Гальванометр — чувствительный магнитоэлектрический измерительный прибор, используемый для измерения малых значений от электрического тока (обнаруживает даже миллионную долю ампера), его также можно использовать для сигнализации о состоянии равновесия электрического моста. Гальванометр широко использовался в прецизионных измерительных приборах в XX веке, позже его заменили электронные методы измерения.

Гальванометр — электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения малых значений тока, напряжения и электрического заряда.

Гальванометр был изобретен в 1820 году немецким физиком Иоганном Саломо Кристофом Швайггером сразу после открытий Эрстеда и Ампера .

Гальванометр использовался английским физиком-экспериментатором Майклом Фарадеем в своих экспериментах. Он показал, среди прочего, что ток в проводнике течет только тогда, когда магнит входит в катушку или выходит из нее. Когда магнит находится снаружи или внутри катушки и не движется, ток не течет. Таким образом, он стал первооткрывателем явления электромагнитной индукции.

В настоящее время к гальванометрам относят приборы, имеющие высокую чувствительность к току или напряжению. Из них массовое распространение получили только приборы магнитоэлектрической системы. Другие же системы гальванометров либо имеют теперь исторический интерес, либо изготовляются, несерийно и применяются редко, для специальных задач.

Наиболее распространены гальванометры двух модификаций:

• приборы с подвижной рамкой, к которым относится большинство типов гальванометров;

• приборы с подвижным магнитом, к которым относится так называемый вибрационный гальванометр.

Характерной особенностью гальванометров, отличающей их от других приборов для измерения тока, является наличие неградуированной шкалы . Сами шкалы гальванометров бывают двух видов: встроенные и отдельные, устанавливаемые вне корпуса гальванометра.

Встроенной шкалой снабжаются гальванометры со стрелочным или внутренним световым отсчетом, отдельной шкалой — гальванометры с внешним световым отсчетом. В первом случае в паспорте серийных гальванометров указывается цена деления шкалы, например: 1 деление = 0,5 ∙ 10 ^-6 А, во втором случае — приблизительное значение постоянной по току (или по напряжению), приведенной к расстоянию от шкалы до зеркала гальванометра в 1 м, например: С ₁ = 2,2 ∙ 10 ^-9 А/(мм/м).

Установление более точного значения «постоянной», а также градуировка шкалы, если это нужно, производятся экспериментально для каждого отдельного гальванометра в конкретных условиях его применения

Диапазон измеряемых гальванометрами токов весьма обширен, он охватывает шесть порядков величин: от 10 ^-5 до 10 ^-11 А. Соответственно этому отдельные типы гальванометров резко отличаются друг от друга по чувствительности, а следовательно, и по конструкции.

Измерительная система классического гальванометра с постоянным магнитом и подвижной катушкой с указателем

Уровень чувствительности прибора определяет способ установки подвижной части. По последнему признаку все гальванометры можно разделить на три группы: приборы с подвижной частью на кернах, имеющие сравнительно невысокую чувствительность, на растяжках — средней чувствительности, на подвесе — высокой чувствительности.

Задачи, разрешаемые гальванометрами в технике электрических измерений, таковы:

• Фиксирование режима отсутствия тока при нулевых методах измерений. Приборы этого назначения называют нулевыми индикаторами.

• Измерение малых токов и напряжений. Гальванометры, предназначенные для этой цели, принципиально могут служить также и нулевыми индикаторами. Однако обратного заключения делать нельзя, так как не все нулевые индикаторы пригодны в качестве измерителей тока.

• Измерение количества электричества. Приборы этого назначения можно называть интегрирующими. При определенных условиях (баллистический режим) многие типы гальванометров интегрируют более или менее короткий импульс тока, т. е осуществляют измерение количества электричества. Кроме того, существует еще специальный гальванометр, называемый флюксметром, который интегрирует длительные импульсы, а также непрерывно изменяющиеся кривые тока. Применение гальванометров в качестве измерителей количества электричества характерно для области магнитных измерений.

Школьный гальванометр 1971 года выпуска

Проводящая проволока с электрическим током, помещенная в магнитное поле, испытывает действие поперечной силы. Если концы проволоки закреплены, а средняя часть может свободно перемещаться, то проволока принимает форму цепной линии. Такое устройство, положенное в основу струнного гальванометра .

Смещение проволоки зависит от напряженности магнитного поля, з на ч ени я тока и натяжения проволоки. Если струнный гальванометр возбуждается переменным током, который не оказывает существенного влияния на силу натяжения проволоки, то движение центральной части проволоки воспроизводит изменение тока во времени.

Гальванометр Эйнтховена — это струнный гальванометр, который обладает чрезвычайно высокой чувствительностью за счет применения сильного магнитного поля и очень тонкой позолоченной кварцевой струны.

Струнный гальванометр, разработанный физиологом Виллемом Эйнтховеном, служил для измерения минимальных электрических токов сердца, нервов и мозга. Он состоит из кварцевой струны с креплением для струны, электромагнита и микроскопа для наблюдения за струной. Электрический ток отклоняет струну в зависимости от силы тока.

Если на нитях двух струнных гальванометров подвешено зеркало, а ток в нитях течет в противоположных направлениях, то зеркало будет поворачиваться на угол, который можно прокалибровать в значениях тока.

В случае, когда на такой прибор, называемый бифилярным гальванометром , подается переменный ток, не оказывающий значительного влияния на натяжение нити, поворот зеркала воспроизводит изменения электрического тока во времени.

Гальванометр Д’Арсонваля представляет собой проволочную катушку, подвешенную в магнитном поле таким образом, чтобы она могла вращаться вокруг оси, направление которой перпендикулярно плоскости, определяемой осью витков катушки и век­ тором магнитного поля.

Пружинное устройство стремится повернуть ось витков катушки в такое положение, чтобы она была перпендикулярна вектору магнитного поля, тогда как текущий в катушке электрический ток стремится совместить эту ось с направлением магнитного поля.

Если на катушке установлено зеркало, то угол его поворота соответствует изменениям электрического тока, текущего в катушке. Когда поддерживается постоянное значение тока, поворот зеркала будет зависеть от напряженности магнитного поля.

В конструкции гальванометра Гаусса используется принцип, обратный по отношению к гальванометру Д’Арсонваля,— в магнитном поле, создаваемом током проволочной катушки, подвешен постоянный магнит. Он имеет возможность поворачиваться вокруг оси, направленной перпендикулярно плоскости, которая определяется осью витков катушки и вектором магнитного поля постоянного магнита.

Пружинное устройство стремится повернуть постоянный магнит в такое положение, чтобы вектор магнитного поля был перпендикулярен оси витков катушки, тогда как текущий в катушке электрический ток стремится совместить этот вектор с направлением оси витков катушки. Если с постоянным магнитом связано зеркало, то угол его поворота воспроизводит изменения электрического тока, текущего в катушке.

Из всего сказанного следует, что гальванометры представлены множеством приборов, отличающихся друг от друга по области применения, конструкциям и характеристикам. Однако они имеют единую, общую для всех типов теорию движения подвижной части.

На основе этой теории разрешается ряд важнейших вопросов проектирования и применения гальванометров, например: выявление наилучших (оптимальных) характеристик для каждого конкретного типа прибора, правильное сочетание параметров гальванометра и измерительной цепи, определение погрешностей измерения при динамических режимах.

Гальванометры высокой чувствительности с внешним световым отсчетом требуют установки на капитальной стене из-за большой восприимчивости к толчкам и вибрациям. При этом нередко применяются специальные амортизирующие устройства.

Данное ограничение практически отсутствует у гальванометров с внутренним световым отсчетом и тем более у гальванометров стрелочных, вследствие чего они могут располагаться непосредственно на столах и стендах.

Эта качественная особенность дает основание условно подразделять гальванометры на стационарные с большой восприимчивостью и переносные — с малой восприимчивостью к вибрациям.

Вибрационный гальванометр широко применяется в измерительной технике как нулевой индикатор переменного тока. По принципу действия он представляет собой магнитоэлектрический механизм с подвижным магнитом. Его основными узлами являются магнитная система, подвижная часть и осветительное приспособление и шкала.

Вибрационный гальванометр, имея высокую чувствительность и сравнительно малую вибровосприимчйвость, служит хорошим нулевым индикатором в измерительных устройствах переменного тока низкой частоты. Однако им, к сожалению, нельзя пользоваться как измерителем тока вследствие рез­кой зависимости чувствительности от частоты.

Пример использования гальванометра:

Применение моста Уитстона для измерения неэлектрических величин