电磁系测量机构

磁电系测量机构就是利用通电线圈在磁场中受到磁场作用力产生转动力矩得原理制成得，如图1 所示。

当可动线圈通电时，线圈受均匀辐射型磁场得作用而产生电磁力F，从而形成转动力矩M，使可动部分发生偏转。

根据图中所设电流方向与磁场方向，运用左手定则，可以判断线圈两有效边所受电磁力F得方向都与线圈平面垂直且方向相反，产生使可动线圈发生顺时针方向偏转得转动力矩，可动线圈便发生顺时针方向得旋转。

图1 磁电系仪表得工作原理示意图设均匀辐射得磁感应强度为B，线圈匝数为N，垂直于磁场方向得可动线圈有效边长为L，则当通过线圈得电流为r时，每个有效边受得电磁力F为式中 r——转轴中心到线圈有效边得距离，其值为线圈有效边长得1/2。

线圈包围得面积为线圈偏转时引起游丝变形，而产生反作用力矩Ma，这个力矩得大小与游丝变形得大小成正比，也就就是与线圈得偏转角a成正比，即反作用力矩为式中 D——游丝得反作用系数，与游丝得力学性质与尺寸有关；a——可动部分偏转角，即指针偏转角。

随着偏转角α不断增大，反作用力矩M，也增大，直到与转动力矩相等时，可动部分因所受力矩达到平衡而停留在一个平衡位置上，指针得偏转角a不再变化。

根据力矩平衡关系得到式中α——指针偏转角；S——可动线圈得有效面积；——电流灵敏度，。

S1电流灵敏度S1由仪表结构参数所决定，对于某一个仪表来讲，它就是一个常数，N、S、B、D这些量决定于各仪表得结构与材料性质，其数值都就是固定得。

因此，仪表指针偏转角a与通过可动线圈得电流I成正比。

所以磁电系仪表可用来测量电流以及与电流有联系得其她物理量（即经过变换可以转化为电流得量）。

而且磁电系仪表标度尺上得刻度就是均匀得。

磁电系仪表得测量机构（磁电系测量机构）就是由固定得磁路系统与可动部分组成，其结构如图1所示。

仪表得固定部分就是磁路系统，磁路系统包括永久磁铁1、固定在磁铁两极得极掌2以及处于两个极掌之间得圆柱形铁芯3。

圆柱形铁芯固定在仪表支架上，采用这种结构就是为了减少磁阻，并使极掌与铁芯间得空气隙中产生均匀得辐射型磁场。

虚位移法计算电磁力在电磁测量仪表中的应用卢斌先1、案例说明结合工程电磁场中虚位移计算电磁力方法，讨论了常见直读式电工仪表结构、电磁力产生的原理和电磁力的计算方法。

本案例对于提醒同学在学习后续电气工程课程认真研究其原理，并将已经学过的基础理论知识完美应用到新课程学习中。

2、案例2.1 引言常用电工仪表种类很多。

电气机械式指示仪表是靠指针或光点指在标尺上直接读数，故有时也称为直读式仪表。

常见的直读式电工仪表有磁电系、电磁系、电动系和静电系等。

从结构上看，直读式指示仪表主要包括固定部分和可动部分。

固定部分主要是磁铁或线圈，可动部分主要是磁铁、线圈或软铁片。

在固定部分和可动部分之间的电磁力的作用下，使与可动部分相连的指针发生偏转的力矩称为作用力矩。

为了达到平衡，必须要有产生反作用力矩（控制力矩）的部分。

对于直读式电工仪表来说，产生反作用力矩主要是由游丝、张丝或吊丝等来完成由于电工测量仪表结构复杂，为了简化电磁力计算，主要采用电磁场理论中学习过虚位移法计算电磁力。

M =ﾶAﾶα（1）其中M 为作用力矩（广义力），α为指针偏转角（广义坐标），A 为测量机构总电磁能量。

根据胡克定律反作用力矩可表示为，Mα=Wα（2）其中Mα为反作用力矩，W 为弹性系数，α为指针的偏角。

当作用力矩与反作用力矩相等时测量机构达到平衡，就可读出被测量大小。

2.2 虚位移法在电磁测量仪表中的应用2.2.1磁电系仪表磁电系仪表测量机构结构图如图 1 所示。

当被测直流电流经过游丝流过线圈时，将在空间产生磁场，该磁场与永久磁铁的磁场相互作用产生相互作用的电磁力。

永久磁铁固定不动，图 1 磁电系仪表测量机构结构图（图中：1-永久磁铁；2-极掌；3-铁心；4-铝框；5-线圈；6-游丝；7-指针）而与指针、转轴构成整体的铝框和线圈是可动的。

测量机构总磁场能量包括线圈的自有磁场能量和线圈与永久磁铁间的互有能量，A =1LI 2 +Iψ2（3）其中A 是磁场能量，L 为线圈自感系数，I 为通过线圈的电流，ψ为永久磁铁产生的穿过线圈所围面积的磁链。

二、电压互感器
一次接线端子 高压绝缘套管
一二次绕组
铁芯 二次接线端子 图2-22 JDZJ-10Q型 电压互感器外形
一次绕组
U1
二次绕组
U2
PRV1
铁芯
图2-20 电压互感器接线图
1、工作原理
电压互感器一次侧的额定电压U1N与二次侧的额定电压
U2N之比，称为电压互感器的额定变压比，用KTV表示，
四、钳形电流表
1、构成和工作原理 钳形电流表按照用途分为专门测量交流电流的 互感器式钳形电流表和交直流两用的电磁式钳 形电流表两种。
图2-30 互感器式钳形电流表
图2-31 电磁系钳形电流表结构示意图
互感器式钳形电流表由电流互感器和整流 系电流表组成。电流互感器的铁芯呈钳口形状， 当握紧钳形电流表的手柄时，其铁芯张开，将 通有被测电流的导线放入钳口中，松开手柄铁 芯闭合。通有被测电流的导线相当于电流互感 器的一次侧，只有一匝。在二次侧就会产生感 应电流，感应电流送入整流系电流表中进行测 量。如果电流表的标度尺是按一次侧的电流刻 度的，则电流表的读数就是被测导线中的电流 值。
RA
图2-4 直流电流表的组成
2、分流电阻的计算
结论：
对于同一个测量机构，只要并联上不同的 分流电阻，就可以制成不同量程的直流电流表。
二、多量程直流电流表
电流表通常有多个量程，例如万用表的电 流档，有50μA、1mA、10mA、100mA、 500mA等多个量程。
分流器电阻一般采用电阻率较大、电阻温 度系数很小的锰铜制成。当被测电流Ix小于 30A时，可采用内附分流器；当被测电流Ix大 于30A时，可采用外附分流器。
解：先求电压量程扩大倍数m
m=
Ux Ug

电工与仪表测量题库一.填空题知识点1：电工指示仪表的特点1.电工指示仪表的特点是将被测电量转换为____________________，并通过________直接读出被测量的大小，所以又称为_________仪表。

答案：仪表可动部分的机械偏转角、指示器、直读式。

知识点2：电工仪表分类2.电工指示仪表按工作原理分类，主要分为_________系仪表、_________系仪表、__________系仪表和__________系仪表四大分类。

答案：磁电、电磁、电动、感应知识点3：电工指示仪表的使用方法3.电工指示仪表按使用方法，可分为_______式和________式两种，精度较高的是_______式仪表。

答案：安装、便携、便携知识点4：电工仪表误差4.电工仪表的测量结果与被测实际值之间的差值叫____________。

答案：误差知识点5：仪表误差分类5.仪表的误差通常用______误差丶_______误差和_______误差来表示。

答案：绝对、相对、引用知识点6：仪表误差产生原因6.根据产生测量误差的原因不同，测量误差可分为_____、______和_____三大类。

答案：系统、偶然、疏失知识点7：电工仪表的组成7.电工指示仪表主要由___和___两部分组成。

其实，_______是整个仪表的核心。

答案：测量机构、测量线路、测量机构知识点8：仪表的技术要求8.良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度应尽量______,以便于准确读数。

答案：均匀知识点9：仪表的技术要求9.良好的阻尼装置是指当仪表接入电路后，指针在平衡位置附近摆动的时间____________，以便与迅速读数。

答案：尽可能短知识点10：磁电系仪表10.磁电系测量机构主要由固定______和可动的_____两部分组成。

答案：磁路系统、通电线圈知识点11：磁电系仪表11.磁电系测量机构中游丝的作用是：___________________________；_____________________________答案：产生反作用力矩、把被测电流导入和导出可动线圈知识点12：磁电系仪表优缺点12.磁电系仪表的优点是：______________;_______________;_____________。