流计是磁电式仪表，它是根据载流线圈在磁场中受到力矩而偏转德原理制成的。普通电表中线圈是安放在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，用指针来指示偏转。由于轴承有摩擦，被测电流不能太弱。检流计使用极细的金属悬丝代替轴承悬挂在磁场中，由于悬丝细而长，反抗力矩很小，所以有很弱的电流通过线圈就足以使它产生显著的偏转。因而检流计比一般的电流表灵敏的多，可以测量微电流（10-7~10-10A）或者微电压（10-3~10-6V），如光电流、生理电流、温差电动势等。首次记录神经动作电位，就是用此类仪器实现的。
检流计的另一种用途是平衡指零，即根据流过检流计的电流是否为零来判断电路是否平衡，它被广泛使用在直流电桥和电位差计中。
本实验的目的就是为了了解磁电式检流计的结构、原理和运动规律，测量临界电阻，通过测量它的灵敏度和内阻，学习正确的使用方法。
实验原理
n 磁电式检流计的结构
以光点式检流计为例，结构如图 1和图 2所示，检流计由三部分组成：
l 磁场部分：由永久磁铁(N,S)产生磁场，圆柱形软铁心(J)使气隙中磁场呈均匀辐射状。
l 偏转部分：能在气隙中转动的矩形线圈C及从上下拉紧线圈的金属张丝E,只要有很小的力矩作用，就能使线圈偏转。
l 读数部分：小镜M固定在动圈上，它把光源射进来的光束反射到标尺上形成一个光标，当电流流过动圈时，动圈受力偏转而带动小镜M转过α角，因而反射光束偏转的角度为,光标在标尺上移动的距离
，L为小镜到标尺的距离。
n 检流计的工作原理
当被测电流IG(或电压
)经悬丝流过动圈时，载流动圈受到气隙中永久磁铁产生的磁场(磁感应强度B)的作用。由于磁场是辐射装的，因此手里的动圈不管偏转到什么位置，B的方向总与l(即IG)的方向垂直，那么N匝载流动圈受到的总磁力矩为
M = N B IG S= G IG (1)
其中S为动圈面积，G = N B S 为检流计的结构常数。
在电磁力矩M的作用下动圈偏转，同时悬丝受扭力而产生反作用力矩(扭转力矩)，当作用在动圈上的电磁力矩和悬丝的反作用扭力矩平衡时，动圈停止偏转，则
N B IG S ＝ W a (2)
W为悬丝的扭转系数，偏转角a的大小由读数装置读出，
n = 2L a (3)
则
(4)
或
(5)
CI称为检流计的电流常数或分度值，单位是A/mm。如果检流计的结构已定，则CI为一定值。在使用中，W或其他结构参数可能有变化，所以必须用实验测定CI。
在实际中，也常用灵敏度SI来表示，即
(6)
SI的单位是mm/A。
n 检流计的运动状态
检流计的动圈通电流后，除了受到电磁力矩和扭转力矩的作用外，还存在空气阻尼力矩
和电磁阻尼力矩
，而悬丝是弹性材料制成，若动圈的转动惯量为J，则动圈运动状态
(7)
或
(8)
其中
称为衰减系数，
为阻尼系数，
，为固有角频率，根据衰减系数的不同，有不同的运动状态：
l 欠阻尼状态(b < wo 时)。
公式8的解为 
(9)
其中aF = G IG / W , 
。 此时外电阻R较大，动圈以平衡位置aF为中心作一衰减振动，并且逐渐趋紧于平衡位置，运动曲线如图2.1.1-3中的曲线I。特别当外电路断开
和无空气阻尼(D=0)时候，动圈为无阻尼运动，以平衡位置aF为中心作等幅振动，运动曲线如图2.1.1-3中的曲线IV。实际实验中由于空气阻尼D很小，当外电路断开时动圈以位置aF为中心作一衰减系数很小的振动。
l 临界阻尼状态(b ＝ wo 时)。
公式8的解为 
(10)
其中aF = G IG / W 。动圈无振动的很快达到平衡位置，此时的外电阻称为临界电阻Rc,它的运动曲线如图2.1.1-3中的曲线II。一般来说，检流计的临界阻尼状态是它的理想工作状态。
l 过阻尼状态(b > wo ,即R0<Rc)。
公式8的解为 
(11)
其中aF = G IG / W , 
。此时动圈也是做单向偏转运动，缓慢的趋向平衡位置aF , 运动曲线如图2.1.1-3中的曲线III。R越小，到达平衡位置的时间越长。因为过阻尼运动中，动圈到达平衡的时间长，而且不易判断动圈是否到达平衡位置，因此它对于测量是不利的。
n 测量电路
由于检流计很灵敏，一般通过电流不能超过1uA,在实际测量中常采用图2.1.1-4的电路。电压经过两次分压后得到很小的电压(常小于1mV)后才加到检流计电路中。第一次采用滑线变阻器分压，第二次采用固定电阻
的数量级分压。K2是换向开关，用它可以变换过检流计的电流方向，K3是阻尼开关，将它合上就可以将检流计短路，检流计的动圈就停止振动。
如图 4，我们得到
IG ( RG RKP ) = ( I-IG )R1 (12)
(13)
因为R1<<R0,所以
(14)
电流常数
(15)
加在开关K2两端的电压
，由于RG RKP>> R1,由公式（11）得到
(16)
检流计电压常数
(17)
学习重点
n 了解磁电式检流计的结构、原理和运动规律。
n 了解磁电式检流计的运动状态的特点并测定检流计临界电阻。
n 掌握测定检流计电流常数的方法。
实验仪器
本实验采用AC15/2型光标式检流计，固定分压电阻箱，电阻箱，滑线变阻器，15V稳压电源，伏特计，单刀开关、双刀换向开关、压触开关，秒表。
实验内容
按照图 4 接好线路，取
的比例。将检流计上的开关拨到“直接”档。
1．观察检流计运动状态并测量临界电阻。
合上开关K1,调节变阻器R使得光标偏转至60mm,断开K1使检流计处于测量状态。
(1) 根据临界阻尼的工作状态要求，测量临界电阻Rc。
(2) 选取Rkp分别为
时，判别检流计的运动状态，测出光标第一次回到自然平衡位置(零点)的时间和最终达到平衡位置的阻尼时间（每种状态测两次）。
在上述操作中，选取合适的R0/R1,使得光标偏转60mm。
2．测量检流计的电流常数CI和电压常数CV。
(1) 选择Rkp= Rc,使检流计工作在临界状态，选择合适的R0/R1,调节滑线变阻器R，使光标n=60mm,记下对应的刻度n1和电压V01,然后将开关K2迅速倒向，记下反方向偏转n1’。
(2) 调节变阻器R,使得光标每次减少5mm,重复(1)的步骤，得到一组ni、ni’ 和V0i的数据。
(3) 由
,做出n-V曲线，求出K=Dn/DV,带入(15)和(17),计算CI和CV。
3．测量阻尼时间Tc
阻尼时间Tc是指在临界状态下，检流计从最大偏转位置(如60mm)到达稳定平衡位置需要的时间，断开开关K1,测量三次Tc。
4．根据步骤2的数据，求最大偏转(60mm)时的
。
5．测量Rkp= 0.5Rc和2Rc及满偏60mm时的CI和CV。
注意事项
n 检流计使用时在“直接”档进行调零和测量，实验完毕后放回“短路”档。
n 检流计在实验过程中要避免受震动。
n 在调节Rkp过程中要注意对检流计的保护以防进入检流计电流过大。
思考题
n 如果在实验中得到的临界电阻不准，对测得的电流常数CI和电压常数CV是否有影响，为什么？
