De voormalige galvanometer werd geïntroduceerd door Johann Schweigger in het jaar 1820. De ontwikkeling van het apparaat werd ook gedaan door Andre Marie Ampere. De eerste ontwerpen versterkten het effect van het magnetische veld dat werd ontwikkeld door de stroom door een groot aantal draadomwentelingen. Deze apparaten werden dus ook wel vermenigvuldigers genoemd vanwege hun bijna vergelijkbare constructie. Maar de term galvanometer was meer in populariteit door 1836. Na vele verbeteringen en progressies, kwamen er verschillende soorten galvanometers tot stand. En het enige type is 'Ballistische Galvanometer'. Dit artikel legt duidelijk het werkingsprincipe, constructie, toepassingen en voordelen uit.
Wat is een ballistische galvanometer?
Ballistische galvanometer is het apparaat dat wordt gebruikt voor het beoordelen van de hoeveelheid ladingsstroom die wordt ontwikkeld uit de magnetische flux. Dit apparaat is een soort gevoelige galvanometer die ook wel spiegelgalvanometer wordt genoemd. In tegenstelling tot de algemene soort meetgalvanometer, heeft het bewegende deel van het apparaat een meer traagheidsmoment, dus het zorgt voor een lange oscillatietijd. Het werkt echt als een integrator die de hoeveelheid lading berekent die eruit wordt verdreven. Dit kan een bewegende magneet zijn of een bewegende spoel.
Werkend principe
Het principe achter de ballistische galvanometer werkt is dat het de hoeveelheid lading meet die over de magneetspoel stroomt, waar dit de spoel initieert om te bewegen. Wanneer er een ladingsstroom over de spoel is, zorgt dit voor een toename van de actueel waarde vanwege het koppel dat wordt gegenereerd in de spoel, en dit ontwikkelde koppel werkt gedurende een kortere tijdsperiode.
Ballistische galvanometerconstructie
Het resultaat van tijd en het koppel geeft kracht aan de spoel en dan krijgt de spoel een roterende beweging. Wanneer de kinetische startenergie van de spoel volledig wordt gebruikt voor de werking, zal de spoel beginnen om zijn werkelijke positie te bereiken. Dus de spoel zwaait in de magnetische arena en de afbuiging wordt vervolgens vermeld vanaf waar de lading kan worden gemeten. Het principe van het apparaat is dus voornamelijk afhankelijk van de spoelafbuiging die een directe relatie heeft met de hoeveelheid lading die er doorheen stroomt.
Ballistische galvanometerconstructie
De constructie van een ballistische galvanometer is hetzelfde als die van een galvanometer met een bewegende spoel en heeft twee eigenschappen:
- Het apparaat heeft ongedempte trillingen
- Het heeft ook uitzonderlijk minimaal elektromagnetisch demping
De ballistische galvanometer wordt geleverd met koperdraad waar deze over het niet-geleidende frame van het apparaat wordt gerold. Het fosforbrons in de galvanometer stopt de spoel die zich tussen de magnetische polen bevindt. Om de magnetische flux te versterken, wordt de ijzeren kern in de spoel geplaatst.
Het onderste gedeelte van de spoel is verbonden met de veer waar het herstelmoment voor de spoel geeft. Als er lading over de ballistische galvanometer stroomt, krijgt de spoel een beweging en ontwikkelt hij een impuls. De impuls van de spoel heeft een directe relatie met de ladingsstroom. De nauwkeurige aflezing in het apparaat wordt bereikt door een spoel te implementeren die een verhoogd traagheidsmoment vasthoudt.
Het traagheidsmoment houdt in dat het lichaam tegengesteld is aan dat van hoekbeweging. Wanneer er een verhoogd traagheidsmoment in de spoel is, zullen de oscillaties groter zijn. Dus vanwege deze nauwkeurige aflezing kan worden bereikt.
Gedetailleerde theorie
De gedetailleerde theorie van de ballistische galvanometer kan worden verklaard met de volgende vergelijkingen. Door het onderstaande voorbeeld te beschouwen, kan de theorie bekend worden.
Laten we eens kijken naar een rechthoekige spoel met een ‘N’ aantal windingen die in een constant magnetisch veld wordt gehouden. Voor de spoel zijn de lengte en breedte ‘l’ en ‘b’. Dus het gebied van de spoel is
A = l × b
Als er stroom over de spoel loopt, wordt het koppel erop ontwikkeld. De omvang van de koppel wordt gegeven door τ = NiBA
Laten we aannemen dat de stroomstroom over de spoel voor elke minimale tijdsperiode dt is en dat de stroomverandering dus wordt weergegeven als
τ dt = NiBA dt
Als er stroom over de spoel loopt gedurende een tijdsperiode van ‘t’ seconden, wordt de waarde weergegeven als
ʃ0tτ dt = NBA ʃ0tidt = NBAq
waarbij ‘q’ de totale hoeveelheid lading is die over de spoel stroomt. Het traagheidsmoment dat voor de spoel bestaat, wordt weergegeven als ‘I’ en de hoeksnelheid van de spoel wordt weergegeven als ‘ω’. De onderstaande uitdrukking geeft het impulsmoment van de spoel en het is lω. Het is vergelijkbaar met de druk die op de spoel wordt uitgeoefend. Door de bovenstaande twee vergelijkingen te vermenigvuldigen, krijgen we
lw = NBAq
Ook zal de kinetische energie over de spoel een afbuiging hebben in een ‘ϴ’ hoek en zal de afbuiging worden hersteld met behulp van de veer. Het wordt vertegenwoordigd door
Koppelwaarde herstellen = (1/2) cϴtwee
Kinetische energiewaarde = (1/2) lwtwee
Omdat het herstelkoppel van de spoel vergelijkbaar is met de afbuiging
(1/2) cϴtwee= (1/2) lwtwee
cϴtwee= lwtwee
Ook worden de periodieke oscillaties van de spoel getoond zoals hieronder
T = 2∏√ (l / c)
Ttwee= (4∏tweel / c)
(T.twee/ 4∏twee) = (l / c)
(cTtwee/ 4∏twee) = l
Tenslotte, (ctϴ / 2∏) = lw = NBAq
q = (ctϴ) / NBA2∏
q = [(ct) / NBA2∏] * ϴ)
Stel dat k = [(ct) / NBA2∏
Dan is q = k ϴ
Dus 'k' is de constante term van de ballistische galvanometer.
Galvanometer Kalibratie
De kalibratie van de galvanometer is de benadering om de constante waarde van het apparaat te kennen met behulp van enkele praktische methoden. Hier zijn de twee methoden van de ballistische galvanometer en die zijn
- Via een condensator
- Door wederzijdse inductie
Kalibratie met behulp van condensator
De constante waarde van de ballistische galvanometer is bekend met de laad- en ontlaadwaarden van de condensator. Het onderstaande ballistische galvanometer diagram het gebruik van een condensator toont de constructie van deze methode.
Kalibratie met behulp van condensator
De constructie is voorzien van een onbekende elektromotorische kracht ‘E’ en een poolschakelaar ‘S’. Wanneer de schakelaar wordt aangesloten op de tweede aansluiting, beweegt de condensator naar de oplaadpositie. Op dezelfde manier, wanneer de schakelaar wordt aangesloten op de eerste aansluiting, beweegt de condensator naar de ontlaadpositie met behulp van de weerstand ‘R’ die in serie is verbonden met de galvanometer. Deze ontlading veroorzaakt afbuiging in de spoel onder de ‘ϴ’ hoek. Met de onderstaande formule kan de galvanometerconstante bekend zijn en dat is het ook
Kq = (Q / ϴ1) = CE / ϴ1 gemeten in coulombs per radialen.
Kalibratie met wederzijdse inductie
Deze methode heeft primaire en secundaire spoelen nodig en de galvanometerconstante berekent de onderlinge inductie van de spoelen. De eerste spoel wordt bekrachtigd via de bekende spanningsbron. Vanwege de wederzijdse inductie zal er stroomontwikkeling zijn in het tweede circuit en dit wordt gebruikt voor de kalibratie van de galvanometer.
Kalibratie met wederzijdse inductie
Ballistische galvanometer-toepassingen
Enkele van de toepassingen zijn:
- Gebruikt in controlesystemen
- Gebruikt in laserdisplays en lasergravure
- Gebruikt om fotoresistormetingen te kennen in de meetmethode van filmcamera's.
Dit gaat dus allemaal over het gedetailleerde concept van een ballistische galvanometer. Het legt duidelijk de werking, constructie, kalibratie, toepassingen en het diagram van het apparaat uit. Het is ook belangrijker om te weten wat de typen zijn in ballistische galvanometer en ballistische galvanometer voordelen
