Зеркальный гальванометр

— Зеркальный гальванометр это амперметр , который показывает, что он почувствовал электрический ток , отклоняя луч света зеркалом . Луч света, проецируемый на шкалу, действует как длинный безмассовый указатель. В 1826 году Иоганн Христиан Поггендорф разработал зеркальный гальванометр для обнаружения электрического тока. Прибор также известен как точечный гальванометр по названию светового пятна, образующегося в некоторых моделях.

Зеркальные гальванометры широко использовались в научных приборах до того, как надежные и стабильные электронные усилители появились . Чаще всего они использовались в качестве записывающего оборудования для сейсмометров и подводных кабелей, используемых для телеграфии.

В наше время термин зеркальный гальванометр также используется для обозначения устройств, которые перемещают лазерные лучи путем вращения зеркала через установку гальванометра, часто с сервоподобным контуром управления. Название часто сокращается как гальво .

гальванометр Кельвина

Зеркальный гальванометр был значительно усовершенствован Уильямом Томсоном , впоследствии ставшим лордом Кельвином. Он ввел термин «зеркальный гальванометр» и запатентовал это устройство в 1858 году. Томсон намеревался использовать этот прибор для считывания слабых сигнальных токов на очень длинных подводных телеграфных кабелях . ^[1] Этот прибор был гораздо более чувствительным, чем все предыдущие, и позволял обнаруживать малейшие дефекты в сердцевине кабеля во время его изготовления и погружения в воду.

Томсон решил, что ему нужен чрезвычайно чувствительный прибор, после того, как принял участие в неудавшейся попытке проложить трансатлантический телеграфный кабель в 1857 году. Он работал над устройством, ожидая новой экспедиции в следующем году. Впервые он рассмотрел возможность усовершенствования гальванометра, который использовал Герман фон Гельмгольц для измерения скорости нервных сигналов в 1849 году. Гальванометр Гельмгольца имел зеркало, прикрепленное к движущейся игле, которое использовалось для проецирования луча света на противоположную стену, таким образом значительно усиливая сигнал. Томсон намеревался сделать его более чувствительным, уменьшив массу движущихся частей, но в порыве вдохновения, наблюдая за светом, отраженным от его монокля, висящего у него на шее, он понял, что может вообще обойтись без иглы и ее крепления. Вместо этого он использовал небольшой кусок зеркального стекла с приклеенным сзади кусочком намагниченной стали. Он подвешивался на нити в магнитном поле фиксированной чувствительной катушки. Торопясь опробовать идею, Томсон сначала использовал шерсть своей собаки, но позже использовал шелковую нить с платья своей племянницы Агнес. ^[1]

Следующее адаптировано из современного описания инструмента Томсона: ^[2]

Зеркальный гальванометр состоит из длинной тонкой катушки медной проволоки, покрытой шелком. В центре этой катушки, внутри небольшой воздушной камеры, на единственном волокне шелковой нити подвешено маленькое круглое зеркало с четырьмя крошечными магнитами, приклеенными к его обратной стороне. Луч света падает из лампы на зеркало и отражается от него на белый экран или весы на расстоянии нескольких футов, где он образует яркое пятно света. Когда на приборе нет тока, световое пятно остается неподвижным в нулевом положении на экране; но в тот момент, когда ток проходит по длинному проводу катушки, подвешенные магниты выкручиваются горизонтально из своего прежнего положения, зеркало наклоняется вместе с ними, а луч света отклоняется вдоль экрана в ту или иную сторону в зависимости от к природе тока. Если положительный электрический ток дает отклонение вправо от нуля, отрицательный ток будет давать отклонение влево от нуля, и наоборот.
Воздух в маленькой камере, окружающей зеркало, сжимается по желанию, действуя как подушка и замедляя движения зеркала. Таким образом, игла не может лениво покачиваться при каждом отклонении, а отдельные сигналы становятся резкими. На приемной станции ток, поступающий из кабеля, нужно просто пропустить через катушку, прежде чем он попадет в землю, и блуждающее световое пятно на экране достоверно представляет все его вариации служащему, который, наблюдая, интерпретирует и выкрикивает послание слово за словом. Небольшой вес зеркала и магнитов, которые образуют движущуюся часть этого инструмента, и диапазон, до которого мельчайшие движения зеркала могут быть увеличены на экране отраженным лучом света, который действует как длинная неосязаемая рука или указка. , делают зеркальный гальванометр удивительно чувствительным к току, особенно по сравнению с другими формами приемных приборов. Сообщения можно было отправлять из Соединенного Королевства в Соединенные Штаты по одному атлантическому кабелю и обратно по другому, и они принимались зеркальным гальванометром, при этом использовался электрический ток от игрушечной батарейки, сделанной из женского серебряного наперстка, зерна цинка и капля подкисленной воды.
Практическое преимущество этой исключительной деликатности состоит в том, что сигнальные волны течения могут следовать друг за другом настолько близко, что почти полностью сливаются, оставляя лишь очень незначительные подъемы и спад их гребней, подобно ряби на поверхности текущего потока, и однако световое пятно будет реагировать на каждое из них. Основной поток тока, конечно, сместит ноль пятна, но помимо этого изменения места пятно будет следовать за мгновенными колебаниями тока, которые формируют отдельные сигналы сообщения. Из-за этого смещения нуля и очень незначительного подъема и падения тока, вызванного быстрой передачей сигналов, обычные наземные приборы совершенно непригодны для работы с длинными кабелями.

Гальванометр с подвижной катушкой

Гальванометр с подвижной катушкой был разработан независимо Марселем Депре и Жаком-Арсеном д'Арсонвалем примерно в 1880 году. Гальванометр Депре был разработан для больших токов, а Д'Арсонваль разработал свой для измерения слабых токов. В отличие от гальванометра Кельвина, в гальванометрах этого типа магнит неподвижен, а катушка подвешена в зазоре магнита. Зеркало, прикрепленное к рамке катушки, вращается вместе с ней. Этот прибор может быть более чувствительным и точным и в большинстве случаев заменяет гальванометр Кельвина. Гальванометр с подвижной катушкой практически невосприимчив к окружающим магнитным полям. Другой важной особенностью является самозатухание, создаваемое электромагнитными силами из-за токов, индуцируемых в катушке в результате ее движения магнитным полем. Они пропорциональны угловой скорости катушки.

Современное использование

высокоскоростные зеркальные гальванометры, используются В наше время в лазерных световых шоу которые перемещают лазерные лучи и создают в тумане вокруг публики красочные геометрические узоры. Такие высокоскоростные зеркальные гальванометры оказались незаменимыми в промышленности для систем лазерной маркировки всего: от ручных инструментов, контейнеров и деталей для лазерного травления до пакетного кодирования полупроводниковых пластин при производстве полупроводниковых приборов . Обычно они управляют направлениями X и Y на маркерах Nd:YAG и CO2 _, лазерных чтобы контролировать положение пятна инфракрасного лазера. Лазерная абляция , обработка лазерным лучом и нарезка пластин — все это промышленные области, где можно найти высокоскоростные зеркальные гальванометры.

Этот гальванометр с подвижной катушкой в основном используется для измерения очень слабых или малых токов порядка 10. ⁻⁹ А.

Чтобы линеаризовать магнитное поле в катушке во всем диапазоне движения гальванометра, конструкции Дарсонваля внутри катушки, не касаясь ее, помещают цилиндр из мягкого железа . Это дает постоянное радиальное поле, а не параллельное линейное поле.

См. также

Струнный гальванометр

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Линдли, Дэвид, Градусы Кельвина: рассказ о гении, изобретении и трагедии , стр. 132–133, Джозеф Генри Пресс, 2004 г. ISBN 0309167825 .
^ Манро, Джон (июль 1997 г.). Герои Телеграфа . Проект Гутенберг.

Дальнейшее чтение

«Гальванометр сильных токов Марселя Депре» . Природа . 22 (559): 246–7. 15 июля 1880 г. Бибкод : 1880Natur..22R.246. . дои : 10.1038/022246b0 .

Внешние ссылки

Зеркальный гальванометр - Интерактивное руководство по Java Национальная лаборатория сильных магнитных полей

[Lindley132133-1] Jump up to: ^а ^б Линдли, Дэвид, Градусы Кельвина: рассказ о гении, изобретении и трагедии , стр. 132–133, Джозеф Генри Пресс, 2004 г. ISBN 0309167825 .

[2] Манро, Джон (июль 1997 г.). Герои Телеграфа . Проект Гутенберг.

[1]

[2]