Nachádzate sa tu
Galvanometre
1. ZÁKLADNÉ INFORMÁCIE O GALVANOMETROCH
Galvanometre sú veľmi citlivé meracie prístroje, ktorými sa merajú alebo len indikujú veľmi malé prúdy a napätia, prípadne aj náboje prúdových impulzov. Ich stupnica spravidla nebýva číslovaná v žiadnych jednotkách, aleje delená ľubovolnými dielikmi najčastejšie s milimetrovým delením a nulou uprostred. Veľká citlivosť sa v galvanometroch dosahuje malým riadiacim momentom závesných vlákien alebo optickým zväčšením malých uhlových výchyliek pomocou svetelného ukazovateľa. Podľa druhu meraného prúdu galvanometre delíme na jednosmerné a striedavé. Význam striedavých galvanometrov sa s rozvojom elektronických meracích prístrojov postupne zmenšuje.
2. GALVANOMETRE SO SVETELNOU STOPOU
Citlivé galvanometre majú otočný mechanizmus uložený na závese a výchylka sa indikuje opticky. Svetelný tok zo zdroja svetla je sústredený jednoduchým optickým zariadením do úzkeho zväzku lúčov odráža sa zrkadlom, ktoré je uložené na otočnej časti meracieho mechanizmu a dopadá na matné sklo so stupnicou. Odraz môže byť použitím pevných zrkadiel aj niekoľkonásobný. Tým sa dosiahne zväčšenej citlivosti pri zachovaní malých rozmerov. Intenzita vyžarovania svetelného zdroja má byť taká veľká, aby svetelnú stopu bolo možno čítať aj pri dennom osvetlení. Výhodou svetelného ukazovateľa je, že aj malý uhol pootočenia otočnej časti meracieho mechanizmu sa prejaví veľkou výchylkou na stupnici, takže jeho citlivosť je väčšia, ako by bola s ručičkovým ukazovateľom. Citlivosť sa zväčšila tým, že stupnica je umiestnená ďaleko od prístroja a svetelný lúč, ktorý dopadá na zrkadlo, sa od neho odráža v dvojnásobnom uhle, ako je uhol pootočenia zrkadla. Zariadenie na odčítanie výchylky býva upravené ako prenosné (obr. 1) alebo ako stabilné. Prenosné zariadenie je nevýhodné, pretože pred každým použitím sa musí nastavovať vzájomná poloha galvanometra, stupnice a osvetľovacieho zdroja a zaostriť svetelnú značku na stupnici. Tam, kde sa musí často merať zrkadlovým galvanometrom, používa sa pevné usporiadanie galvanometra a zariadenie na čítanie jeho výchylky (obr. 2). Táto úprava sa v súčasnosti používa
Obr. 1. Objektívne čítanie
Obr. 2. Pevné galvanometra a zariadenia na čítanie výchylky
1 – osvetľovacie zariadenie, 2 – hranol, 3 – zrkadlo galvanometra, 4 – zrkadlo, 5 – stupnica
predovšetkým v najcitlivejších galvanometroch, ktoré sa musia pevne inštalovať na múre (na ochranu pred otrasmi) a ktoré pracujú s veľkou dĺžkou lúča. Pri prenosných zrkadlových meracích prístrojoch sa na čítanie výchylky používa zariadenie vstavané do prístroja, ako je to napr. v galvanometri MG 5 národného podniku Metra. Sú to skrinkové galvanometre, ktoré majú merací mechanizmus spolu s osvetľovacím zariadením a so stupnicou vstavané do spoločnej skrinky.
3. CHARAKTERISTICKÉ VLASTNOSTI GALVANOMETROV
Na meranie galvanometrom potrebujeme poznať tieto hodnoty:
-čas kmitu netlmeného galvanometra
-vnútorný odpor a vonkajší hraničný (kritický) odpor
-konštanty galvanometra
Čas kmitu netlmeného galvanometra
Ak vychýlime cievku z nulovej polohy, napr. vhodným prúdovým impulzom a obvod galvanometra rozpojíme, cievka kýva skoro netlmenými kmitmi, alebo tlmenie je veľmi malé. Čas kmitu T galvanometra rozumieme čas medzi dvoma prechodmi ukazovateľa nulovou polohou, ktoré prechádzajú v tom istom smere. Je to čas, za ktorý vykoná ukazovateľ dráhu z nulovej polohy do jednej okrajovej polohy, naspäť cez nulu do druhej okrajovej polohy a späť na nulu
Obr. 3. Grafické znázornenie času kmitu
(obr. 3). V netlmenom menom galvanometri závisí čas kmitu od momentu zotrvačnosti otáčavej časti a od riadiaceho momentu závesu. Čas kyvu je polovica času kmitu, teda čas medzi dvoma prechodmi nulovou polohou. Čas kmitu, ktorý má vplyv na Čas ustálenia výchylky galvanometra, udáva výrobca. Pre rýchle merania sa vyžaduje od galvanometrov na meranie prúdov a napätí, aby čas kmitu netlmeného galvanometra bol čo najkratší. V balistickom galvanometri (galvanometre na meranie náboja) sa naopak vyžaduje dlhý čas netlmených kmitov. Galvanometre s dvojitým závesom majú čas kmitu T= 1 až 5 s podľa citlivosti, balistické galvanometre majú čas kmitu T = 20 až 30 s, v špeciálnych prípadoch až 300 s.
Vnútorný odpor galvanometra a vonkajší hraničný odpor
Galvanometer zostáva najčastejšie zapojený do obvodu a závity jeho cievky sa týmto obvodom uzatvárajú, takže pri kývaní cievky sa v nich indukujú prúdy, ktoré tlmia sústavu. Pre daný galvanometer s určitým odporom otáčavej cievky tlmenie závisí od vonkajšieho odporu, t. j. od odporu obvodu pripojeného na svorky galvanometra. Ak je vonkajší odpor veľký, tlmenie je málo účinné a cievka dlho kýva, než sa ustáli. Vtedy je galvanometer podtlmený.Ak zmenšujeme odpor vonkajšieho obvodu galvanometra, zväčšujú sa jeho tlmiace účinky a otáčavá cievka sa ustáli v rovnovážnej polohe za kratší čas. Ak sa zmenší odpor obvodu na určitú hodnotu, prejde cievka do rovnovážnej polohy bez kývania.Hovoríme, že galvanometer má kritické tlmenie. Čas ustálenia výchylky je pri ňom najkratší a je približne trikrát väčší, ako čas kyvu netlmeného galvanometra. Pripojený vonkajší odpor, pri ktorom vzniká kritické tlmenie, nazývame vonkajší hraničný (tiež kritický) odpor. Výrobca ho uvádza na štítku galvanometra súčasne s vnútorným odporom galvanometra. Keby sa galvanometer pripojil na obvod s menším odporom, ako je kritický odpor, galvanometer by sa pretlmil a cievka by sa „plazila" do novej polohy. Čas ustálenia výchylky by sa predĺžil.Ak chceme rýchlo merať, musíme odpor meracieho obvodu prispôsobiť odporu galvanometra, aby sa dosiahlo približne kritické tlmenie. Prispôsobenie sa obyčajne robí pripojením rezistora ku galvanometru. Ak je odpor obvodu pripojeného ku galvanometru väčší ako kritický, galvanometer sa málo tlmí, a preto sa rezistor k nemu pripája paralelne (obr. 4a). Ak sa má dosiahnuť kritické tlmenie pri odpore obvodu menšom, ako je kritický, zapojí sa do obvodu rezistor s vhodnou veľkosťou do série s galvanometrom (obr. 4b). Pripojením rezistora sa
Obr. 4. Prispôsobenie obvodu galvanometra
a) paralelne radený rezistor Rb
b) sériovo radený rezistor Rs
však mení citlivosť galvanometra. Pri paralelnom napojení sa zmenšuje prúdová citlivosť, napäťová sa nemení, pri sériovom zapojení odporu sa zmenšuje napäťová citlivosť, prúdová sa nemení. Aby prispôsobovanie nebolo veľké, treba pre meranie zvoliť galvanometer, ktorého hraničný odpor sa veľmi nelíši od odporu obvodu.
Konštanty galvanometra
Stupnica galvanometra obyčajne nie je delená v jednotkách meranej veličiny, ale v dielikoch, a preto musíme poznať konštantu galvanometra K. Pri zrkadlových galvanometroch so stupnicou mimo prístroja sa musí ešte udať vzdialenosť stupnice od zrkadla. Namiesto konštanty sa v galvanometroch často uvádza ich citlivosť. Citlivosť galvanometra C je prevrátenou hodnotou konštanty K a udáva sa počtom dielikov na jednotku meranej veličiny. Pretože galvanometrom možno merať prúd, napätie, prípadne aj náboje prúdových impulzov, pri galvanometroch určujeme konštantu aj prúdovú, napäťovú a balistickú citlivosť. Prúdová konštanta galvanometra Äľ, sa definuje ako prúd spôsobujúci výchylku a, ktorá sa rovná jednému dieliku alebo 1 mm.
Pri prúdovo citlivých galvanometroch sa udáva konštanta tiež v nanoampéroch na dielik. Napäťová konštanta galvanometra Kv je určená napätím, spôsobujúcim na stupnici výchylku jedného dielika pri zaradenom kritickom tlmiacom odpore. 
Napäťová citlivosť galvanometra Cv je daná pomerom výchylky k napätiu, ktoré ju spôsobilo 
Balistická konštanta galvanometra Aľb udáva náboj v coulomboch, potrebný na výchylku jedného dielika na stupnici. 
Balistická konštanta závisí od stupňa tlmenia, preto pri meraní musíme zabezpečiť stále tlmenie. ' Balistická citlivosť Cb udáva výchylku na jednotku náboja 
Pri zrkadlových galvanometroch sa konštanty vzťahujú na vzdialenosť stupnice od zrkadla 1 m.
4. GALVANOMETRE NA JEDNOSMERNÝ PRÚD
Najpoužívanejšie galvanometre na jednosmerný prúd majú magnetoelektrickú sústavu. Podľa spôsobu použitia ich možno rozdeliť do dvoch skupín: galvanometre na indikáciu minimálnych prúdov alebo napätí (nulové indikátory), a galvanometre na výchylkové meranie. Pri použití galvanometra ako nulového indikátora je dôležitá jeho citlivosť na zistenie minimálnej veličiny, ktorá ešte spôsobí pozorovateľnú výchylku, od ktorej potom závisí citlivosť zariadenia a jeho presnosť, napr. v mostíku. Ak sa použije galvanometer ako výchylkový prístroj, treba poznať alebo zistiť jeho konštantu. Konštrukcia magnetoelektrického galvanometra je obdobná ako konštrukcie ostatných magnetoelektrických prístrojov. Je ale jemnejšia,, veľmi citlivá a tlmenie nebýva riešené vodivým rámčekom. Uloženie otáčavej časti môže byť ihlové v dvoch alebo v jednom ložisku s nulou v strede a s ručičkovým ukazovateľom alebo s jednoduchým závesom a s dvojitým závesom ako zrkadlové.
5. ŠPECIÁLNE GALVANOMETRE PRE JEDNOSMERNÝ PRÚD
Balistický galvanometer je magnetoelektrický galvanometer s dlhým časom kyvu, ktorý sa používa na meranie krátkodobých impulzov prúdu Q a impulzov napätia Qu, t. j. na meranie elektrických nábojov Q a časových integrálov napätia Qv. 
Ak má byť prvý výkyv galvanometra úmerný prejdenému elektrickému náboju, musí byť čas trvania prúdového impulzu v porovnaní s časom kyvu galvanometra nepatrný, aby meraný náboj prešiel galvanometrom skôr, ako sa tento uvedie do pohybu. Ak sa nedá dodržať táto podmienka, robíme chybu, lebo galvanometer nameria menší náboj, ako je skutočný. Ak nemá chyba prekročiť 0,4 %, musí byť čas kyvu netlmeného galvanometra najmenej desaťkrát väčšia, ako je čas trvania prúdového impulzu. Dlhý čas kyvu sa dosiahne zväčšením momentu zotrvačnosti meracieho mechanizmu a zmenšením riadiaceho momentu závesu. Ako balistický galvanometer je vhodný každý galvanometer s dlhým časom kyvu. Konštrukcia balistického galvanometra je obdobná ako pri ostatných magnetoelektrických galvanometroch. Čas kyvu sa predlžuje väčšou šírkou okienka, slabším závesom alebo zväčšením hmotnosti otáčavej časti pridaním vahadiel so závažím alebo malého zotrvačníka. Rozdielový (diferenciálny) galvanometer sa používa pri porovnávacích meracích metódach. Výchylka jeho ukazovateľa a = L(/, — 1^). Galvanometre s dvojitým vinutím (rôzne odpory) majú dve odlišné citlivosti a možnosť nastaviť najvhodnejšie tlmenie nezávisle od vonkajšieho odporu. Nevýhodou je zväčšenie hmotnosti otáčavého mechanizmu a tým predĺženie času kyvu. Strunový galvanometer je založený na priehybe kovového vlákna, ktoré je umiestnené v magnetickom poli vplyvom prechodu prúdu týmto vláknom. Je vhodný pre jednosmerný aj striedavý prúd. Je necitlivý na vonkajšie magnetické pole a mechanické otrasy. Bližšie pozri.
6. PRÍPRAVA GALVANOMETRA NA MERANIE
Galvanometer je veľmi citlivý prístroj, ktorý vyžaduje veľmi opatrné zaobchádzanie nielen pri meraní, ale aj pri každej manipulácii s ním. Preto treba dodržiavať tieto pokyny:
1.Na galvanometer sa nemajú prenášať otrasy, umiestňujeme ho preto na ťažkú dosku, podloženú mäkkou plsťou.
2.Galvanometer, ktorý nie je stabilne uložený, sa musí aretovať, pokiaľ sa nepoužíva. Pred uvoľnením aretácie sa musí nastaviť nastavovacími skrutkami do vodorovnej polohy. Po uvoľnení aretácie treba počkať, kým sa výchylka ustáli, až potom sa nastaví svetelná značka na nulu stupnice.
3.Ak je galvanometer v pokoji, musí byť rovina stupnice kolmá na smer svetelného lúču odrazeného od zrkadla. Ak má stupnica správnu polohu, musia byť na obidve strany rovnaké výchylky svetelnej značky pri rovnakom prúde obidvoch polarít.
4.Bočník galvanometra sa pred meraním nastaví na najmenšiu citlivosť, ktorú potom podľa potreby zväčšíme.
5.Pri galvanometri, ktorý je uložený nestabilne, sa vplyvom vonkajších otrasov stanoví jeho skutočná poloha veľmi ťažko. Majú sa preto merať výchylky v obidvoch smeroch prepínaním smeru prúdu. Ich stredná hodnota určuje správnu výchylku.
6.Kývajúci mechanizmus galvanometra sa rýchlo zastaví v nulovej polohe, ak sa spojí v okamihu prechodu svetelnej značky nulovou polohou svorky galvanometra nakrátko.
7. ZMENA ROZSAHU GALVANOMETRA
Pri meraní galvanometrom nemožno väčšinou merať s jeho plnou prúdovou citlivosťou. V takýchto prípadoch sa citlivosť zmenšuje bočníkom. Pritom sa žiada, aby sa citlivosť menila v určitom pomere, napr. 1/10, 1/100 atď., aby sa stihlo zistiť konštantu galvanometra pri jednej citlivosti napr. základnej l/la aby sme ju mohli pri ostatných citlivostiach vypočítať. Pri meraní prúdu v obvodoch s veľkým vnútorným odporom sa používa Ayrtonov bočník (reduktor citlivosti, obr. 5). Ak je odpor bočníka oproti vonkajšiemu odporu obvodu malý, zostáva tlmenie galvanometra stále, nezávislé od voľby citlivosti. Pretože v tomto bočníku zmena citlivosti nezávisí od odporu galvanometra, nevyrábajú sa bočníky pre určitý galvanometer, a ak chceme dosiahnuť aperiodické
Obr. 5. Zapojenie Ayrtonovho bočníka
Obr. 6. Základné zapojenie balistického bočníka
tlmenie, zaraďujeme do série (niekedy paralelne) s galvanometrom odpor Rs. Balistický bočník sa používa najmä v balistickom galvanometri (obr. 6). Je určený na meranie v obvodoch s malým vnútorným odporom. Vyhotovuje sa pre určitý galvanometer a pre určitý odpor vonkajšieho obvodu R„. Použitím galvanometra s iným vnútorným odporom alebo meraného obvodu s iným odporom treba odpory Rg a R0 vyrovnať na hodnotu, pre ktorú bol bočník vyrobený.
8. GALVANOMETRE NA STRIEDAVÝ PRÚD
Galvanometre na striedavý prúd sa používajú na indikáciu a meranie malých striedavých prúdov a napätí. Podľa princípu ich rozdeľujeme na vibračné, elektrodynamické a magnetoelektrické s usmerňovačmi. Vibračné galvanometre sú zrkadlové galvanometre, v ktorých sa využíva elektromechanická rezonancia na dosiahnutie veľkej citlivosti pre striedavý prúd určitej frekvencie. Pre svoju necitlivosť na vyššie harmonické frekvencie sa používajú ako nulové indikátory v striedavých mostíkoch a kompenzátoroch. Jedným z druhov vibračných galvanometrov sú slučkové galvanometre. V princípe sú slučkové galvanometre magnetoelektrické. Medzi dvoma pólmi magnetu je umiestnená úzka slučka alebo cievka, na ktorej je zrkadlo (obr. 7a). Ak prechádza slučkou striedavý prúd, rozkmitá sa a svetelný lúč odrazený od zrkadla vytvorí na stupnici svetelný pás, ktorého dĺžka závisí od rozkmitu zrkadla, a teda od veľkosti prechádzajúceho prúdu. Najväčšia citlivosť sa dosiahne, ak sa privedie slučka do rezonancie s frekvenciou meraného prúdu. Tieto galvanometre sú vhodné na meranie striedavých prúdov vo frekvenčnom rozsahu 500 až 3000 Hz. Pre nižšie frekvencie od 25 do 50 Hz sa namiesto slučky používa cievka (obr. 7b).
Obr. 7. Princíp slučkového galvanometra
a) medzi pólmi je slučka
b) medzi pólmi je cievka
1 – slučka z bronzového pásika, 2 – zrkadlo, 3 – oporná podpera, 4 – napínacia pružina, 5 – prívody a uchytenie slučky, 6 - cievka
Elektrodynamické galvanometre sa používajú na meranie malých striedavých prúdov a napätí, možno ich použiť aj na meranie malých výkonov striedavého, prúdu. V magnetoelektrických galvanometroch s usmerňovačmi sa používajú usmerňovače mechanické, špeciálne polovodičové, prípadne pre vyššie frekvencie aj termoelektrické články.
Zoznam použitej literatúry:
[1.1] Fiala M. , Vrožina M. , Hercik J. : Elektrotechnické merania, Vydavateľstvo Alfa, 1985