Начало электроприборостроения и электрометрии

Первые электроизмерительные приборы

Развитие исследований в области электрических и магнитных явлений и расширение их практических применений вызвали необходимость разработки методов измерений основных электрических величин и создания специальных электроизмерительных приборов.

Принцип действия первых электрических приборов был основан на отклонении магнитной стрелки электрическим током. Однако такие приборы являлись по существу лишь индикаторами тока.

Первым индикатором электрического тока был мультипликатор И. X. Швейггера, созданный в 1820 т. Он представлял собой рамку, состоящую из нескольких витков проволоки, внутри которой помещалась магнитная стрелка. Опыты показали, что увеличение числа витков катушки усиливает действие тока на стрелку. Однако вследствие влияния земного магнетизма на магнитную стрелку мультипликатора его показания были неточными.

В 1821 г. была найдена (Ампером) возможность устранения влияния земного магнетизма с помощью астатической пары, представляющей собой две магнитные стрелки, укрепленные на общей оси и расположенные параллельно друг другу, причем полюсы стрелок обращены в разные стороны.

В 1825 г. итальянский физик Л. Нобили скомбинировал астатическую пару с мультипликатором и устроил более чувствительный прибор. Для практических измерений необходимы были приборы с непосредственным отсчетом, заранее проградуированные, по которым можно было бы отсчитывать измеряемые величины.

Первые приборы для измерения величины тока

Вполне понятно, что вначале наибольшая потребность возникала в непосредственном измерении величины, тока, протекающего по проводнику. Первым шагом в этом направлении было создание стрелочных приборов, в которых синус или тангенс угла отклонения стрелки был пропорционален величине тока. Такие приборы назывались соответственно синус-гальванометрами и тангенс-гальванометрами.

В 30-х годах XIX в. широкое распространение получил тангенс-гальванометр профессора Гельсингфорского университета И. Нервандера. Однако непосредственное определение измеряемой величины с помощью такого прибора было трудным. Необходимо было отградуировать прибор.

Первая попытка отградуировать гальванометр была сделана в 1839 г. Б. С. Якоби. Включив гальванометр последовательно в одну цепь с вольтаметром, Якоби смог установить зависимость между величиной тока, определяемой посредством электролиза, и отклонением магнитной стрелки гальванометра. Таким образом, было установлено понятие о градуированном на величину тока гальванометре и введен метод градуировки, получивший широкое распространение.

Большое значение для развития электроприборостроения имело создание электромагнита (1825 г., У. Стерджен). Начиная со второй четверти XIX в., электромагниты стали широко использоваться в различных электрических приборах и устройствах.

Новые методы электрических и магнитных измерений

Наличие в распоряжении физиков и электротехников таких устройств и деталей, как электромагнит, реле, астатическая пара, зеркальная шкала, пружины для создания противодействующего момента, позволяло перейти к построению более совершенных электроизмерительных устройств. Уже в первой половине XIX в. создаются более чувствительные и точные гальванометры, электродинамометр, статический гальванометр и т. п.

Успехи в области теоретических и экспериментальных исследований привели к открытию новых методов электрических и магнитных измерений. К ним относятся разработка баллистического метода измерений (Э. X. Ленц, 1832 г.), компенсационного метода (И. Поггендорф, 1841 г.), мостиковой измерительной схемы (Ч. Уитстон, 1843 г.) и др.

Баллистический метод основан на измерении с помощью баллистического гальванометра импульсов количества электричества, наведенных при изменении потокосцепления в витках катушки, включенной в цепь гальванометра.

Баллистический гальванометр отличается от обычного зеркального гальванометра значительно большим моментом инерции подвижной части прибора, что обеспечивает движение его рамки после прекращения тока в ней. Основы теории баллистического гальванометра были разработаны Ленцем.

Действие наведенного тока рассматривалось как мгновенный удар (отсюда происходит название прибора: баллиста—древнегреческое метательное орудие), под влиянием которого стрелка мультипликатора отклоняется с определенной скоростью, причем эта скорость пропорциональна sin а/2, где а — угол наибольшего отклонения стрелки.

Компенсационный метод измерений значительно повышает точность измерений. Основным достоинством этого метода является то, что измерение производится при полной компенсации токов в отдельных ветвях, когда через индикатор ток не проходит (нулевое показание). При этом исключаются погрешности, вызываемые падением напряжения в проводах, неизбежным при измерении обыкновенным вольтметром.

Компенсационный метод широко используется в маломощных цепях, где включение измерительных приборов связано с потреблением мощности, соизмеримой с мощностью, расходуемой в измеряемой цепи.

Электроизмерительные приборы для измерения сопротивления

Развитие телеграфии и ряд других применений электричества требовали создания прибора для измерения сопротивления. В 40—60-х годах разрабатываются первые конструкции реостатов ("вольтагометр" Б. С. Якоби), реохордов (И. Поггендорф), магазинов сопротивлений и других подобных им устройств.

<< Предыдущая    1  [2]   Следующая >>