Το πρώην γαλβανόμετρο εισήχθη από τον Johann Schweigger το έτος 1820. Η ανάπτυξη της συσκευής έγινε επίσης από τον Andre Marie Ampere. Τα προηγούμενα σχέδια βελτίωσαν την επίδραση του μαγνητικού πεδίου που αναπτύχθηκε από το ρεύμα μέσω πολλών αριθμών συρμάτων. Έτσι, αυτές οι συσκευές κλήθηκαν επίσης ως πολλαπλασιαστές λόγω της σχεδόν παρόμοιας κατασκευής τους. Αλλά ο όρος γαλβανόμετρο ήταν πιο δημοφιλής το 1836. Στη συνέχεια, μετά από πολλές βελτιώσεις και εξελίξεις, δημιουργήθηκαν διάφοροι τύποι γαλβανόμετρων. Και ο ένας τύπος είναι το 'Βαλλιστικό Γαλβανόμετρο'. Αυτό το άρθρο εξηγεί με σαφήνεια την αρχή λειτουργίας, την κατασκευή, τις εφαρμογές και τα πλεονεκτήματά του.
Τι είναι το βαλλιστικό γαλβανόμετρο;
Το βαλλιστικό γαλβανόμετρο είναι η συσκευή που χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της ποσότητας ροής φορτίου που αναπτύσσεται από τη μαγνητική ροή. Αυτή η συσκευή είναι ένα είδος ευαίσθητου γαλβανόμετρου που ονομάζεται επίσης γαλβανόμετρο καθρέφτη. Σε αντίθεση με το γενικό είδος γαλβανόμετρου μέτρησης, το κινούμενο τμήμα της συσκευής διατηρεί μια πιο αδρανειακή ροπή, οπότε παρέχει μεγάλο χρονικό διάστημα ταλάντωσης. Λειτουργεί πραγματικά ως ολοκληρωτής υπολογίζοντας το ποσό της χρέωσης που αποβάλλεται από αυτό. Αυτό μπορεί να είναι είτε ως κινούμενος μαγνήτης είτε σαν κινούμενο πηνίο.
Αρχή λειτουργίας
Η αρχή πίσω από το βαλλιστικό γαλβανόμετρο είναι ότι μετρά το ποσό φόρτισης που ρέει πέρα από το μαγνητικό πηνίο όπου αυτό ξεκινά το πηνίο να κινείται. Όταν υπάρχει ροή φορτίου κατά μήκος του πηνίου, παρέχει αύξηση στο ρεύμα τιμή λόγω της ροπής που παράγεται στο πηνίο, και αυτή η ανεπτυγμένη ροπή λειτουργεί για μικρότερο χρονικό διάστημα.
Κατασκευή βαλλιστικών γαλβανόμετρων
Το αποτέλεσμα του χρόνου και της ροπής δίνει δύναμη για το πηνίο και μετά το πηνίο παίρνει περιστρέφεται κίνηση. Όταν η αρχική κινητική ενέργεια του πηνίου χρησιμοποιείται πλήρως για λειτουργία, τότε το πηνίο θα αρχίσει να φτάνει στην πραγματική του θέση. Έτσι, το πηνίο περιστρέφεται στη μαγνητική αρένα και στη συνέχεια η εκτροπή αναφέρεται κάτω από το σημείο όπου μπορεί να μετρηθεί το φορτίο. Έτσι, η αρχή της συσκευής εξαρτάται κυρίως από την εκτροπή του πηνίου που έχει άμεση σχέση με το ποσό φόρτισης που διατρέχει.
Κατασκευή βαλλιστικών γαλβανόμετρων
Η κατασκευή ενός βαλλιστικού γαλβανόμετρου είναι ίδια με το γαλβανόμετρο κινούμενου πηνίου και περιλαμβάνει δύο ιδιότητες όπου αυτές είναι:
- Η συσκευή έχει ανεμπόδιστες ταλαντώσεις
- Έχει επίσης εξαιρετικά ελάχιστο ηλεκτρομαγνητικός απόσβεση
Το βαλλιστικό γαλβανόμετρο περιλαμβάνεται με σύρμα χαλκού όπου περιστρέφεται πάνω από το μη αγώγιμο πλαίσιο της συσκευής. Ο χάλκινος φωσφόρος στο γαλβανόμετρο σταματά το πηνίο που υπάρχει ανάμεσα στους μαγνητικούς πόλους. Για την ενίσχυση της μαγνητικής ροής, ο σίδηρος πυρήνας τοποθετείται μέσα στο πηνίο.
Το κάτω μέρος του πηνίου συνδέεται με το ελατήριο όπου δίνει ροπή αποκατάστασης για το πηνίο. Όταν υπάρχει ροή φορτίου κατά μήκος του βαλλιστικού γαλβανόμετρου, τότε το πηνίο έχει μια κίνηση και αναπτύσσει μια ώθηση. Η ώθηση του πηνίου έχει άμεση σχέση με τη ροή φόρτισης. Η ακριβής ανάγνωση στη συσκευή επιτυγχάνεται με την εφαρμογή ενός πηνίου που κρατά αυξημένη αδρανειακή ροπή.
Η στιγμή της αδράνειας σημαίνει ότι το σώμα βρίσκεται σε αντίθεση με εκείνο της γωνιακής κίνησης. Όταν υπάρχει αυξημένη αδρανειακή ροπή στο πηνίο, τότε οι ταλαντώσεις θα είναι περισσότερες. Έτσι, λόγω αυτής της ακριβούς ανάγνωσης μπορεί να επιτευχθεί.
Λεπτομερής Θεωρία
Η λεπτομερής θεωρία του βαλλιστικού γαλβανόμετρου μπορεί να εξηγηθεί με τις ακόλουθες εξισώσεις. Λαμβάνοντας υπόψη το παρακάτω παράδειγμα, η θεωρία μπορεί να είναι γνωστή.
Ας εξετάσουμε ένα πηνίο ορθογώνιου σχήματος που έχει αριθμό στροφών «Ν» που διατηρείται σε σταθερό μαγνητικό πεδίο. Για το πηνίο, το μήκος και το πλάτος είναι «l» και «b». Έτσι, η περιοχή του πηνίου είναι
Α = l × β
Όταν υπάρχει ροή κατά μήκος του πηνίου, τότε η ροπή αναπτύσσεται πάνω του. Το μέγεθος του ροπή δίνεται από τ = NiBA
Ας υποθέσουμε ότι η ροή ρεύματος στο πηνίο για κάθε ελάχιστη χρονική περίοδο είναι dt και έτσι η αλλαγή στο ρεύμα αντιπροσωπεύεται ως
τ dt = NiBA dt
Όταν υπάρχει τρέχουσα ροή στο πηνίο για χρονική περίοδο «t» δευτερολέπτων, τότε η τιμή αναπαρίσταται ως
ʃ0ττ dt = NBA ʃ0τidt = NBAq
όπου «q» είναι το συνολικό ποσό φόρτισης που ρέει κατά μήκος του πηνίου. Η αδρανειακή στιγμή που υπάρχει για το πηνίο εμφανίζεται ως «I» και η γωνιακή ταχύτητα του πηνίου εμφανίζεται ως «ω». Η παρακάτω έκφραση παρέχει τη γωνιακή ορμή του πηνίου και είναι lω. Είναι παρόμοιο με την πίεση που ασκείται στο πηνίο. Πολλαπλασιάζοντας τις παραπάνω δύο εξισώσεις, παίρνουμε
lw = NBAq
Επίσης, η κινητική ενέργεια στο πηνίο θα έχει εκτροπή στη γωνία «‘ »και η εκτροπή θα αποκατασταθεί χρησιμοποιώντας το ελατήριο. Αντιπροσωπεύεται από
Επαναφορά τιμής ροπής = (1/2) cϴδύο
Τιμή κινητικής ενέργειας = (1/2) lwδύο
Καθώς η ροπή αποκατάστασης του πηνίου είναι παρόμοια με την εκτροπή τότε
(1/2) cϴδύο= (1/2) lwδύο
γϴδύο= lwδύο
Επίσης, οι περιοδικές ταλαντώσεις του πηνίου φαίνονται όπως παρακάτω
T = 2∏√ (l / c)
Τδύο= (4∏δύοl / γ)
(Τδύο/ 4∏δύο) = (l / c)
(cTδύο/ 4∏δύο) = l
Τελικά, (ctϴ / 2∏) = lw = NBAq
q = (ctϴ) / NBA2∏
q = [(ct) / NBA2∏] * ϴ)
Ας υποθέσουμε ότι k = [(ct) / NBA2∏
Τότε q = k ϴ
Έτσι, το «k» είναι ο σταθερός όρος του βαλλιστικού γαλβανόμετρου.
Βαθμονόμηση γαλβανόμετρου
Η βαθμονόμηση του γαλβανόμετρου είναι η προσέγγιση της γνώσης της σταθερής τιμής της συσκευής με τη βοήθεια ορισμένων πρακτικών μεθοδολογιών. Εδώ είναι οι δύο μέθοδοι του βαλλιστικού γαλβανόμετρου και αυτές είναι
- Μέσω ενός πυκνωτής
- Μέσω αμοιβαίας επαγωγής
Βαθμονόμηση με χρήση πυκνωτή
Η σταθερή τιμή του βαλλιστικού γαλβανόμετρου είναι γνωστή με τις τιμές φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή. Το παρακάτω διάγραμμα βαλλιστικών γαλβανόμετρων Η χρήση ενός πυκνωτή δείχνει την κατασκευή αυτής της μεθόδου.
Βαθμονόμηση με χρήση πυκνωτή
Η κατασκευή περιλαμβάνεται με μια άγνωστη ηλεκτροκινητική δύναμη «Ε» και έναν πόλο διακόπτη «S». Όταν ο διακόπτης συνδεθεί στο δεύτερο τερματικό, τότε ο πυκνωτής μετακινείται στη θέση φόρτισης. Με τον ίδιο τρόπο, όταν ο διακόπτης συνδέεται στον πρώτο ακροδέκτη, τότε ο πυκνωτής μετακινείται στη θέση εκφόρτισης χρησιμοποιώντας την αντίσταση «R» που είναι σε σειρά σύνδεση με το γαλβανόμετρο. Αυτή η εκφόρτιση προκαλεί εκτροπή στο πηνίο στη γωνία «ϴ». Με τον παρακάτω τύπο, μπορεί να είναι γνωστή η σταθερά γαλβανόμετρου και είναι
Kq = (Q / ϴ1) = CE / ϴ1 μετριέται σε coulombs ανά ακτίνια.
Βαθμονόμηση με αμοιβαία επαγωγή
Αυτή η μέθοδος χρειάζεται πρωτεύοντα και δευτερεύοντα πηνία και η σταθερά γαλβανόμετρων υπολογίζει το αμοιβαίο επαγωγή των πηνίων. Το πρώτο πηνίο ενεργοποιείται μέσω της γνωστής πηγής τάσης. Λόγω της αμοιβαίας επαγωγής, θα υπάρξει η ανάπτυξη του ρεύματος είναι το δεύτερο κύκλωμα και αυτό χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση του γαλβανόμετρου.
Βαθμονόμηση με χρήση αμοιβαίας επαγωγής
Εφαρμογές βαλλιστικών γαλβανόμετρων
Λίγες από τις εφαρμογές είναι:
- Απασχολείται σε συστήματα ελέγχου
- Χρησιμοποιείται σε οθόνες λέιζερ και χάραξη με λέιζερ
- Χρησιμοποιείται για τη γνώση των μετρήσεων φωτοαντίστασης στη μέθοδο μέτρησης των φωτογραφικών μηχανών.
Αυτό λοιπόν αφορά τη λεπτομερή έννοια ενός βαλλιστικού γαλβανόμετρου. Εξηγεί με σαφήνεια τη λειτουργία της συσκευής, την κατασκευή, τη βαθμονόμηση, τις εφαρμογές και το διάγραμμα. Είναι επίσης πιο σημαντικό να γνωρίζετε ποιοι τύποι είναι στο βαλλιστικό γαλβανόμετρο και πλεονεκτήματα βαλλιστικού γαλβανόμετρου ;
