Гальванометр - уникальный измерительный прибор, позволяющий с высокой точностью определить величину электрического тока в цепи. Открытие явления электромагнетизма и изобретение гальванометра положили начало новой эре в науке и технике.
История изобретения гальванометра
В 1820 году датский физик Ганс Эрстед экспериментально обнаружил, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Это фундаментальное открытие вскоре было использовано немецким физиком Иоганном Швейггером для создания первого гальванометра, названного им "мультипликатор".
Устройство Швейггера представляло собой катушку из изолированного медного провода, намотанную вокруг стеклянной или деревянной рамки. При пропускании электрического тока через катушку возникало магнитное поле, действие которого на магнитную стрелку позволяло судить о величине тока в цепи. Чувствительность прибора увеличивалась за счет большого числа витков катушки.
В 1836 году для таких устройств закрепилось название "гальванометр", производное от фамилии итальянского ученого Луиджи Гальвани, в честь которого также назван эффект "гальванизации".
Принцип работы гальванометра
Классический гальванометр состоит из следующих основных элементов:
- Постоянный магнит с полюсами, создающий постоянное магнитное поле
- Тонкая катушка из изолированного провода, размещенная между полюсами магнита
- Подвижный легкий указатель, жестко связанный с катушкой
- Возвратная пружина и шкала с делениями
Когда через катушку гальванометра пропускают электрический ток, вокруг нее возникает магнитное поле, направление которого определяется правилом буравчика. Это поле взаимодействует с постоянным магнитным полем магнита и создает вращающий момент, стремящийся повернуть катушку. Пружина препятствует вращению, и катушка останавливается в некотором установившемся положении. Чем больше сила тока в катушке, тем больше угол ее поворота, который и фиксируется указателем на шкале. Таким образом электрический ток преобразуется в механическое перемещение стрелки гальванометра, пропорциональное току.
Магнитоэлектрический гальванометр
Наиболее распространенным является магнитоэлектрический гальванометр, разработанный в 1881 году Д’Арсонвалем. Его преимущества - простота и надежность конструкции, линейность шкалы, высокая чувствительность.
В таком гальванометре тонкая проволочная рамка с намотанной на нее катушкой подвешивается в зазоре между полюсами магнита на тонкой спиральной пружине. Катушка этого гальванометра, как и у предыдущих конструкций, ориентируется перпендикулярно магнитному полю при протекании тока.
Гальванометр - это прибор для точного измерения слабых электрических токов благодаря взаимодействию магнитного поля катушки с постоянным магнитом. Конструкция магнитоэлектрического гальванометра позволяет получить линейную шкалу и высокую чувствительность к току в катушке.
Применение гальванометров
Гальванометры находят широкое применение для измерения постоянного и переменного электрического тока. Благодаря высокой чувствительности они позволяют регистрировать очень слабые токи порядка миллиампер и микроампер.
В зависимости от цели измерений и требуемого диапазона токов используют гальванометры разных конструкций и классов точности. Для расширения пределов измерения к гальванометру подключают дополнительные резисторы.
Подключение гальванометра как амперметра
Чтобы измерить силу тока с помощью гальванометра, его включают последовательно в цепь как амперметр. Однако предел измерения тока у гальванометра очень мал.
Для расширения пределов измерения тока используют добавочный шунтирующий резистор, который включается параллельно гальванометру. Этот резистор должен иметь низкое сопротивление по сравнению с внутренним сопротивлением самого гальванометра.
Подключение гальванометра как вольтметра
Для измерения напряжения гальванометр используют как вольтметр и включают его параллельно к участку цепи, напряжение на котором нужно измерить.
Чтобы расширить пределы измеряемого напряжения, последовательно с гальванометром включают добавочный резистор (сопротивление гальванометра), который ограничивает ток через гальванометр и не дает вывести его из строя при подаче большого напряжения.
Правила безопасной работы
При работе с гальванометром следует соблюдать правила электробезопасности, чтобы не допустить выхода прибора из строя и не получить травму.
Перед началом работы нужно визуально проверить целостность корпуса и изоляции соединительных проводов. При монтаже гальванометра в цепь не допускаются перегрузки по току и напряжению выше максимальных значений для данной модели.
Будущее гальванометров
Несмотря на появление современных электронных измерительных приборов, гальванометры не потеряли актуальности и совершенствуются по сей день.
Перспективные разработки в этой области связаны с применением новых материалов, микропроцессоров и интерфейсов для передачи показаний гальванометра в компьютер. Такие "умные" гальванометры позволят расширить их функциональность и точность измерений.
