Кто изобрел гальванометр и каков его принцип действия

Теоретическое введение

SNН_ЗН_З

Магнитное поле Земли подвержено суточным, годовым, вековым и т.п. колебаниям. Соответственно меняются и элементы земного магнетизма.Отметим, что магнитная стрелка или рамка с током устанавливается в определенном направлении под действием вектора ИНДУКЦИИ магнитного поля, а не вектора напряженности. Но в силу установившейся традиции обычно говорят о векторе напряженности.
Если магнитная стрелка может вращаться только около вертикальной оси, то под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли она устанавливается в плоскости магнитного меридиана. Это свойство магнитной стрелки используется в приборе, который называется тангенс-гальванометр, для определения величин горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Н_З .
Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с числом витков n . В центре катушки в горизонтальной плоскости расположен компас. Магнитная стрелка компаса при отсутствии тока в катушке будет располагаться по магнитному меридиану Земли NS.
Поворачивая катушку около вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана. Если после таковой установки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол  . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будет действовать два поля. Внешнее поле – это горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли – Н_З и второе поле, созданное током Н_т (рис. 2).
Под действием этих двух полей магнитная стрелка займет такое положение, при котором равнодействующая этих полей будет совпадать с линией, соединяющей полюса стрелки.

NSАВN₁S₁Н_зН_тнапряженности магнитного поля

В точке А ток идет на нас (показан точкой). В точке В ток идет от нас (показан крестиком). Магнитное поле тока (вектор Н_т) направлено перпендикулярно и плоскости витков.
Из рисунка 2 видно, что ( 1 )
откуда ( 2 )
Длина магнитной стрелки компаса должна быть намного меньше радиуса R катушки, чтобы магнитное поле можно было бы считать однородным в той области, где находится стрелка, а напряженность – равной напряженности в центре катушки.
Магнитное поле тока зависит от геометрии источника магнитного поля, от величины тока, протекающего по проводнику.
Применяя закон Био-Савара-Лапласа, можно легко найти напряженность магнитного поля в центре кругового тока, имеющего n витков. Получим ( 3 )
Подставляя значения Н из формулы ( 3 ) в формулу ( 2 ), находим
.. ( 4 )

Порядок проведения работы

1. Соберите установку по схеме, изображенной на рис. 3.

1. Коммутатор поставить на любое направление тока. Очень часто тангенс-гальванометр имеет установочные винты и уровень. При помощи установочных винтов добиваются того, чтобы стрелка могла свободно вращаться, не задевая шкалу лимба. Такая «свободная» стрелка довольно быстро устанавливается по магнитному меридиану и будет сохранять это положение.

2. Вращают катушку около вертикальной оси, наблюдая сверху, и придают ей такое положение, чтобы ось магнитной стрелки лежала в плоскости катушки. Тогда плоскость катушки будет совмещена с плоскостью магнитного меридиана. При этом магнитная стрелка указывает на нулевое деление шкалы лимба. Если это не так, то необходимо повернуть компас вокруг вертикальной оси.

3. Задаются пятью значениями токов, пропущенных через витки катушки тангенс-гальванометра в пределах 20–100 мА. Например: 20, 40, 60, 70, 90 мА. Каждой величине тока соответствует свой опыт.

4. Проводя первый опыт, соответствующий току 20 мА, необходимо:

1. установить реостат на нужное сопротивление (стрелка миллиамперметра показывает 20 мА) и замыкают ключ К. Когда стрелка тангенс-гальванометра успокоится, производят измерение острого угла по обоим концам стрелки, как показано на рис. 4.

2. записывают показания миллиамперметра и тангенс-гальванометра.

3. коммутатором меняют направление тока в тангенс-гальванометре.

4. измеряют как и в первом случае углы отклонения стрелки, ток должен быть таким же как и ранее.

5. результаты заносят в таблицу.

1. Проводят второй опыт, соответствующий току 40 мА. И далее со всеми токами. Все результаты заносят в таблицу.

2. Для каждого опыта вычисляют H_з (где i – номер опыта) по формуле ( 4 ), где витков катушки n=65 , а радиус витков R=14 см.

Таблица 1

№п/п	направле-ние тока	направле-ние тока			Ix10-3А	НзА/м	Нз
1
2
3
4
5

Контрольные вопросы

1. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.

1. В чем заключается принцип измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра?

1. Почему магнитная стрелка тангенс-гальванометра должна быть намного меньше радиуса витков?

1. Выведите напряженность магнитного поля в центре кругового тока.

динамическое поведение

Динамическое поведение гальванометра описывается следующим дифференциальным уравнением:

Θ⋅φ¨+ρ⋅φ˙+Д.⋅φзнак равноА.Б.N⋅Я.общее{\ displaystyle \ Theta \ cdot {\ ddot {\ varphi}} + \ rho \ cdot {\ dot {\ varphi}} + D \ cdot \ varphi = A \; B \; N \ cdot I _ {\ text { tot}}}

Это время , в зависимости от отклонения угла от гальванометра, его изменение с течением времени, то есть угловая скорость указателя и угловое ускорение . Константы являются моментом инерции & thetas вращающегося элемента, механического постоянная затухания р , на пружины постоянной D возвратной пружины, площадь катушки А , с магнитной индукции B постоянного магнита и число витков N . I _tot — это полный ток через катушку, состоящий из измерительного тока и индуцированного тока. Поскольку считываемый прогиб α (длина дуги, часто выражаемая в миллиметрах) зависит от длины стрелки, геометрический коэффициент g добавляется при переходе от φ к α , а постоянная гальванометра дает
φ{\ displaystyle \ varphi}φ˙{\ displaystyle {\ dot {\ varphi}}}φ¨{\ displaystyle {\ ddot {\ varphi}}}

граммзнак равнограммД.А.Б.N{\ displaystyle G = {\ frac {gD} {ABN}}}

Применение гальванометров

Гальванометр применяется не только как самостоятельный прибор, показывающий малые значения, I, U или выполняющего роль нуль-индикатора, но и также как основной блок многих других измерительных приборов. Ниже будет подробно рассказано о каждом из таких вариантов использования.

1. Как амперметр или вольтметр, а именно:

• подключение сопротивления (шунтирующего) в параллель с устройством позволяет измерять ток (амперметр);
• включение R (добавочного) последовательно к устройству дает возможность измерять напряжение (вольтметр).

Таким образом, даже при отсутствии подключенного сопротивления прибор может выполнять как функцию амперметра, так и вольтметра в зависимости от подключения его к интересующему участку цепи.

2. Как термометр или экспонометр:

• при подключении фотодиода используется как экспонометр;
• при соединении с датчиком температуры (термоэлементом) будет выполнять функции своеобразного термометра.

3. Как измеритель заряда.

Для данной цели применяют баллистический гальванометр. Он позволяет измерить одиночный импульс заряда, так как после его протекания через прибор происходит резкий отброс внутренней рамки.

4. Как индикатор нуля.

При имеющемся положении стрелки на «нуле» на градуированной шкале, устройство применяется в качестве нуль-индикатора и показывает отсутствие электрического параметра при подключении к участку цепи.

5. Для записи различных сигналов в осциллографе.

За счет своего конструктивного исполнения гальванометр в осциллографе подключается напрямую к пишущему устройству (писчику). При подаче какого-либо импульса прибор реагирует на него и приводит в движение писчик, которые отображает определенные колебания на бумаге. При этом, в данных ситуациях используются различные типы приборов:

• С большим усилием, способные передвигать писчик по бумаге.
• С малым. Это подойдет для тех вариантов использования, когда требуется лишь периодический и кратковременный контакт пишущего устройства с бумагой.

6. Для осуществления оптической развертки в системах лазерной оптики (зеркальные).

В настоящее время аналоговые приборы постепенно уступают место современным устройствам, работающим на основе цифровых технологий. Единственными типами гальванометров, востребованными и сегодня, являются зеркальные устройства, которые применяются в качестве одной из составляющей установки в лазерной технологии, так как способны производить отклонение луча лазера.

В электротехнике существуют различные измерительные приборы, с помощью которых можно выполнить замеры силы тока, напряжения и сопротивления. Соответственно, это амперметр, вольтметр и омметр. В некоторых случаях, когда требуется обнаружить и измерить очень малые электрические токи, напряжения и количество электричества, применяется гальванометр, обладающий высокой чувствительностью. Он также указывает на отсутствие напряжения или тока в цепях с различными электрическими параметрами.

Типовые конструкции

Все гальванометры по своим конструктивным особенностям могут подразделяться на два основных типа:

• Переносные, используемые для цепей DC. Включают в себя рамку (подвижную), крепится на растяжках, шкалу, указатель (механический или световой).
• Стационарные (зеркальные). Эти приборы не подлежат переноске и требуют в обязательном порядке выравнивания по уровню.

Особенности устройства стационарного гальванометра

Если в переносных подвижная рамка фиксируется при помощи растяжек, то в приборах стационарного типа она закреплена на подвесе.

1 – рамка с обмоткой.2 – подвес.3 – зеркало.4 – безмоментная нить.

При подключении стационарного устройства к отрезку электрической цепи с протекающим током, рамка приходит в движение и начинает поворачиваться. Для того чтобы зафиксировать и измерить данный угол поворота, используется зеркало, на которое посредством специальной лампы подается световой луч.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме .

• Национальная лаборатория магнитных полей
• в виртуальной лаборатории в Институте Макса Планка по истории науки

vтеЭлектрическое и электронное измерительное оборудование
Измерение	Амперметр Измеритель емкости Измеритель искажений Электрический счетчик Частотомер Измеритель LCR Измеритель мощности СВЧ Мультиметр Мегомметр Омметр Пиковый измеритель Измеритель пиковой программы Псофометр Q метр Рефлектометр во временной области Время-цифровой преобразователь Тестер транзисторов Тестер трубок Ваттметр Вольтметр VU метр
Анализ	Анализатор шины Логический анализатор Сетевой анализатор Осциллограф Анализатор сигналов Анализатор спектра Монитор формы волны Вектороскоп Видеоскоп
Поколение	Генератор сигналов произвольной формы Генератор цифровых шаблонов Генератор функций Генератор развертки Генератор сигналов Генератор видеосигнала

Использует [ редактировать ]

Зеркало с лазерным сканированием с замкнутым контуром, управляемое гальванометром

Вероятно, наибольшее распространение получили гальванометры типа D’Arsonval / Weston, используемые в аналоговых счетчиках в электронном оборудовании. С 1980-х годов аналоговые измерительные механизмы гальванометрического типа были вытеснены аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) для многих целей. Цифровой панельный измеритель (DPM) содержит АЦП и числовой дисплей. Преимуществами цифрового прибора являются более высокая точность и точность, но такие факторы, как энергопотребление или стоимость, могут по-прежнему способствовать применению аналоговых перемещений измерительного прибора.

Современное использование править

Чаще всего механизм гальванометра используется в системах позиционирования и управления. Гальванометрические механизмы делятся на гальванометры с подвижным магнитом и подвижной катушкой; кроме того, они делятся на замкнутые и разомкнутые — или резонансные — типы.

Зеркальные гальванометрические системы используются в качестве элементов позиционирования или управления лучом в системах лазерного сканирования . Например, для обработки материалов с помощью мощных лазеров используются механизмы зеркального гальванометра с замкнутым контуром с системами сервоуправления . Как правило, это гальванометры большой мощности, а новейшие гальванометры, разработанные для управления лучом, могут иметь частотные характеристики более 10 кГц с соответствующей сервотехникой. Зеркальные гальванометры с замкнутым контуром также используются аналогичным образом в стереолитографии , лазерном спекании , лазерной гравировке , лазерной сварке , лазерных телевизорах , лазерных дисплеях.и в приложениях визуализации, таких как сканирование сетчатки с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ) и сканирующей лазерной офтальмоскопии (SLO). Почти все эти гальванометры относятся к типу подвижных магнитов. Замкнутый контур получается путем измерения положения оси вращения с помощью инфракрасного излучателя и 2 фотодиодов. Эта обратная связь представляет собой аналоговый сигнал.

Гальванометры с разомкнутым контуром или резонансным зеркалом в основном используются в некоторых типах лазерных сканеров штрих-кода, печатных машинах, приложениях для обработки изображений, военных приложениях и космических системах. Их несмазываемые подшипники особенно интересны там, где требуется работа в высоком вакууме .

Механизм гальванометра (центральная часть), используемый в блоке автоматической экспозиции 8-мм пленочной камеры , вместе с фоторезистором (виден в отверстии в верхней части левой части).

Гальванометрические механизмы с подвижной катушкой (производители жестких дисков называют «звуковыми катушками») используются для управления сервоприводами позиционирования головки в жестких дисках и проигрывателях CD / DVD, чтобы сохранить как можно меньшую массу (и, следовательно, время доступа). .

Прошлое использование править

Вначале гальванометры использовались для поиска неисправностей в телекоммуникационных кабелях. В конце ХХ века они были заменены рефлектометрами во временной области .

Механизмы гальванометра также использовались для снятия показаний с фоторезисторов в механизмах измерения пленочных камер (как видно на соседнем изображении).

В аналоговых ленточных самописцах, таких как электрокардиографы , электроэнцефалографы и полиграфы , для позиционирования пера использовались гальванометрические механизмы . Самописцы с ленточными диаграммами с гальванометрическими перьями могут иметь полную частотную характеристику 100 Гц и отклонение в несколько сантиметров.

Ссылки [ править ]

1. Шиффер, Майкл Брайан. (2008) «Электромагнетизм выявлен», борьба за власть: научный авторитет и создание практического электричества до Эдисона. Стр.24.
2. «Множитель Швайггера — 1820» . Maglab . Национальная лаборатория сильного магнитного поля . Проверено 17 октября 2017 года .
3. Линдли, Дэвид, Градусы Кельвина: Рассказ о гении, изобретении и трагедии , стр. 132–133, Joseph Henry Press, 2004 ISBN  
4. Кейтли, Джозеф Ф. (1999). История электрических и магнитных измерений: с 500 г. до н.э. до 1940-х гг . Джон Уайли и сыновья. С. 196–198. ISBN 0-7803-1193-0.
5. Weschler инструменты (20 февраля 2020). «Аналоговый измеритель натянутого диапазона» . Проверено 25 апреля 2020 года .
6. http://www.dictionarycentral.com/definition/taut-band-meter.html
7. Пулья (1837). и по общему закону интенсивности, которую принимают токи, независимо от того, исходят ли они от одного элемента или от кучи высокого или низкого напряжения]. Comptes rendus (на французском). 4 : 267–279.
8. Гринслейд младший, Томас Б. «Касательный гальванометр» . Кеньон-колледж . Проверено 26 апреля 2016 года .
9. «Теория» . ГАЛЬВАНОМЕТР . Проверено 5 апреля 2017 года .
10. Нобили, Леопольдо (1825). «Sur un nouveau galvanomètre présenté à l’Académie des Sciences» . Bibliothèque universelle (на французском языке). 29 : 119–125.
11. Гринслейд, Томас Б. Младший «Инструменты для естественной философии — астатический гальванометр» . Кеньон-колледж . Дата обращения 6 ноября 2019 .

Подвижная рама (или магнитоэлектрическая)

Подвижная рама гальванометр, также называемый магнитоэлектрической или d’движение Arsonval, состоит из катушки , установленные на оси , купались в магнитном поле в виде неподвижного магнита , на этом катушка крепятся смотровое иглу и 2 пружины , антагонисты или волосок , отвечающий за возврат подвижной части в положение с указанием нуля, а также за питание звуковой катушки.

• Низкий импеданс катушка соединена последовательно в цепи , где ток , чтобы измерить потоки.
• Ток, проходя через катушку, индуцирует в ней электромагнитное поле , которое вызывает поворот за счет отталкивания магнитных полей. Чем сильнее ток, тем больше наклон катушки.

Эта система самая точная, но и самая хрупкая. Работает только на постоянном токе. Магнитоэлектрические устройства измеряют средние значения.

Существуют магнитоэлектрические версии с выпрямителем, которые позволяют измерять синусоидальный переменный ток, но дают искаженные значения для других форм сигналов.

Существовали также версии гальванометров с вертикальной осью, подвижная рама которых была подвешена на торсионных проволоках, по которым также проводился измеряемый ток, а стрелка была заменена зеркалом, которое позволяло без механических ограничений проецировать изображение индекса палец на шкале, расположенной на некотором расстоянии, что увеличивает чувствительность. Эти устройства были чрезмерно хрупкими, защищены стеклянным колпаком и закреплены на опоре, снабженной микрометрическими винтами для регулировки вертикальности оси.

Преимущества и недостатки

Эти сборки позволяют более или менее точные измерения.

• Связанный с выпрямительным узлом, делителем напряжения и тока, он используется для измерения: постоянного и переменного напряжения или тока.
• Добавляя батарею к системе подвижной рамы для питания резистивной цепи, получается омметр для измерения сопротивлений .
• Небольшие мгновенные движения иглы позволяют визуализировать определенные вариации измеряемого сигнала, которые трудно отобразить на цифровом дисплее.

Эта сборка основана на точной механике , поэтому довольно хрупкая и чувствительная к вибрациям.

• Точность этого устройства стала недостаточной для многих электронных приложений .
• Ферромагнитный гальванометр может выполнять достоверные измерения только несинусоидальных переменных токов.
• Электронные измерительные системы намного точнее.

Виды и значение линий

1. Тонкая и толстая сплошные линии — на чертежах изображает линии электрической, групповой связи, линии на элементах УГО.
2. Штриховая линия — указывает на экранирование провода или устройств; обозначает механическую связь (мотор — редуктор).
3. Тонкая штрихпунктирная линия — предназначается для выделения групп из нескольких компонентов, составляющих частей устройства, либо систему управления.
4. Штрихпунктирная с двумя точками — линия разъединительная. Показывает развертку важных элементов. Указывает на удаленный от устройства объект, связанный с системой механической или электрической связью.

Сетевые соединительные линии показывают полностью, но согласно стандартам, их допускается обрывать, если они являются помехой для нормального понимания схемы. Обрыв обозначают стрелками, рядом указывают основные параметры и характеристики электрических цепей.

Жирная точка на линиях указывает на соединение, спайку проводов.

Гальванометр — магнитоэлектрическая система

Гальванометры магнитоэлектрической системы представляют собой прибор высокой чувствительности по току и напряжению с неградуированной шкалой. Их применяют преимущественно при нулевых методах измерения в качестве приборов, позволяющих с большой точностью фиксировать отсутствие тока в цепи. Гальванометры после соответствующей градуировки могут быть использованы для измерений весьма малых токов, напряжений и количества электричества.
 

Гальванометры магнитоэлектрической системы, применяемые для записи кривых тока и напряжения, бывают двух различных по конструкции типов: петлевые и рамочные.
 

Гальванометры магнитоэлектрической системы с подвижной катушкой могут применяться для измерений не только в цепях постоянного тока, но и для импульсов токов — малых количеств электричества. В последнем случае считаем, что гальванометр работает в баллистическом режиме.
 

Гальванометры магнитоэлектрической системы представляют собой прибор высокой чувствительности по току и напряжению с неградуированной шкалой. Их применяют преимущественно при нулевых методах измерения в качестве приборов, позволяющих с большой точностью фиксировать отсутствие тока в цепи. Гальванометры после соответствующей градуировки могут быть использованы для измерений весьма малых токов, напряжений и количества электричества.
 

Зависимость глубины проникновения переменного тока t от его частоты f. 1 н 2 — для меди и стали соответственно ( t, мм. 3 — для стального трубопровода с условным проходом DN-200 MM ( t, км. 4-для грунта с удельным электросопротивлением р100 Ом — м ( /, км. 5 -для грунта с р10 ОМ М ( t, км.

Поскольку гальванометр магнитоэлектрической системы реагирует на внешние, возможно имеющиеся в грунте напряжения постоянного тока, перед ним включается конденсатор. Посторонние напряжения переменного тока с частотой 162 / з или 50 Гц тоже не могут повлиять на результат измерения, поскольку рабочая частота измерительных мостов переменного тока при схеме с вибропреобразователями составляет 108 Гц, а по схеме с транзисторами — около 135 Гц. Первая высшая гармоника в мостовой схеме выпрямителя станции катодной защиты ( 100 Гц) обычно вызывает заметные биения. Однако при не слишком больших амплитудах и в этом случае еще возможно выявление нуля путем настройки одинаковых отклонений по обе стороны от нулевой точки. Некоторые характеристики приборов для измерения сопротивления представлены в табл. 3.2. В принципе все четырехполюсные приборы для измерения сопротивления могут быть использованы при закорачивании обеих клемм Е и Е также и для измерения сопротивлений растеканию тока в грунт.
 

Наиболее распространены гальванометры магнитоэлектрической системы.
 

Как устроен гальванометр магнитоэлектрической системы.
 

Стрелочный гальванометр типа М-122.

Это свойство гальванометра магнитоэлектрической системы используется для измерения электрических емкостей, а также при некоторых магнитных измерениях. Основным условием пропорциональности первого наибольшего отклонения количеству электричества, прошедшему через гальванометр, является незначительность продолжительности импульса тока по сравнению с периодом собственных колебаний подвижной части. Учитывая это обстоятельство, делают специальные баллистические гальванометры с преднамеренно увеличенным периодом колебаний.
 

При использовании гальванометра магнитоэлектрической системы в качестве баллистического необходимо иметь в виду, что баллистическая постоянная его принимает различные значения при изменении сопротивления цепи гальванометра.
 

Наиболее распространенными являются гальванометры магнитоэлектрической системы с подвижной катушкой; такие гальванометры делятся на стрелочные и зеркальные.
 

Конструкция чувствительного элемента электрического газоанализатора.

В измерительную диагональ включается гальванометр магнитоэлектрической системы.
 

Баллистический гальванометр зеркальный — гальванометр магнитоэлектрической системы с большим моментом инерции. Период колебаний подвижной системы у него настолько большой, что после включения тока подвижная система остается в отклоненном положении, и, таким образом, создается возможность измерения кратковременных токов. Зеркальные гальванометры, как и стрелочные, снабжены арретиром и корректором.
 

Виды гальванометров

Несмотря на общий принцип работы, данные измерительные устройства отличаются между собой в соответствии с особенностями конструкции каждого из них. Например, магнитоэлектрический гальванометр выдает показания с помощью специальной электропроводящей рамки, закрепленной на оси и помещенной в поле действия постоянного магнита.

В нулевом положении ее удерживает специальная пружина. Когда по рамке протекает ток, происходит ее отклонение на определенный угол. На величину угла оказывает влияние не только сила тока, но и жесткость пружины, а также индукция магнитного поля. Показав высокую чувствительность, эти приборы позволяют получить максимально точные результаты.

Данные измерительные устройства бывают еще нескольких видов:

• Электромагнитные. Отличаются простой конструкцией, в состав которой входит неподвижная катушка и подвижный сердечник или магнит, втягивающийся в катушку или поворачивающийся при наличии электрического тока. Недостатком считается нелинейная шкала и затруднения при ее градуировке.
• Тангенциальные. В конструкции имеется компас, с помощью которого сравниваются магнитные поля тока и Земли. В катушке применяется медная изолированная проволока, намотанная на рамку из диэлектрического материала. Обмотка и стрелка компаса в плоскости должны совпадать между собой. Под действием электрического тока на оси катушки создается магнитное поле, перпендикулярное магнитному полю Земли. Угол отклонения стрелки получается равным тангенсу отношения обоих магнитных полей.
• Зеркальные. Считаются наиболее точными и быстродействующими устройствами. Показания снимаются с помощью небольшого зеркальца и отраженного от него светового луча.
• Тепловые. Представляют собой проводник и рычажную систему. Длина проводника увеличивается, когда по нему проходит ток. Рычажная система преобразует удлинение проводника в положение стрелки на шкале прибора.

Амперметр

Магнитный пускатель: принцип действия

Устройство генератора: принцип работы

Герконовое реле: принцип действия

Принцип действия поляризованного реле

Магнитный двигатель

История изобретения гальванометра

История создания гальванометра тесно связана с открытием понятия «электромагнитная индукция» и работой целой плеяды великих учёных мира, которые создавали новые варианты прибора и усовершенствовали его. Но о трёх эпохальных личностях в мире физики и гальванометров необходимо сказать отдельно:

• Х.К. Эрстед;
• Л. Гальвани;
• М. Фарадей.

Датский учёный Ханс Кристиан Эрстед 15 февраля 1820 года, проводя эксперимент на лекции по электричеству, пропускал электрический ток через проводник, который лежал сверху корабельного компаса. В результате в момент включения цепи стрелка компаса отклонялась от своего начального положения. Проведя несколько аналогичных опытов с другими металлами и разным значением силы тока, Эрстед фактически доказал существование магнитного поля и электромагнитной индукции. А сам эксперимент (проводник, магнитная стрелка и источник питания) был заложен в основу первого гальванометра.

Луиджи Гальвани исследовал электричество, проходящее в живых и физически мёртвых организмах. Впоследствии на основе изучения «возвратного» удара были заложены условия для возникновения «гальванизма» — явления генерирования мышечных сокращений во время пропускания электрического тока. Это дало возможность создать и исследовать первые электрические индукции.

Майкл Фарадей в далёком 1831 году в конце августа (29), будучи в своей лаборатории, исследовал протекание электрического тока в проводнике и экспериментально доказал существование электромагнитной индукции, используя гальванометр для обнаружения этого явления. Которое перевернуло всю физику и фундаментальные законы природы, а именно наличие электромагнитного поля и индукции доказало существование нового вида материи.

Виды гальванометров

Магнитоэлектрический

Для работы данного гальванометра используется специальная электропроводящая рамка, которая закрепляется на специальной оси, находящейся в поле постоянного магнита. Изначально рамка находится в нулевом положении за счёт удерживающей её пружины. В случае протекания электрического тока по рамке, она отклоняется на определённый угол. Значение угла отклонения зависит от величины протекающего тока, от индукции магнитного поля и от жёсткости удерживающей пружины.

Величину протекающего тока можно определить по положению стрелки, закреплённой на проводящей рамке. Магнитоэлектрические гальванометры отличаются от других типов гальванометров высокой чувствительностью.

Электромагнитный

Конструкция гальванометра электромагнитного типа достаточно простая. Гальванометр состоит из неподвижной катушки и подвижного магнита или сердечника, который или поворачивается, или втягивается в катушку во время прохождения через неё электрического тока. Одним из минусов электромагнитных гальванометров является нелинейность их шкалы и, соответственно, трудность правильной градуировки. Но, несмотря на это, данные гальванометры используются как амперметры переменного тока.

Тангенциальный

Особенностью конструкции тангенциального гальванометра является компас. Он необходим для того, чтобы сравнивать магнитное поле электрического тока с магнитным полем планеты Земля. В работе прибора присутствует тангенциальный закон магнетизма, отсюда и название.

Катушка гальванометра выполнена из медной проволоки с изоляцией. Проволока наматывается на специальную рамку, материал которой имеет немагнитные свойства. Рамка располагается вертикально и при работе проворачивается вокруг оси, которая проходит через центр рамки. Компас гальванометра располагается в горизонтальном положении и одновременно в центре шкалы, имеющей круговую форму. На указательную стрелку компаса прикрепляется специальный указатель из алюминия.

Работа гальванометра происходит следующим образом. Устройство располагают так, чтобы стрелка компаса и плоскость обмотки совпали друг с другом. Далее через обмотку пропускают электрический ток, создающий магнитное поле на оси катушки. Искусственно созданное магнитное поле является перпендикулярным магнитному полю Земли. Указательная стрелка гальванометра реагирует как на искусственно созданное магнитное поле, так и на естественное магнитное поле Земли и таким образом отклоняется на определённый угол. Угол отклонения стрелки равен тангенсу отношения двух магнитных полей.

Зеркальный

Гальванометр зеркального типа один из наиболее точных и наиболее быстрых гальванометров. Для снятия показаний используется зеркальце небольшого размера и отражаемый от него световой луч. В своё время данные гальванометры имели широкое распространение. Но и сегодня они также используются, например, для перемещения лазерных лучей в различных шоу-программах.  

Вибрационный

Разновидностью зеркального гальванометра являются гальванометры вибрационные, обладающие малыми габаритами. Настройка таких гальванометров выполняется регулировкой натяжения пружины. Вибрационные гальванометры используют в тех случаях, когда необходимо измерять очень малые значения электрических величин.   

Тепловой

Данное устройство состоит из проводника и рычажной системы. При прохождении тока через проводник, его длина увеличивается. За счёт рычажной системы происходит преобразование удлинения проводника в отклонение указательной стрелки гальванометра.

Апериодический

Суть работы заключается в том, что каждое отклонение указателя заканчивается его возвращением в положение равновесия.

Баллистический

Для измерения величины одиночного электрического импульса используют баллистические гальванометры, главная особенность которых в особенности подвижной части. Дело в том, что подвижные элементы обладают увеличенным моментом инерции.

В настоящее время вместо гальванометров практически везде применяются современные цифровые устройства измерения электрических величин.

Классификация гальванометров

Производители выпускают разные гальванометры. Несмотря на то, что все устройства действуют по одному принципу, разработан богатый ассортимент подвидов этого прибора. Различаются они между собой габаритами, конструктивными особенностями, шкалой делений, функциональностью, принципом работы.

По конструктивным решениям гальванометры делят на:

• Портативные, внутрь которых вмонтирована шкала. В них применяют и привычные стрелки, и световую индикацию.
• Зеркальные с независимой шкалой делений. Такие приспособления необходимо при подключении зафиксировать и выровнять строго по уровню.

У портативных элементы механизма размещены на растяжках, в зеркальных крепятся на гибком подвесе.

По области применения:

• бытового назначения;
• научно-исследовательские;
• профессиональные (промышленные).

По принципу работы гальванометра:

• магнитоэлектрические;
• электромагнитные;
• тангенциальные;
• электродинамические;
• тепловые;
• зеркальные;
• вибрационные.

Магнитоэлектрический гальванометр

Состоит из рамки-проводника, обмотанной проводом с тонким сечением. Рама зафиксирована на стержне в поле стационарного магнита. Указатель, прикрепленный к раме гальванометра, точно измеряет величину электротока в единицах, которыми проградуирована шкала. От других аналогичных приборов магнитоэлектрический отличается высокой чувствительностью.

Электромагнитный

Элементами такого приспособления стали неподвижная катушка под напряжением и лабильный магнит. Последний притягивается к бобине или вращается вокруг нее. Такой прибор обладает непостоянством шкалы. С градуировкой возникают трудности.

Тангенциальный

Гальванометр работает при помощи компаса. В конструкцию входит бобина из медной проволоки, которая намотана на вертикальную намагниченную поворотную рамку.

Тепловой

Состоит из электропроводника, способного увеличиваться в длину при нагревании, и системы рычагов, трансформирующих удлинение в колебательные движения указателя.

Зеркальный

Прибор обладает минимальной погрешностью измерений. Отраженный в зеркале световой поток заменил в этом приспособлении стрелку шкалы. Чаще всего с помощью скоростных зеркальных гальванометров делают лазерные представления. Это устройство как нельзя лучше подходит для создания эффектной картинки из подвижных цветных лучей.

Вибрационный

Этот прибор — подвид зеркальных. Стало традиционным измерение виброгальванометром явления нуль-индикатора. Отклик к колебательным движениям в этом устройстве наделил его сверхчувствительностью к частотным скачкам тока. В связи с этим инструмент применяют для наладки оборудования, требующего высокой точности настроек.