磁电系仪表的结构和工作原理

磁电系仪表的结构和工作原理

磁电系仪表的基本测量机构由固定部分和可动部分组成，如图1所示，其特点是由一个或几个永久磁铁和一个或几个载流线圈所构成的磁场能量来推动可动部分偏转。可动部分的转动力矩中由永久磁铁与载流线圈的磁场相互作用产生的。磁电系测量机构根据可动部分是载流线圈还是永久磁铁，可分为动圈式和动磁式两类。在动圈式仪表中根据永久磁铁安装的位置不同，又分为三种：外磁式、内磁式和内外磁相结合三种形式。固定的磁路由马蹄形永久磁铁、磁轭、极掌和圆柱形铁芯组成，在它们之间的空隙内，形成强辐射状的均匀磁

场。安装在气隙中的动框，是一个用绝缘细导线绕制成的矩形线圈。动框上下的侧面固定着带轴尖的轴尖座，轴尖支撑在轴承的凹槽中，使可动部分可以在气隙中转动。两对游丝的盘旋方向相反，内端与轴固定，外端固定的支架上。游丝不仅产生阻尼力矩，而且是电流引入和引出线。轴上的平衡锤可用来调节可动部分的机械平衡，使可动部分的重心在转轴上。

磁电系仪表的作用原理是以永久磁铁间隙中的磁场与载流线圈相互作用为基础。当可动线圈中有电流通过时，根据左手定理，在可动线圏的两个侧边上将产生如图2所示的

1F 和2F

BNIl F F F ===21

式中，B 为空气隙中的磁感应强度，N 为线圈的匝数，I 为通过线圈的电流，l 为线圈中受力边的长度，若在线圈上产生的转动力矩为M ，则

SBNI bBNIl bF F b

F b M ===+=

212

2 式中，b 为线圈非受力边的长度，即线圈的宽度；S 为线圈的有效面积，即bl S = 在转矩的作用下，使可动部分转动。此时仪表的游丝被扭转而产生一个反作用力矩M α。当偏转角随着测量电流I 增大时，游丝的反作用力矩也增大，因此有

M D αα=⋅

式中，D 为游丝反矩系数，α为指针的偏转角。当转动力矩与反作用力矩相等时，表

头上的指针就静止在稳定的偏转位置，此时有

1.永久磁铁

2.磁轭

3. 极掌

4.圆柱形铁芯

5.动框

6.游丝

7.平衡锤

8.磁分路

9.指针

图1 磁电系测量机构

1.永久磁铁

2.圆柱形磁铁

3.可动线圈 图2磁电作用原理

αM M =

即 SBNI D α=⋅

i SBN

I S I D

α=

= 式中，i S 称为测量机构的电流灵敏度。可见，仪表线圈的偏转角与线圈的面积S 、匝数N 、磁感应强度B 、以及通过线圈的电流I 成正比，与游丝的反作用力矩系数D 成反比。电表中的S 、N 和D 都是定值。由于磁间隙中的磁场是均匀辐射的，在工作范围内，B 值也是不变的。因此线圈的偏转角仅与线圈中通过的电流I 成正比，而且刻度尺是均匀的。

磁电系仪表只能用于直流电路测量，交流会使仪表线圈发热，电流过大时甚至可能使仪表线圈烧毁，但不会使仪表可动部分发生偏转，仪表可动部分受惯性影响，其偏转只能反映瞬时转矩的平均值。对于正弦波形的交流电来说，在一个周期内的转矩平均值为零，仪表无指示。因此磁电系仪表不能在交流电路中使用。

磁电系仪表与其它指示仪表相比具有以下特点：灵敏度高、工作稳定可靠、功率消耗小、受环境外磁场的影响小、刻度均匀、制成多量程的仪表比较容易实现。其缺点是过载能力小、结构复杂和成本高等。磁电系仪表按测量对象不同，可分为电流表和电压表。

在磁电系电流表中，测量电流的简单电流表如图3所示。但是这个电路只能作为毫安表或微安表，因为与线圈串联的游丝（或张丝）和线圈，只允许很小的电流通过。对于量程为数十毫安以上的毫安表和安培表就必须采用分流电阻扩大量程,分流电阻与测量机构电路并联。当测量时，被测电流中的大部分电流从分流器中通过，极少一部分流过测量机构。流过测量机构电路的电流0I 为

R

R R

I

I +=00

多量程的电流表，可采用转换开关来连接不同的分流器，如图4所示，或者采用如图5

所示的环形分流器。

图 3有分流的电流表电路

图多量程电流表示意图具有环形分流器电流表

磁电系电压表是在微安表或毫安表的基础上串联附加电阻而成的，如图26所示。

()()R R R U R R I U +=

+=00

00 采用不同的附加电阻和测量机构串联，可得到测量电压的不同量程，可构成多量程电压表，其原理如图7所示。

R R

图6 电压表原理图

R 图7 多量程电压表原理图