电工仪表测量课程设计..
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《电工仪表与测量》 大 作 业
专业名称：电气工程及其自动化 班 级：电气工程及其自动化） 学 号：******** 姓 名： 指导教师：
日期： 2017年6月1日 I
目录 一、磁电系仪表的结构 ............................. 1 二、磁电系仪表的工作原理 ......................... 4 三、应用范围 ..................................... 6 四、测量电路 ..................................... 7 五、磁电系仪表测量误差的主要来源及补偿方法 ........ 8 六、参考书目、资料 .............................. 10 七、总结学习心得 ................................ 11 1
磁电系仪表 磁电系仪表在电气测量指示仪表中找有极其重要的地位，广泛应用于直流电流和电压的测量。如果和整流元件配合，可以用于交流电流和电压的测量；与变换器配合，可以测量交流功率、频率、相位以及温度压力等；此外，它还广泛用作电子仪器中的指示器。采用特殊结构时还可以构成检流计，用来测量极其微小的电流。
一、磁电系仪表的结构 1、磁电系仪表根据磁路形式的不同，分为内磁式，外磁式和内外结合式三种结构。外磁式的永久磁铁在可动线圈的外面，主要结构如图1（a）所示，它包括固定部分和可动部分：
图1 磁电系仪表的结构 2、磁电系测量机构根据其磁路系统的结构形式不同，分为外磁式、內磁式和内外磁式三种： 2
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、线圈两端的两个半轴、与转轴相连的指针、平衡锤以及游丝所组成。整个可动部分支承在轴承上，线圈位于环形气隙中。
图2 外磁式测量机构 （1）外磁式测量机构的结构如图2-1所示.该巩构通常由固定部分的磁路系统和活动部分组成，其固定部分的永久磁铁置于活动部分可动线圈的外面，所以称之为外磁式.
测量机构的活动部分，分别由铝框及绕在上面的活动线圈 (简称动圈)、转轴、指针、平衡锤、弹簧游丝、调零螺杆和零位调节器组成.游丝有两盘，成螺3
旋状，且方向相反地将其中的一端固定在转轴上，另一端固定在支架.上.同时起导流和反作用力矩的作用.当转轴上各零件重量不平衡时，可由平衡锤来调节。当指针偏离原始零位时，可用零位调节器来调整.
测量机构的阻尼力矩，山绕制动圈的铝框产生.其原理如图2-2所示。 根据磁感应原理，当动圈在磁场中运动时，铝框中将产生感应电流诬。，其方向可由右手定则确定.这个感应电流与空气隙中的磁场相互作用，即可产生阻尼力矩ME，ME的方向根据左手定则确定.从图中可以清楚地看到，ME的方向总是与动圈的运动方向相反，从而阻止了动圈的来回摆动，使指针平稳地停在读数位界上.必须指出，只有动圈转动时才会产生阻尼力矩，当动圈静止下来以后，阻尼力矩便不存在了，因此，它对测量结果没有影响。
测量机构的固定部分山永久磁铁1,半例形的极掌2、以及固定在支架上的钢质圆柱铁心3组成。钢质圆柱铁心放在两极掌之中，用来减少磁阻，使之在空气隙中形成均匀的辐射磁场.
（2）所谓内磁式，是因为永久磁铁放在活动线圈的内部，为使二作气隙磁场均匀，在磁铁外面嵌装有磁极，级外面还加装了一个闭合的导磁环，以形成一个完全叁的闭合磁路.这样，六仅减小了漏磁，还增大了磁感应强度.内磁式的活动部分与外磁式大致相同.内磁式结构紧凑、尺寸小、重量轻、仪表防御外磁场的能力强，磁性材料消耗少.近年来得到广泛的应用.
（3）内外磁式结构则在活动线圈内外面均装有永久磁铁，因此，磁场更强，使空气隙的磁感应强度比内磁式更高，且结构尺寸更加紧凑，与前两种结构形式的仪表相比，性能更好，因此，在精密和高灵敏度的磁电系仪表中，常采用这种结构.
3、技术特性和应用 （1）准确度高。磁电系测量机构由于采用了永久磁铁，且工作气隙比较小，所以气隙磁场的磁感应强度较大，可以在很小的电流作用下，产生较大的转动力矩。可以减小由于摩擦、外磁场等原因引起的误差，提高了仪表的准确度。磁电系测量机构的准确度可以达到0.1~0.05级。
（2）灵敏度高。仪表消耗的功率很小。 （3）表盘标度尺的刻度均匀，便于读数。 （4）过载能力小。由于被测电流通过游丝导入可动线圈，所以电流过大容易引起游丝发热使弹性发生变化，产生不允许的误差，甚至可能因过热而烧毁游丝。另外，可动线圈的导线横截面很小，电流过大也会使线圈发热甚至烧毁。
（5）只能测量直流。这是因为：如果在磁电系测量机构中直接通入交流电流，则所产生的转动力矩也是交变的，可动部分由于惯性作用而来不及转动。
（6）磁电系电压表主要应用于直流电压的测量，可以制成便携式和安装式电压表。
4、使用维护方法 4
（1）正确选择磁电系电压表。根据被测电路的性质以及测量的目的，合理选择其准确度等级、量程、内阻和使用条件等技术指标。
（2）测量时应将电压表并联接入被测电路。 （3）对多量程电压表，当需要变换量程时，应将电压表与被测电路断开后，再改变量程。
（4）电压表不使用时，应妥善保管。对量程较小的电压表，不使用时应将其正、负端钮用导线短接，以避免外界电磁信号的干扰。
5、优缺点 （1）揩确度高。磁电系测量机构由于磁感应强度很强，可以在很小的电流作用下．产生较大的转动力矩。因此，可以减小由于摩擦、外磁场等原因引起的误差．提高厂仪表的难确度。
（2）灵敏度高。磁电系仪表的磁感应强度较大，在很小的电流作用下就能产生较大的转动力。
（3）过载能力差。由于被测电流通过游丝导入5f功线圈．游丝和动圈的导线都很细．所以电流过大，容易引起游丝发热使弹性系数变化或损坏动圈。
（4）小能直接测量电流。因磁电系仪表永久 磁铁产生的磁场方向恒定不变．如果在磁电系测量机构中直接通入交流．则产生的转动力矩 就是交变的，可动部分由于惯性作用顺来不及转动，指针只能在零体左右摆动，无法获得被测量的测量值。
（5）表盘到度均匀。磁电系仪表偏转角与被测电流量的大小成正比，因此它的仪表刻度都是均匀的。
二、磁电系仪表的工作原理 磁电系测量机构的基本原理是利用可动线圈中的电流与气隙中磁场相互作用，产生电磁力，可动线圈在力矩的作用下发生偏转的原理制成。磁电系测量机构产生转动力矩的原理如图3所示。 5
图3磁电系测量机构产生转动力矩的原理 1.转动力矩 当可动线圈中有电流流过时，载流导体在磁场中受到力的作用，可动线圈的两个边所受力的方向，由左手定则可以确定为图3所示的方向，每边所受力的大小为
F=BLIN 式中 B---工作气隙中的磁场磁感应强度 L---线圈有效边长 I---通过线圈的电流 N---线圈的匝数 由于磁力线方向与圆柱面垂直，所以电磁力F的方向与可动线圈平面垂直，可动线圈沿顺时针方向转动，其转动力矩为
M=Fr=2BLINr 由于可动线圈平面的面积S=2Lr,所以 M=BSIN=KI 式中 K---与气隙中磁感应强度、线圈尺寸及匝数有关的常数 6
2.反作用力矩 线圈转动时引起游丝变形，产生反作用力矩Mf，并且有Mf=D×α当M=Mf时，指针静止。这样有α=K/D*I=SII
3.阻尼力矩 磁电系仪表的阻尼力矩属于电磁阻尼力矩，它是由铝框中产生的感应电流和磁场相互作用而产生的。阻尼力矩仅在指针偏转过程中存在，不影响测量结果，但对仪表可动部分起保护作用，可以防止各种原因引起的可动部分的快速摆动，以免破坏轴承及指针等。
三、应用范围 磁电系测量机构主要用于直流仪表，在直流标准表、便携式和安装式仪表中都得到广泛应用。
磁电系测量机构的过渡电量是直流电流，只要把被测电量通过测量线路按一定关系变换为直流电流，就可以用它来构成不同功能，不同量程的仪表。
1、 磁电系电流表 磁电系电流表根据量程不同，可分为微安表、毫安表、安培表及千安表四类。
图4 电流表的分流 磁电系电流表由磁电系测量机构（也称表头）和测量线路--分流器构成。图4所示是最基本的磁电系电流表电路。图中Ra是分流电阻，它并接在测量机构的两端。由于磁电系测量机构的过载能力很小，如果直接用于电流测量，则电流量程很小，往往只有几十微安至几十毫安。所以必须用分流器扩大其量程，才能适应从微安级到千安级的电流测量要求。分流器（即分流电阻）的作用是对被测电流I分流，使得通过表头的电流Ic能够被表头承受，并使电流Ic与被测电流I之间保持严格的比例关系。
