电工仪表及测量2

磁电系电流表
磁电系测量机构的指针偏转角α与流过动圈的电 流Ｉ成正比，所以它本身就是一个电流表。但线 圈线径较细，不可能流过较大电流，只能制成毫 安级的电流表。若进行较大电流的测量，必须在 测量电路上采取措施，使被测量通过测量电路改 变成测量机构所能接受的小电流。通常采用分流 器达到此目的。
单量程扩程磁电系电流表
多量程扩程磁电系电流表—开路式
多量限电流表的分流可以有两种连接方法，一种 是开路连接方式，另一种是闭路连接方式，如图。
开路连接方式： 优点是各量限具有独立的分流电阻，互不干扰， 调整方便。 但它存在严重的缺点，因为开关接触电阻包含 在分流电阻支路，使仪表的误差增大，甚至会 因开关接触不良引起电流过大而损坏表头，所 以开路连接方式实际上是不采用的。
Rt为锰铜电阻，温度系数较小，且Rt的值比Rc大，故Rc 的变化不会使这条支路总电阻产生大的变化，电流分配将 因而基本不变，从而起到了补偿作用，这种方法称为串联 补偿。 经分析可得，Rc变化引起的相对误差 t为：
t

Rc Rc Rt
—动圈铜电阻温度系数4%/10 ℃
磁电系仪表—温度补偿（串联补偿）
内磁式可动部分的构造，则与外磁式基本相同，有时也采 用张丝结构，例如Ｃ36型的直流表。 内外磁结合式这种形式除了在可动线圈外部装了永久磁铁 之外，线圈内部的圆柱形铁心也改用永久磁铁，所以称它 为内外磁结合式。这种形式的特点是工作气隙内的磁感应 强度比较强，其他特点与外磁式相似。
磁电系仪表—工作原理（定量分析 ）
磁电系仪表—温度补偿（串并联补偿）
图中，Rg和R3为铜电阻；R1、R 2为锰铜电阻；Rs是分 流器；也用锰铜制成。当温度升高时，R3和Rg均增大较 多，导致Ig下降I2也下降，结点c、d之间的电压Ucd下 降，而b、c点之间的电压Ubc上升，因此流过线圈的电流 Ig又上升，从而补偿了刚才的下降。同时由于Ｒ3是铜电 阻，故这个支路电阻上升慢，I3和Ig的分配关系将变化， Ig会增加，于是又补偿了一部分Ig的下降。
磁电系仪表—技术特性
准确度高
灵敏度高
刻度均匀
功耗小 过载能力小 只能测量直流：
磁电系仪表—为何不能测交流
如果可动线圈通入交流电，转矩Ｍ的方向也会随 之变化。如果电流变化的频率小于可动部分的固 有频率，指针将会随电流变化左右摇摆。如果电 流变化的频率高于可动部分的固有频率，指针偏 转角将与一个周期内的转矩平均值有关，对于正 弦变化的交流电其平均转矩为零，也就是指针将 停在原处不动，所以磁电系仪表不能用于测量交 流，只有配上整流器组成整流系仪表后才能用于 交流测量。
磁电系仪表—结构组成1
结构：磁电系仪表根据磁路形式的 不同，分为外磁式，内磁式和内外磁 结合式三种结构。 外磁式测量机构如图，由于永 久磁铁放在可动线圈之外，所以称 为外磁式。 整个结构为两大部分，即固定部 分和可动部分。
固定部分由永久磁铁１、极掌２ 和固定在支架上的圆柱形铁心３ 构成。

第二章 磁电系仪表
用途：磁电系仪表在电工仪表中占有重要地位。
它广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。与整流元件 配合，可以用于交流电流与电压的测量，与变换电路配合， 还可以用于功率、频率、相位等其它电量的测量，还可以 用来测量多种非电量，例如温度，压力等。当采用特殊结 构时，可制成检流计。磁电系仪表问世最早，由于近年来 磁性材料的发展使它的性能日益提高，成为最有发展前景 的指示仪表之一。 本章主要介绍磁电系仪表的类型、结构、工作原理、特性 及其应用。
（２）温度升高使永久磁铁磁性减弱，转动力矩变小，则偏 转角变小。一般每升高１０℃，仪表指示约减小０.2～ ０.3％。 （３）动圈电阻随温度变化。一般温度每升高１０℃，铜的 电阻要增大４％，仪表指示减小。
磁电系仪表—温度补偿2
由上可见（１）和（２）所引起的误差符号相反， 其结果为，温度每升高10℃只引起０.1％左右的 温度负误差。（３）很大，所以必须采取补偿措 施。
500μA，内阻为500Ω，现在要把它制成限量为 1A的电流表，问应选阻值为多少的分流电阻？
1 2000 （倍） 解：分流系数为 n I / I g 6 500 10
由式（2-7）可以得出分流电阻为
1 Rs 500 0.25() n 1 2000 1 Rg
内磁式的测量机构如图，与外磁式相比最大区别 在于永久磁铁做成圆柱形并放在动圈之内，它既 是磁铁又是铁心。为了能形成工作气隙，并能在 工作气隙中产生一个均匀的磁场，磁场方向能处 处与铁心的圆柱而垂直，在磁铁外面压嵌一个扇 形断面的磁极，在线圈外面加一个导磁环。磁力 线穿过气隙后经导磁环闭合，以形成工作气隙的 磁场。
单量程电流表
I g Rg IR g Rs /(Rg Rs )
Rg Rs n 1 n=I/Ig； n=(Rg+Rs)/Rs
Rs—— 分流电阻 Rg—— 表头内阻
Rs Ig R g Rs
n——扩程倍数（分流系数）
磁电系电流表—扩程2
【例 2-1】 由一只磁电系表头，满偏电流为
磁电系仪表—结构组成2
磁铁由硬磁材料做成；而极掌与铁心则用导磁 很高的软磁材料做成。铁心放在极掌之间，并 与极掌形成一个磁场均匀的环形气隙。
可动部分由绕在铝框架上的可动线圈４、线圈 两端的两个半轴５、与转轴相连的指针７、平 衡锤６以及游丝８所组成。整个可动部分支承 在轴承上，线圈位于环形气隙之中。
对于没有分流器的磁电系电流表，即小量程电流 表，流过测量机构的电流即为被测电流，与温度 无关。 但对有分流器的仪表则不然，温度变化引起的动 圈电阻的变化将引起电流分配的变化，常采用以 下几种补偿方法。
一些金属材料的电阻温度系数
磁电系仪表—温度补偿（串联补偿）
在线圈支路中串一个锰铜电阻如图所示。
阻尼力矩由绕制线圈的铝架产生，其原理见图当铝架在磁 场中运动时，闭合的铝架切磁力线产生感应电流ｉe，这 个涡流与磁场相互作用产生一个电磁阻尼力矩Ｍa，显然 阻尼力矩的方向与铝框架运动方向相反，因此能使指针较 快停在读数位置，当然铝架上的线圈与外电路也会构成闭 合回路，同样也会产生阻尼力矩。
磁电系仪表—内磁式结构组成
电磁驱动力 M=2IBLNr=IBSN
B—工作气隙中磁场的磁感应强度； L—线圈有效边长； I—通过线圈的电流； N—线圈的匝数； S—线圈有效面积=2Lr。
游丝阻力矩 Ｍα=Dα
D— 游丝反作用力矩系数， α—线圈偏转角。
磁电系仪表—工作原理（定量分析）
偏转角α：
BSN I SI I D
BSN SI— 电流灵敏度= D
灵敏度SI由仪表结构参数所决定，对于某一仪表 来讲，它是一个常数。因此，其指针偏转角与通 过可动线圈的电流Ｉ成正比。
图
磁电系仪表—表头参数
满偏电流（ 表头量程）Ig
一般几十μA—几十mA 表头内阻Rg(线圈+游丝直流电阻）
一般几十欧 —几百欧
注意：表头内阻不能直接用万用表欧姆档测量， 否则会烧毁表头线圈。
外附分流器上一般不标明电阻值，而标明“额定电流”和 “额定电压”。额定电流是指电流表量限扩大后的最大电 流值；额定电压是指当分流器工作在额定电流下，分流器 电位端钮两端的电压值。常用规格有７５mv和４５mv两 种。 特殊要求外附分流器60mV 50mV 100mV等各种规格。
磁电系电流表—外附分流器标准
4% 1% Rt R c =3R c 1%
从式中可以看到，若要求仪表准确度愈高，则Rt 就愈大，而Rt太大又会使动圈支路的电流减小， 因此要求表头灵敏度很高。所以，这种简单串联 温度补偿的办法，不宜用于高精度仪表中. 对于准确度高的仪表，可以采用如下图所示串并 联补偿电路。
磁电系仪表—温度补偿（串并联补偿）
磁电系仪表—电磁阻尼、内磁结构
磁电系仪表—产生转动力矩示意图
磁电系仪表—内磁式结构特点
采用这种结构之后，由于磁极和导磁环都用导磁率很高的 软磁材料，所以闭合磁路的漏磁小、磁感应强度大、仪表 防御外磁场干扰的能力也得到增强、而且仪表对外界其他 设备中的磁敏感元件的影响也减少了。加上内磁式整个结 构比较紧凑，成本较低，所以与外磁式相比，是一种比较 先进的结构。
多量程扩程磁电系电流表—原理图
多量程扩程磁电系电流表—闭路式
闭路连接方式
实用的多量限电流表的分流器都采用闭路连接 方式，在这种电路中，对应每个量限在仪表外 壳上有一个接线柱。在一些多用仪表（如万用 表）中也有用转换开关切换量限的。它们的接 触电阻对分流关系没有影响，即对电流表的误 差没有影响，也不会使表头过载。 但这种电路中，任何一个分流电阻的阻值发生 变化时，都会影响其它量限，所以调整和修理 比较麻烦。
磁电系电流表—外附分流器1
附着分流器电流的增大，分流器的功率损耗也要 加大，相应就要加大尺寸。一般电流不大的可做 成内附式，直接装在仪表内部。电流大的，做成 单独装置，称为外附式，如图
磁电系电流表—外附分流器2
从图可以看出，分流器有两对接头，一对叫电流接头，与 负载串联，另一对在内侧，叫做电位接头，与测量机构并 联。这种连接方法可以使分流电阻中不包含接触电阻，减 少接触电阻对测量误差的影响。
调整时，先调零位平乎衡，再调满度平衡。
磁电系仪表—调整
磁分路的调整：
利用磁分路进行调整。采用此种方法，对各档的误差 影响一致，并且不会影响线路的温度补偿，且调整方 便。调整时，根据误差的大小，分别移动细调或粗调 分磁片。但因粗调分磁片对仪表刺度的线性度有影响， 所以尽量调细调分磁片。 若仪表误差的线性度差，可能是由于铁芯安装不正或 张丝扭曲等机械部分的原因造成的，因此、应消除故 障后，再进行磁分路的调整。 当通过调整磁分路片后，仪表灵敏度仍然很低，且张 丝力矩符合要求，则应对仪表磁铁进行充磁。