磁电式仪表及直流电压和电流的测量

8.4.1　测量机构和转动原理

指示仪表的核心部分是测量结构（亦称表头），它可以实现仪表的偏转角位移。磁电式仪表的测量机构如图8.4.1（a）所示，其基本结构分为可动部分和固定部分。可动部分包括：转动线圈1、指针4和反弹簧（或游丝）2，这三部分固定在同一转轴上。固定部分包括：永久磁铁5、极掌6和圆柱铁心3，这三部分形成了一个处在空气隙内的较强磁场。

电流流经转动线圈时，线圈的有效边受到电磁力F的作用产生转矩T，如图8.4.1（b）所示，使可动部分转动，这就是磁电式仪表的转动原理。

图8.4.1　磁电式仪表的测量机构和转动原理

转矩T与流经线圈的电流I成正比。当T与弹簧（或游丝）的反抗力矩平衡时，指针指示在所测电流大小的位置不动。

实际上，由于仪表转动部分具有惯性，其指针不可能很快静止在某一平衡位置上，而是在这个平衡位置左右摇摆，这是不利于读数的。为了缩短这一摇摆时间，应该给处于运动中的转动部分加上一个阻尼力矩（即与转动部分运动方向相反的力矩），其作用是使该仪表转动部分很快静止在平衡位置上。这种产生阻尼力矩的装置，常称为阻尼器。

磁电系仪表中没设专用的阻尼器，它需要的阻尼力矩是从绕有转动线圈的铝框架（见图8.4.2），或者在转动线圈上专门绕上几匝短路线圈来获得的。当转动线圈在磁场中转动时，铝框架将切割磁力线产生感应电动势。由于框架是闭合的，因此内部形成感应电流。载流框架与磁场相互作用产生电磁力矩，其方向与线圈转动方向相反，即对转动线圈产生阻尼作用，它便能很快停止摇摆，而静止在平衡（即被测量大小）位置上。

图8.4.2　铝框产生阻尼力矩示意图

磁电式仪表中的磁场由永久磁铁形成，转动线圈所受电磁力方向由所通入的电流方向确定，故此种仪表只能送一个方向的电流。仪表上标有“＋”、“－”号，“＋”端为电流送入端。这便是磁电式仪表只能测量直流电，不能测量交流电的原因。

如果要利用磁电系仪表测量交流电压和电流时，需配上整流器；如果想利用它来测量温度、压力、磁量等非电量，需配上变换器。

8.4.2　测量直流电压和电流

1.测量直流电压

将图8.4.1（a）所示的磁电式测量机构与较大阻值的电阻（称为附加电阻）串联，可以构成用来测量电压的电压表。只要线圈及其所串联的电阻阻值固定不变，则流过线圈的电流与被测量电压成正比。实用中是将仪表刻度盘的刻度按相应的电压值表示，以方便读数。串入不同数值的若干个电阻，可以制成多量程电压表。

测量电压时，电压表与被测量电路并联，如图8.4.3所示，为了减小测量误差，电压表的内阻应尽可能高，以减小对电路的分流作用。

图8.4.3　测量电压

2.测量直流电流

若与测量机构并联一个电阻R，称分流电阻或分流器，使被测电流的大部分流经分流电阻，便构成用来测量电流的电流表，如图8.4.4所示。电流表的刻度盘也按被测量电流数值标出。并入不同数值的若干个电阻，可以制成多量程电流表。

测量电流时，电流表串联接入被测量的电路，如图8.4.5所示。

图8.4.4　扩大电流量程

图8.4.5　测量电流

思考与练习

8.4.1　常用的磁电式仪表的测量机构和工作原理是什么？

8.4.2　为什么磁电式仪表只能直接测量直流电量？

8.4.3　试简述磁电式仪表测量电压和电流的方法。