2.2_电测量指示仪表

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1、第二章电测量指示仪表第一节磁电系仪表一、基本工作原理磁电系仪表是指由可动线圈中通入电流后产生的磁场与固定的永久磁铁在气隙中产生的磁场相互作用而工作的仪表。磁电系仪表也称动（线）圈式仪表。这种仪表可以具有一个以上的线圈，可以用以测量各线圈中电流的总和或电流的比率。磁电系仪表的结构原理如下图所示。磁电系仪表结构示意图1、转动力矩对于磁电系仪表来说，测量机构中的磁场是均匀的。当处在永久磁铁的磁场中的动圈有电流通过的时候，则通有电流的动圈与磁场相互作用产生一定大小的转动力矩T，使其发生偏转。T的大小通常是被测量X与可动部分偏转角α的函数，即T＝F1（X，α）

2、（1）假设通入可动线圈的电流为I时，则根据左手定则，在与磁场方向垂直的线圈的每一边就会产生电磁力FF＝BILN（2）式中B—气隙中的磁感应强度，单位：特斯拉T；L—动圈上与磁场方向垂直的边的长，单位：米m；N—动圈的匝数。因此，作用在动圈上的总转动力矩TT＝2Fr＝2BILNr＝BINS（3）式中r—动圈框架中心线到框架一边的距离，单位：米m；S＝2rL—框架的有效面积，单位：平方米m2。2、反作用力矩为使仪表能够进行测量，应有另外一个力矩同时作用在动圈上，用来与转动力矩相平衡，使每一个被测量值都各有一个偏转角与之相对应。我们把这个起平衡作用的力矩叫

3、反作用力矩，其方向与转动力矩相反，而大小随着偏转角的增大而增大。因此，反作用力矩Tα是偏转角位移α的函数，即Tα＝F2（α）（4）产生反作用力矩的方式通常有两种：（1）利用机械力产生反作用力矩，如游丝、张丝和悬丝；（2）利用电磁力产生反作用力矩。由于磁电系仪表的反作用力矩通常利用（1）种方式，因此，在这里我们主要测量讨论由机械力产生的反作用力矩。当与动圈固接在一起的游丝（张丝或悬丝）因动圈偏转而发生变形，由此而产生了反作用力矩Tα，即Tα＝Wα（5）式中W—反作用力矩系数，其大小取决于制作游丝、张丝或悬丝的材料性质和尺寸，单位：牛顿·米/弧度N·m/

4、rad；α—仪表动圈的偏转角，单位：弧度rad。3、阻尼力矩从理论上来说，当转动力矩和反作用力矩相等时，仪表指针应静止在某一平衡位置。但由于仪表可动部分具有惯性，当给仪表施以一稳定电量后，指针不是立刻停在平衡位置上，而是围绕该位置作左右减幅摆动，这将造成读数的困难。因此，必须使仪表活动部分在运动过程中受到一个与运动方向相反的力矩作用，这种力矩通常称为阻尼力矩，其作用是使仪表活动部分更快地静止在最后平衡位置上。磁电系仪表没有专门的阻尼装置，大都采用磁感应阻尼，一般可由以下三种方式之一或者它们的组合产生：仪表的铝制框架；仪表的可动线圈本身；在仪表的可动线

5、圈上专门绕一个短路线圈，通常称为阻尼线圈。必须指出：阻尼力矩的大小和可动部分的运动速度有关。它的方向总是与动圈转动的方向相反，只有在动圈转动时才产生，动圈静止下来以后，它也就不存在了。所以阻尼力矩对取得读数时间的快慢有影响，但对测量结果并无影响。综合上述讨论可见，当反作用力矩随着活动部分偏转角的增大而增大到与转动力矩相等时，可动部分最终将停留在相应的平衡位置，仪表指针在标度尺上指示出被测量的数值，即Tα＝T则Wα＝BINSα＝BINS＝I（6）由式（6）中可以看出，对于已经制成的磁电系仪表来说，B、N、S、W都是常量，也称为磁电系测量机构的灵敏度。因

6、此，磁电系仪表可用来测量电流以及与电流有联系的其它物理量（经过变换可以转化为电流的量），而且由于动圈的偏转角α与被测量电流成正比，所以标度尺上的刻度是均匀的。当采用偏置动圈结构时，还可以得到很长的线性标尺。二、磁电系仪表的主要技术特性磁电系仪表具有一系列优点：1、准确度高，这种仪表可以制成0.1级甚至0.05级；2、灵敏度高，可达10-10A/格，所以可以制成检流计；3、电压表内阻大，电流表内阻小，因此功率消耗小，对测量电路的影响小；4、抗外磁场干扰能力强；5、反映被测量的平均值，因此标度尺刻度是均匀的；6、阻尼作用较好，一般不超过2秒～3秒；但其缺

7、点是结构比较复杂，制造成本高，过载能力小，而且只能用于测量直流量。三、常用磁电系仪表的种类及特点我们在生产工作中经常使用的磁电系仪表主要有两大类：1、固定（安装）式：这种类型的磁电系仪表主要是固定安装在变电站直流屏上的直流电流表或电压表，这种表计只有一个量程。因为磁电系仪表测量机构不能流过较大的电流（mA级），所以安装式磁电系电流表一般采用分流器（内附或外附）来扩大量程。同理，电压表也是采用串联附加分压电阻来扩大量程。常用型号有1C1—A、1C1—V、16C2—A、16C2—V等。2、便携式：这种类型的磁电系仪表一般都是多量限，准确度等级较高（0.5

8、级及以上），过载能力相对于安装式仪表小。便携式磁电系多量限电流表一般采用环行分流法来扩大量程；而电压表则采用