eller analog enhet?
S: En galvanometer är en analog elektromekanisk transducer.
F: Vad är syftet med en galvanometer?
S: Syftet med en galvanometer är att mäta och detektera elektrisk ström.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Galvanometer – känsligt instrument för mätning och detektion av elektrisk ström Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/37346