Гальванометр

Содержание

Как правильно использовать?

Гальванометры можно с уверенностью назвать целым классом измерительного оборудования, характеризующегося максимальным уровнем точности и используемого для исследований величины электрического тока, проходящего через проводники, а также других его параметров. За счёт широкого ассортимента моделей и их функциональных возможностей эти измерительные приборы успешно эксплуатируются на производстве, в быту и в лабораторных условиях. При этом простейшее устройство можно изготовить своими руками.

Гальванометр работает как в качестве самостоятельного оборудования, отображающего параметры малых токов или выполняющего функции нуль-индикаторов, так и в виде основного блока других приборов. Так, существует вариант использования описываемой техники в качестве амперметра и вольтметра. Для этого потребуется:

подключить шунтирующее сопротивление параллельно с устройством для определения силы тока в амперах;
установить в цепи добавочное сопротивление последовательно для измерения напряжения.

Помимо указанных вариантов, гальванометры способны эффективно выполнять функции других приборов.

Термометра в тандеме с датчиком температуры и экспонометра при подключении фотодиода.
Измерителя заряда. Речь в данном случае идёт об эксплуатации именно баллистических гальванометров, предоставляющих возможность определить параметры одиночных импульсов, при прохождении которых происходит резкое движение (отброс) рамки.
Индикатора нуля, эффективно определяющий отсутствие электрического тока в цепи при фиксации указателя на нулевой отметке, градуированной соответствующим образом шкалы.
Устройства для записи сигналов осциллографа. Конструктивные особенности позволяют подключить гальванометр непосредственно к так называемому писчику. В итоге при фиксации любого импульса прибор моментально реагирует и параллельно активирует пишущее устройство, которое, в свою очередь, отображает все данные на бумаге.
Средства для выполнения оптической развёртки. Имеется в виду использование зеркальных моделей в системах лазерной оптики.

На данный момент аналоговые конструкции активно сдают свои позиции, уступая место современным, цифровым устройствам. В соответствии с актуальными статистическими данными, наиболее распространёнными сейчас являются зеркальные гальванометры. Они до сих пор достаточно широко эксплуатируются в качестве элементов различных лазерных установок. Это обусловлено их способностью отклонять лучи лазера.

Независимо от типа измерительного оборудования, его конструкции и функциональных возможностей, к его эксплуатации следует подходить грамотно. Параллельно требуется помнить о технике безопасности, поскольку речь идёт о работе с электрическим током. Не менее важными моментами будут правила хранения и обслуживания приборов, закреплённые в соответствующих инструкциях.

В следующем видео вы подробно узнаете о том, что такое вертикальный гальванометр и какие его принципе работы.

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.

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.

Где:

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.

Устройство и принцип действия

Ввиду высокой чувствительности гальванометрa вращающий и противодействующий моменты в них ничтожно малы.

Поэтому при анализе работы гальванометра нельзя пренебрегать ни трением, ни тормозящими силами.

Измерение силы тока с помощью гальванометра основано на наблюдении угла поворота рамки.

Этот угол обычно мал, поэтому приходится прибегать к искусственным оптическим приемам его определения. Наиболее распространенным является метод зеркального отсчета (рис.6). Луч света от осветителя падает на зеркальце, связанное с рамкой через нить подвеса, и после отражения падает на прозрачную шкалу, образуя на ней световой «зайчик». При повороте рамки с зеркальцем на угол луч света поворачивается на угол 2 , а зайчик смещается на n делений шкалы. Величина угла поворота находится в зависимости от расстояния ℓ зеркальца до шкалы и от числа делений n отсчитанных по шкале смещения «зайчика». При малых углах поворота можно считать, что = , т.е. угол поворота рамки гальванометра прямо пропорционален числу делений шкалы n , на которое сместился ″зайчик″ Осветительное устройство, благодаря специальной оптической системе, обеспечивает изображение светового «зайчика» на шкале в виде светового круга или квадрата с линией в центре.

Уравнение движения рамки гальванометра. При отсутствии тока врамке плоскость ее витков расположена параллельно силовым линиям магнитного поля магнита. При протекании тока по ней возникает магнитное поле, вектор магнитной индукции которого перпендикулярен плоскости витков рамки. В результате взаимодействия: магнитных полей к рамке будет приложена пара сил Ампера, стремящаяся повернуть рамку перпендикулярно силовым линиям поля магнита. Вращающий момент пары сил равен

вр= ,

где N — число витков в рамке; в B- вектор магнитной идукции поля магнита; S — площадь витка рамка; I — сила тока в рамке. Вращающему моменту Мвр будет противодействовать упругий момент кручения Мупр , возникающий в нити подвеса при повороте рамки на угол по закону Гука:

упр= -D

Кроме этих двух моментов на рамку с током будет действовать тормозящий момент Мтр, , обусловленный электромагнитным торможением и сопротивлением воздуха. Сопротивлением воздуха можно пренебречь. Электромагнитное торможение является следствием того, что в рамке во время ее движения индуцируется ток с направлением, противоположным основному току в рамке. Вследствие взаимодействия индукционного тока и магнитного поля магнита возникает тормозящий момент Мтр , который определяется по формуле

индNBS ,

где =Iинд- величина индукционного тока, возникающего в цепи гальванометра, рамка которого замкнута на некоторое внешнее сопротивление Rвн ; Rg- сопротивление рамки гальванометра; угловая скорость ее вращения.

тр=

Коэффициент называется коэффициентом электромагнитного торможения. Поскольку величины B, S, N и RG постоянны для данного гальванометра, тормозящий момент Мтр определяется величиной сопротивления внешней цепи Rвн . Чем больше сопротивление внешней цепи гальванометра, тем меньше торможение рамки. Очевидно, наибольшее торможение будет при Rвн =0, то есть при коротком замыкании рамки. Это используется для так называемого демпфирования рамки, т.е. для быстрого ее успокоения. Наименьшее торможение будет при Rвн =∞, что соответствует разомкнутой цепи гальванометра. Разомкнув цепь гальванометра, можно заставить рамку совершать свободные колебания. Согласно второму закону механики для вращательного движения уравнение движения рамки гальванометра запишется в общем виде так:

или

как функцию времени, иначе говоря, установить характер движения рамки гальванометра, или характер режима его работы.

От гальванометра до гальванометра

1 — ротор (постоянный магнит) 2 — статор (катушки) 3 — железный сердечник 4 — внешняя стенка

Зеркала, которые перемещаются с помощью привода гальванометра, называются сканерами гальванометров, или сокращенно гальваническими сканерами. Гальво-сканер должен обеспечивать максимально возможные скорости и ускорения. Для этого трение и моменты инерции должны быть как можно меньше. По этой причине алюминиевые катушки предпочтительно использовать вместо медных катушек в гальванических сканерах с подвижными катушками.

Для высокой динамики охлаждение змеевика также должно быть максимально хорошим. Однако змеевик ротора в воздухе термически плохо связан с окружающей средой. Кроме того, змеевик, через который проходит воздух, деформируется возникающими центробежными силами. Этих недостатков можно избежать с помощью систем, в которых магнит движется, а катушка находится в покое. Сегодня большинство систем производятся именно в таком исполнении. Это дает несколько преимуществ: нет необходимости в электрических контактах с ротором, катушка больше не деформируется из-за высоких скоростей, и обмотки катушки могут охлаждаться на большей площади и улучшенном тепловом соединении. Соответствующая конструкция магнита гарантирует постоянные свойства примерно до 135 ° C.

На рисунке справа можно увидеть ротор (1) как постоянный магнит, небольшой воздушный зазор и намотанные катушки (2) на железном сердечнике (3). Наружная стенка (4) сделана из металла и используется для охлаждения змеевиков. Наилучших свойств такого гальванического сканера можно достичь с помощью постоянных магнитов из FeNdB .

Основные характеристики гальванометров

Несмотря на простоту устройства подобных приборов, они также имеют основные характеристики и опции, определяющие их действие и чувствительность.

Одним из основных параметром устройства является постоянная. Ее значение определяется имеющейся длиной между шкалой и зеркалом и считается по стандартному отрезку протяженностью 1 метр. Для переносных данная величина считается ценой деления нанесенной шкалы. Составляет для современных приборов: стационарные — 10-11 А-м/мм, переносные приборы — 10-8 — 10-9 А/дел. Для всех видов приборов допускается погрешность в ±10%.
Постоянство «нуля» указателя (невозвращение стрелки к точке «ноль» при перемещении от крайнего положения, обозначенного на шкале). По данному параметру они различаются по разрядам постоянства. Данный показатель, имеющий числовое значение, в обязательном порядке указывается на шкале и наносится в виде ромбовидного штампа.
Наличие магнитного шунта. Его положение возможно изменять посредством поворота внешней ручки, что приводит к изменению: магнитной индукции в зазоре и постоянной гальванометра (по I в три раза). Таким образом, во всей технической документации, а также в паспорте прибора всегда указываются значения постоянной при 2 положениях шунта: в выведенном состоянии, в введенном состоянии.
Наличие корректора. Посредством его можно осуществлять перемещение стрелки (указателя) из одного крайнего состояния в другое.
Наличие арретира. Все статические устройства с подвесом оснащаются им в обязательном порядке, так как он позволяет жестко зафиксировать подвижную часть устройства. Это помогает предотвратить его повреждение при перемещении.
Наличие электростатического экранирования. Устанавливается в целях защиты прибора от I утечки.

Поскольку в них присутствует подвижная составляющая, ее движение и колебание пропорциональны успокоению, которое можно регулировать посредством подбора внешнего R. В паспорте изделия всегда указывается максимально допустимое внешнее R (критическое). На практике реальное R стараются подобрать как можно ближе к R критическому по значению. Это исключает возможность возникновения колебаний указателя вокруг положения равновесия.

Применение гальванометров

Трудно переоценить вклад от использования этого устройства в научно-исследовательскую деятельность. Но гальванометр нашёл своё применение в разных сферах:

высокочувствительные измерительные приборы (амперметры, вольтметры);
кино- и фотоиндустрия (экспонометры, датчики освещённости);
в электронике и электроэнергетике (нуль-индикаторы, измерители напряжений и токов);
детекция и рекордирование сигналов в разных сигнало-пишущих устройствах (осциллографы, осциллоскопы) и т. д.

Заключение

Гальванометр — это целый класс высокоточного измерительного оборудования для исследования величины, проходящего через проводник, электрического тока и его физических характеристик.

Разновидность конструкций и принципов измерения позволяет использовать это устройство в самых распространённых бытовых и промышленных ситуациях, он является простым (можно сделать самостоятельно) и, в то же время незаменимым измерительным прибором для электроэнергетики, электротехники, электроники и остальных сфер деятельности человека связанных с электромагнитным полем.

Последние статьи

Самое популярное

Ваттметры поглощаемой мощности радиодиапазона

Ваттметры поглощаемой мощности образуют весьма большую и широко используемую подгруппу ваттметров радиодиапазона. Видовое деление этой подгруппы связано в основном с применением различных типов первичных преобразователей (приемных головок). В серийно выпускаемых ваттметрах используются преобразователи на базе термистора, термопары и пикового детектора; значительно реже, в экспериментальных работах, применяются датчики, основанные на других принципах — пондеромоторном, гальваномагнитном и т. д. При работе с ваттметрами поглощаемой мощности следует помнить, что из-за неидеального согласования входного сопротивления приемных головок с волновым сопротивлением линии, часть энергии отражается и реально ваттметр измеряет не падающую мощность, а поглощаемую, которая отличается от падающей на величину, равную KP×Pпад, где KP — коэффициент отражения по мощности.

Индивидуальные доказательства

Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magnetam , опубликовано самостоятельно в 1820 году.
Meyers Großes Konversations-Lexikon , 6-е издание, 1905–1909.
Вольфганг Шрайер (ред.), Биографии выдающихся физиков, Люди и знания, 1984, с. 133
Джозеф Ф. Кейтли: История электрических и магнитных измерений: с 500 г. до н.э. до 1940-х гг . Джон Вили и сыновья, 1999, ISBN 0-7803-1193-0 , стр.196–198 .
‌
Клаус Бенеке: Биографии и научные резюме ученых-коллоидов . Knof, 1999, ISBN 3-934413-01-3 , стр.97-99 .
Siemens & Halske AG: Карманный справочник по технике электрических измерений . 1959, стр.85 .
Мельхиор Штёкль, Карл Хайнц Винтерлинг: Технология электрических измерений . Teubner, 1987, ISBN 3-519-46405-5 , стр.29 .
Карл Стрекер: Вспомогательная книга по электротехнике . 10-е издание. Юлиус Спрингер, Берлин, 1925 г., стр.124–125 (тяжелое текущее издание).

Операция

Схема гальванометра типа Д’Арсонваля / Вестона. Когда ток течет от + через катушку (оранжевая часть) к — , в катушке создается магнитное поле. Этому полю противодействует постоянный магнит и заставляет катушку скручиваться, перемещая указатель, по отношению к напряженности поля, вызванной протеканием тока.

Современные гальванометры типа D’Arsonval / Weston сконструированы с небольшой вращающейся катушкой из проволоки, называемой шпинделем, в поле постоянного магнита. Катушка прикреплена к тонкой стрелке, пересекающей калиброванную шкалу. Крошечная торсионная пружина переводит катушку и указатель в нулевое положение.

Когда через катушку протекает постоянный ток (DC), катушка создает магнитное поле. Это поле действует против постоянного магнита. Катушка вращается, нажимая на пружину, и перемещает указатель. Стрелка указывает на шкалу, показывающую электрический ток. Тщательная конструкция полюсных наконечников обеспечивает однородность магнитного поля, так что угловое отклонение стрелки пропорционально току. Полезный измеритель обычно содержит приспособление для гашения механического резонанса движущейся катушки и указателя, так что указатель быстро устанавливается в свое положение без колебаний .

Базовая чувствительность измерителя может составлять, например, 100 мкА по полной шкале (с падением напряжения, скажем, 50 милливольт при полном токе). Такие измерители часто калибруются для считывания какой-либо другой величины, которая может быть преобразована в ток такой величины. Использование делителей тока, часто называемых шунтами , позволяет калибровать измеритель для измерения больших токов. Измеритель может быть откалиброван как вольтметр постоянного тока, если сопротивление катушки известно путем расчета напряжения, необходимого для генерации тока полной шкалы. Измеритель можно настроить для считывания других значений напряжения, включив его в схему делителя напряжения. Обычно это делается путем включения резистора последовательно с катушкой измерителя. Счетчик можно использовать для считывания сопротивления , подключив его последовательно с известным напряжением (аккумулятор) и регулируемым резистором. На подготовительном этапе схема замыкается, и резистор настраивается на полное отклонение. Когда неизвестный резистор включен в цепь последовательно, ток будет меньше полной шкалы, и правильно откалиброванная шкала может отображать значение ранее неизвестного резистора.

Эти возможности преобразования различных видов электрических величин в движения указателя делают гальванометр идеальным для преобразования выходных сигналов других датчиков, вырабатывающих электричество (в той или иной форме), во что-то, что может быть прочитано человеком.

Поскольку указатель измерителя обычно находится на небольшом расстоянии от шкалы измерителя, ошибка параллакса может возникнуть, когда оператор пытается прочитать линию шкалы, которая «совпадает» с указателем. Чтобы противостоять этому, некоторые измерители включают зеркало вместе с разметкой основной шкалы. Точность считывания с зеркальной шкалы повышается за счет расположения головы при считывании шкалы таким образом, чтобы указатель и отражение указателя совпадали; в этот момент глаз оператора должен находиться прямо над указателем, и любая ошибка параллакса сведена к минимуму.

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.

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.

Ферромагнетик

В ферромагнитном гальванометре используются две лопасти из мягкого железа внутри катушки.

Один из поддонов закреплен, другой, как единое целое с иглой, установлен на шкворне.
Когда ток проходит через катушку, две лопатки намагничиваются и отталкиваются друг от друга, независимо от направления тока.
Что касается подвижной рамы, то за возвращение поддона в нулевое положение отвечает пружина .

Такое расположение часто используется для настольных дисплеев. Он средней точности, но работает как от переменного, так и от постоянного тока. Ферромагнитные устройства измеряют среднеквадратичные значения.

Их чувствительность низкая, а их градация не линейна.

История возникновения

Первым в далеком 1820 г. колебания магнитной стрелки под влиянием электрических зарядов отметил датчанин Ганс-Христиан Эрстед. При изучении этого свойства стало понятно, что явление может служить методом замера тока. Если вести речь об изобретателе гальванометра, нужно упомянуть, что осенью того же 1820 г. похожее приспособление впервые описал в своих работах немецкий физик И. Швейгер. Название, дошедшее до наших дней, возникло в 1836 г. Первоисточником стала фамилия итальянца Гальвани, поэтому бытует мнение, что этот ученый его и изобрел.

Принцип действия гальванометра, сконструированного в начале XIX века, состоял в элементарном замысле: магнитную полоску крепили на нить и размещали посреди неподвижной бобины из проволоки. В момент, когда в катушке возникал ток, указатель смещался с первоначальной позиции.

история

Ранний тангенциальный гальванометр с компасом ( Bussole ), регулируемый по горизонтали в черной кольцевой катушке, в которой протекает измерительный ток

Зеркальный гальванометр Д’Арсонваля. Маленькое круглое зеркало на оси видно над черным постоянным магнитом.

Гальванометры были первыми измерительными приборами для измерения электрического тока. Основополагающий принцип был обнаружен Гансом Кристианом Эрстедом в отклонении стрелок магнитного компаса, когда электрический провод , такой как электрический провод , находится поблизости . Б. кусок провода, по которому течет электричество. Степень отклонения стрелки компаса в магнитном поле земли соответствовала (нелинейно) силе тока через провод.

Название гальванометр восходит к работе Иоганна Саломо Кристофа Швайггера из Университета Галле в 1820 году. Затем последовали конструктивные улучшения, в том числе тот факт, что провод был намотан на магнитную иглу в несколько витков, чтобы усилить эффект отклонения при слабых токах. Поскольку обмотки имеют одинаковое направление намотки, отклоняющая сила умножается на количество обмоток с одинаковым током, поэтому вначале этот тип гальванометра также назывался множителем или множителем Швайгера .

Эти ранние гальванометры со стрелкой компаса были так называемыми тангенциальными гальванометрами , поскольку их нужно было выровнять в магнитном поле земли, прежде чем их можно было использовать и использовать в качестве восстанавливающего момента. Более поздние конструкции с избегали этого тревожного влияния ( Андре-Мари Ампер , Леопольдо Нобили ). Очень чувствительный дизайн, зеркальный гальванометр, был разработан Уильямом Томсоном в 1858 году после подготовительной работы Иоганна Кристиана Поггендорфа в 1826 году. Вместо иглы в качестве дисплея на оси установлено маленькое зеркало , а световой луч служит дисплеем на проекционном экране. Таким образом, на достаточно большом расстоянии от проекционной стены можно было отобразить даже очень небольшие отклонения зеркала.

В 1882 году Жак-Арсен д’Арсонваль и Марсель Депрез независимо друг от друга изобрели форму гальванометра, в котором радиально перемещаемая катушка, подвешенная на пружинах , окружена сильным постоянным магнитом . Магнитная цепь будет обеспечена на внешней стороне с помощью крепления , изготовленного из ферромагнитного железа, на внутренней стороне катушки с помощью жестко прикрепленным цилиндром , изготовленный из железа. Катушка свободно перемещается в радиальном направлении в зазоре между внутренним железным цилиндром и внешним постоянным магнитом, что дает хорошее приближение линейной зависимости между отклонением катушки и прикрепленного к ней зеркала для оптического дисплея и протекающим электрическим током. через катушку. Гальванометры Д’Арсонваль уже демонстрируют очень высокую чувствительность . Со своей постройкой в 1880-х годах Д’Арсонваль смог измерить токи в диапазоне нескольких микроампер .

Эдвард Уэстон улучшил гальванометр от Дарсонваль и запатентовал эти улучшения в 1888. Среди прочего, он придает тонкий, спиралевидный пружину на бобину, сходный по структуре спиральной пружины , используемой в часах на балансир , вокруг шпулька, чтобы переместиться в определенное положение покоя без протекания тока и обеспечить определенную противодействующую силу для электромагнитного отклонения. Дальнейшие улучшения касались формы и сборки внешних постоянных магнитов, чтобы обеспечить точность прибора с течением времени. Кроме того, он заменил зеркало указателем, который позволил напрямую считывать измеренное значение с помощью шкалы и, таким образом, избегал громоздкой регулировки зеркала, проекционного экрана и источника света в конструкции по д’Арсонвалю. Эта конструкция Weston, также известная как стрелочный гальванометр, составляет основу измерительных механизмов с подвижной катушкой , которые до сих пор используются в электромеханических дисплеях .