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Galvanomètre

A galvanomètre est un type de ampèremètre; un instrument pour détecter et mesurer courant électrique. Il est analogue électromécanique capteur cela produit un débattement rotatoire, par un arc limité, en réponse à courant électrique traverser son enroulement. La limite a augmenté pour inclure des utilisations du même mécanisme dans l'enregistrement, plaçant, et servomécanisme équipement.

Histoire

Débattement d'un magnétique boussole l'aiguille par le courant dans un fil a été la première fois décrite près Oersted de Hans en 1820. Le phénomène a été étudié tous les deux dans son propre intéret et en tant que des moyens de mesurer le courant électrique. Le premier galvanomètre a été rapporté près Johann (Johan) Schweigger de Nuremberg au Université de Halle le 16 septembre 1820. Ampère d'André-Marie également contribué à son développement. Les premières conceptions ont augmenté l'effet du champ magnétique dû au courant en employant des tours multiples de fil ; les instruments se sont au début appelés les « multiplicateurs » dus à cette caractéristique de conception commune. ^[1] Le terme « galvanomètre », d'usage courant d'ici 1836, dérive du nom de famille du chercheur italien de l'électricité Luigi Galvani, qui a découvert que le courant électrique pourrait faire une secousse de la cuisse de la grenouille.

À l'origine les instruments se sont fondés sur le champ magnétique de la terre pour fournir la force de reconstitution pour l'aiguille de boussole ; ceux-ci se sont appelés les galvanomètres à « tangente » et ont dû être orientés avant emploi. Les instruments postérieurs du type « astatique » aimants de opposition utilisés pour aller bien à l'indépendant du gisement de la terre et fonctionneraient dans n'importe quelle orientation. La forme la plus sensible, le Thompson ou galvanomètre à miroir, a été inventé près William Thomson (seigneur Kelvin). Au lieu d'une aiguille de boussole, il a utilisé les aimants minuscules fixés à un petit miroir léger, suspendu par un fil ; le débattement d'un faisceau de lumière a considérablement magnifié le débattement dû à de petits courants. Alternativement on a pu observer le débattement des aimants suspendus directement par un microscope.

La capacité de mesurer quantitativement la tension et le courant a laissé Ohm de Georg pour formuler La loi de l'ohm, qui déclare que la tension à travers un élément est directement proportionnelle au courant par elle.

La forme tôt de déplacer-aimant de galvanomètre a eu l'inconvénient qu'elle a été affectée par tous les aimants ou masses de fer près de elle, et son débattement n'était pas linéairement proportionnel au courant. En 1882 Jacques-Arsène d'Arsonval a développé une forme avec un enroulement à un aimant permanent et mobile stationnaire de fil, suspendu par les ressorts enroulés de cheveux. Le champ magnétique concentré et la suspension sensible faits ces instruments sensibles et leur ont pu être montés dans n'importe quelle position. D'ici Edouard 1888 Weston avait apporté dehors une forme commerciale de cet instrument, qui est devenue un composant standard dans l'appareillage électrique. Cette conception presque est universellement employée dans des mètres de déplacer-palette aujourd'hui.

Opération

L'utilisation la plus familière est comme analogue instrument de mesure, souvent appelé a mètre. Il est employé pour mesurer courant continu (écoulement de frais électriques) par un circuit électrique. La forme de D'Arsonval/Weston utilisée aujourd'hui est construite avec un petit enroulement de pivotement de fil dans le domaine d'une constante aimant. L'enroulement est attaché à un indicateur mince qui traverse une balance calibrée. Un minuscule ressort de torsion tire l'enroulement et l'indicateur à la position zéro.

Quand un courant continu (C.C) traverse l'enroulement, l'enroulement produit d'a champ magnétique. Ce champ agit contre l'à un aimant permanent. L'enroulement tord, poussant contre le ressort, et déplace l'indicateur. La main se dirige à une balance indiquant le courant électrique. La conception soigneuse des morceaux de poteau s'assure que le champ magnétique est uniforme, de sorte que le débattement angulaire de l'indicateur soit proportionnel au courant. Un mètre utile contient généralement la disposition pour atténuation résonance mécanique de l'enroulement et de l'indicateur mobiles, de sorte que l'indicateur arrange rapidement dans sa position sans oscillation.

Le de base sensibilité d'un mètre pourraient être, par exemple, 100 microampères complet (avec une chute de tension de par exemple 50 millivolts au plein courant). De tels mètres sont souvent calibrés pour indiquer une autre quantité qui peut être convertie en courant de cette grandeur. L'utilisation des diviseurs courants, souvent appelée shunts, permet à un mètre d'être calibré pour mesurer de plus grands courants. Un mètre peut être calibré comme C.C voltmètre si la résistance de l'enroulement est connue en calculant la tension exigée pour produire d'un courant complet. Un mètre peut être configuré pour indiquer d'autres tensions en le mettant dans un circuit de diviseur de tension. Ceci est généralement fait en plaçant a résistance en série avec l'enroulement de mètre. Un mètre peut être utilisé pour indiquer résistance en le plaçant en série avec une tension connue (une batterie) et une résistance réglable. Dans une étape préparatoire, le circuit est accompli et la résistance est ajustée pour produire le débattement complet. Quand une résistance inconnue est placée en série dans le circuit que le courant sera moins que complet et une balance convenablement calibrée peut montrer la valeur de la résistance précédent-inconnue.

Puisque l'indicateur du mètre est habituellement une petite distance au-dessus de la balance du mètre, parallaxe l'erreur peut se produire quand l'opérateur essaye de lire la ligne de balance que « aligne » avec l'indicateur. Pour parer ceci, quelques mètres incluent un miroir le long des inscriptions de la balance principale. L'exactitude de la lecture d'une balance reflétée est améliorée en plaçant la tête à un tout en lisant la balance de sorte que l'indicateur et la réflexion de l'indicateur soient alignés ; en ce moment, l'oeil de l'opérateur en doit être directement au-dessus de l'indicateur et parallaxe l'erreur a été réduite au minimum.

Types

Appareillage de mesure extrêmement sensible une fois utilisé galvanomètres à miroir cela a substitué un miroir à l'indicateur. Un faisceau de lumière s'est reflété du miroir a agi en tant que long, sans masse indicateur. De tels instruments ont été utilisés comme récepteurs pour les systèmes transatlantiques tôt de télégraphe, par exemple. Le faisceau de lumière mobile a pu également être employé pour noter sur un film photographique mobile, produisant un graphique du courant contre le temps, dans un dispositif appelé oscillographe.

Des mécanismes de galvanomètre sont employés pour placer les stylos des enregistreurs de diagramme analogues tels qu'utilisé pour faire électrocardiogramme. Les enregistreurs graphique à barres avec les stylos conduits par galvanomètre pourraient avoir une réponse en fréquence complète de 100 débattements d'hertz et de plusieurs centimètres. Dans certains cas (le classique détecteur de mensonges des films ou electroencephalograph), le galvanomètre est assez fort pour déplacer le stylo tandis qu'il reste en contact avec le papier ; le mécanisme d'écriture peut être un bout de chauffage sur l'écriture d'aiguille sur le papier thermosensible ou fluide-a alimenté le stylo. Dans d'autres cas (les enregistreurs de Rustrak), l'aiguille seulement est par intermittence serrée contre le milieu d'écriture ; à ce moment, une impression est faite et alors la pression est enlevée, permettant à l'aiguille de se déplacer à une nouvelle position et aux répétitions de cycle. Dans ce cas-ci, le galvanomètre n'a pas besoin d'être particulièrement fort.

Galvanomètre à tangente

Un galvanomètre à tangente est un tôt instrument de mesure utilisé pour la mesure de courant électrique. Cela fonctionne à côté d'employer a boussole vexez pour comparer un champ magnétique produit par le courant inconnu au champ magnétique de la terre. Il obtient son nom de son principe de fonctionnement, la loi de tangente du magnétisme, qui déclare que la tangente de l'angle des marques d'une aiguille de boussole est proportionnelle au rapport des forces des deux champs magnétiques perpendiculaires. Il a été la première fois décrit près Claude Servais Mathias Pouillet en 1837.

Un galvanomètre à tangente se compose d'un enroulement circulaire du fil de cuivre isolé enroulé sur une armature non magnétique circulaire. Le fil relié au galvanomètre à tangente doit être blessé, autrement le champ dû au fil affectera le débattement et une lecture incorrecte sera obtenue. L'armature est montée verticalement sur une base horizontale équipée de niveler des vis sur la base. L'enroulement peut être tourné sur un axe vertical passant par son centre. Une boîte de boussole est montée horizontalement au centre d'une balance circulaire. La boîte de boussole est circulaire dans la forme. Il se compose d'une aiguille magnétique minuscule et puissante pivotée au centre de l'enroulement. L'aiguille magnétique est libre pour tourner dans le plan horizontal. La balance circulaire est divisée en quatre quarts de cercle. Chaque quart de cercle est gradué de 0° à 90°. Un long indicateur mince d'aluminium est attaché à l'aiguille à son centre et à l'angle droit avec lui. Pour éviter des erreurs dues à la parallaxe un miroir plat est monté au-dessous de l'aiguille de boussole.^[2]

Théorie

Quand le courant est passé par le galvanomètre a à tangente champ magnétique est créé à ses coins donnés près là où I est le courant en ampère, n est le nombre de tours de l'enroulement et r est le rayon de l'enroulement.

Si le TG est placé tels que le plan de l'enroulement est le long du méridien magnétique c.-à-d., B est perpendiculaire à B_H (B_H est le composant horizontal de la terre champ magnétique), l'aiguille se repose le long de la résultante. De la loi de tangente, B = B_Htanθ, c.-à-d.

ou

ou I = Ktanθ, où K s'appelle le facteur de réduction du galvanomètre à tangente.

La valeur de θ est pris à 45 degrés pour l'exactitude maximum.

Mesure sur le terrain géomagnétique

Un galvanomètre à tangente peut également être utilisé pour mesurer l'importance du composant horizontal du champ géomagnétique. Une fois utilisée de cette façon, une source d'énergie de basse tension, telle qu'une batterie, est reliée en série à a rhéostat, le galvanomètre, et ampèremètre. Le galvanomètre est d'abord aligné de sorte que l'enroulement soit parallèle au champ géomagnétique, dont la direction est indiquée par la boussole quand il n'y a aucun courant par les enroulements. La batterie est alors reliée et le rhéostat est ajusté jusqu'à ce que l'aiguille de boussole braque 45 degrés du champ géomagnétique, indiquant que l'importance du champ magnétique au centre de l'enroulement est identique que celle du composant horizontal du champ géomagnétique. Cette force de champ peut être calculée à partir du courant comme mesurée par l'ampèremètre, le nombre de tours de l'enroulement, et le rayon des enroulements.

Utilisations

Une utilisation à court terme de commandant pour des galvanomètres était pour trouver des défauts en câbles de télécommunications. Ils ont été remplacés tard au 20ème siècle près réflectomètres de temps-domaine.

Depuis les années 80, le galvanomètre-type mouvements analogues de mètre peut être déplacé près convertisseurs à numériques analogues (ADCs) pour quelques usages. Un mètre numérique de panneau (DPM) contient convertisseur à numérique analogue et affichage numérique. Les avantages d'un instrument numérique sont une précision plus élevée et une exactitude, mais les facteurs tels que la puissance ou le coût peuvent calmer l'application de faveur des mouvements analogues de mètre.

La plupart des nouvelles utilisations pour le mécanisme de galvanomètre sont dans des systèmes de positionnement et de commande. Des systèmes de galvanomètre à miroir sont employés comme faisceau plaçant des éléments dans les systèmes optiques de laser. Ce sont des mécanismes de galvanomètre à puissance en général élevée utilisés avec la boucle bloquée servo systèmes de commande. Ils peuvent avoir des réponses en fréquence plus de 1 kilohertz.

Un galvanomètre est apparu dans épisode du drame médical de télévision Chambre à la fonction en tant que électrocardiogramme pour un patient dont les brûlures graves et étendues ont empêché l'utilisation des électrodes normales.

Références

1. ^ Geddes, L.A. (Février le mars 1996). « Regardant en arrière : Comment le courant électrique de mesure s'est amélioré par les âges ". Magasin de potentiels d'IEEE: 40-42. 
2. ^ Galvanomètre à tangente

Liens externes

• Choix de galvanomètre historique dans le laboratoire virtuel du Institut maximum de Planck pour l'histoire de la Science