优选第二节磁电系仪表
磁电系仪器仪表测量机构与工作原理
磁电系仪器仪表测量机构与工作原理磁电系仪表是电子仪器仪表的一种，磁电系仪表主要用于直流电流和电压的测量，与整流器配合之后，也可用于交流电流和电压的测量。
其优点是：准确度和灵敏度高、功耗小、刻度均匀等。
缺点是：过载能力差。
该仪表主要由磁电系测量机构和测量线路组成。
1.测量机构和工作原理磁电系仪表测量机构主要由固定部分和可动部分组成，如图3-1-1。
固定部分由马蹄形永久磁铁、极掌和圆柱形铁心等组成表头的磁路系统。
固定于表壳上的圆柱形铁心处于两极掌之间，并与两极掌形成辐射均匀的环形磁场。
可动部分由绕在矩形铝框架上的可动线圈、与铝框相连的两个半轴以及固定在半轴上的指针、游丝等组成。
整个可动部分经两半轴支承在轴承上，线圈则位于环形磁场中。
当电流I 经游丝流入可动线圈后，通电线圈在永久磁铁的磁场中受到电磁力，产生电磁转矩M ，使可动线圈发生偏转，转矩M ∝I 。
同时与可动线圈固定在一起的游丝因动圈的偏转而发生变形，从而产生反作用力矩F M ，F M 与指针的偏转角成正比，即F M ∝α。
当M =F M 时，可动部分将不再转动而停留在平衡位置，此时偏转角与输入电流的关系为α∝I 。
如果在仪表盘上直接按电流值刻度，则仪表标尺上的刻度是均匀等份的，而且指针偏转方向与电流方向有关。
当电流反向时，可动线圈的偏转也随之反向。
如果可动线圈通入交流电，在电流方向变化时转矩M 的方向也随之变化。
若电流变化的频率小于可动部分的固有振动频率，指针将会随电流方向的变化而左右摆动；若电流变化的频率高于可动部分的固有振动频率，指针偏转角将与一个周期内转矩的平均值有关。
由于一个周期内的平均驱动转矩为零，所以指针将停留在零位不动。
可见，磁电系仪表只能直接测量直流电，而不能测量交流电。
若要测量交流电，则必须配上整流装置构成整流系仪表。
2.电流的测量磁电系仪表可直接作为电流表使用。
但由于被测电流要流过截面积极细、允许流过很小电流（＜1mA ）的游丝和可动线圈，所以最大量程只能是微安或毫安级。
磁电系仪表
磁电系仪表磁电系仪表磁电系仪表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。
第一节磁电系测量机构一、结构和工作原理1、结构图3-1 磁电式测量机构的结构示意图通常的磁电系测量机构由固定的磁路系统和可动线圈局部组成。
其结构如图3-1所示。
磁路系统包括永久磁铁1，固定在磁铁两极的极掌2和处于两个极掌之间的圆柱形铁芯3。
圆柱形铁芯3固定在仪表支架上，使两个极掌与圆柱形铁芯之间的空隙中形成均匀的辐射状磁场。
可动局部由绕在铝框架上的可动线圈4、指针6、平衡锤7和游丝5组成。
可动线圈两端装有两个半轴支承在轴承上，而指针、平衡锤及游丝的一端固定安装在半轴上。
当可动局部发生转动时，游丝变形产生与转动方向相反的反作用力矩。
另外，游丝还具有把电流导入可动线圈的作用。
2、工作原理磁电系测量机构的根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，因此称这个力矩为转动力矩。
可动线圈的转动使游丝产生反作用力矩，当反作用力矩与转动力矩相等时，可动线圈将停留在某一位置上，指针也相应停留在某一位置上。
磁电系测量机构产生转动力矩的原理如图2-2所示。
二、技术特性和应用范围1、技术特性(1) 准确度高。
磁电系测量机构由于采用了永久磁铁，且工作气隙比拟小，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到达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。
简述磁电系仪表的工作原理
简述磁电系仪表的工作原理磁电系仪表是一种常用于电力系统中的测量仪器，可以用来测量电流、电压、功率等参数。
其工作原理是基于磁电效应和电磁感应原理。
我们来了解一下磁电效应。
磁电效应是指当磁场作用于某些材料时，会产生电压差。
根据磁电效应的不同类型，磁电系仪表可以分为磁电电压表和磁电电流表两种。
磁电电压表是利用磁电效应测量电压的仪表。
当被测电压施加在磁电电压表的感应电极上时，磁场作用下会在感应电极上产生电压差。
通过测量电压差的大小，就可以得到被测电压的数值。
磁电电流表则是利用磁电效应测量电流的仪表。
当被测电流通过磁电电流表的电流线圈时，磁场作用下会在电流线圈上产生电压差。
通过测量电压差的大小，就可以得到被测电流的数值。
除了磁电效应，磁电系仪表还利用了电磁感应原理。
电磁感应是指当导体在磁场中运动或磁场发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
磁电系仪表中的电流线圈和感应电极就是利用了电磁感应原理。
在测量电流时，电流线圈会产生磁场，被测电流通过电流线圈时，磁场的变化会在感应电极上产生感应电动势。
通过测量感应电动势的大小，就可以得到被测电流的数值。
在测量电压时，感应电极会产生磁场，被测电压施加在感应电极上时，磁场的变化也会在感应电极上产生感应电动势。
通过测量感应电动势的大小，就可以得到被测电压的数值。
总结一下，磁电系仪表的工作原理是基于磁电效应和电磁感应原理。
利用磁电效应测量电压时，电压施加在感应电极上会产生电压差；利用磁电效应测量电流时，电流通过电流线圈会产生电压差。
而这些电压差的产生都是通过电磁感应原理实现的。
磁电系仪表在电力系统中具有广泛的应用，可以实时测量电流、电压等参数，为电力系统的运行和维护提供了重要的参考依据。
通过磁电系仪表的工作原理的了解，我们可以更好地理解它们的工作原理和应用方法，为电力系统的安全稳定运行做出贡献。
初中物理沪科版物理时空〖磁电系仪表的一些知识〗
磁电系仪表的一些知识磁电系仪表是电工指示仪表中应用最广泛的一类仪表，它可以直接测量直流电压和电流。
校实验室中用的电流表和电压表大都是磁电系仪表。
（1）磁电系仪表的结构原理磁电系仪表的结构如图16－资－3所示。
永久磁铁1两端各有一个半圆形极掌2，构成两个磁极。
在两极掌间有圆柱形铁芯3，极掌和圆柱形铁芯间的空隙中形成均匀辐射状的强磁场。
细导线线圈4绕在矩形铝框上，轴5与线圈两端相连，轴尖支撑在轴承里，使线圈可以自由转动。
指针6与轴相连。
游丝7的内端固定在转轴上，外端固定在仪表内部的支架上。
一个仪表中通常有两个游丝，它们的旋绕方向相反。
当线圈中通电转动时，两个游丝被扭转，产生反作用力矩，两个游丝还兼作线圈中电流的引入线和引出线。
8是零点调节器。
9是平衡锤，用调节可动部分的机械平衡。
图16－资－3 磁电系仪表结构图1．永久磁铁；2．极掌；3．铁芯；4．线圈；5．转轴；6．指针；7．游丝；8．调零器；9．平衡锤；10．刻度盘当线圈4中有电流通过时，线圈受磁场力而转动，转动力矩的大小跟电流的大小有关系。
电流增大，转动力矩增大，指针转角也增大，当转动力矩与游丝的反作用力矩平衡时，指针停止转动，停留在某一位置上，指示出电流的数值。
矩形铝框可对转动产生阻尼力矩。
当线圈转动时，铝框因切割磁感线产生感应电流，感应电流与磁场相互作用，产生阻碍线圈转动的阻尼力矩。
线圈停止转动，阻尼力矩立刻消失。
阻尼力矩的作用是使指针尽快地停到平衡位置上，减少指针由于惯性在平衡位置附近回摆动的时间。
根据磁场对通电导线的作用力公式，可以推导出磁电系仪表指针的偏转角α的公式如下：α＝BNA ID式中B为磁感应强度，N为线圈匝数，A为线圈的有效面积，D为游丝的反作用系数，I 为通电电流。
对于已经制成的仪表，B、A、N、D都是固定值，因此偏转角α仅与通电电流I成正比，α与I是线性关系，因而磁电系仪表的刻度盘是均匀的。
（2）准确度等级电工指示仪表的准确度等级分为七级，即：，，，，，，。
模块三 磁电系仪表讲解
指针来不及随转动力矩的方向改变而改变，于是停 留在原处不动或微微颤抖，所以磁电式仪表不能直 接用来测量交流电量。
27
二、使用注意事项
1．正确选择 （1）注意被测量是否为直流量----选择直流仪表 （2）合理选择准确度等级 （3）合理选择量程（如无法确定，可先选最大挡
6
二、工作原理
（3）产生阻尼力矩： 当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁力线； 在框内感应出电流；其电流再与磁场作用，产生与 转动方向相反的阻尼力矩------可转动部分受到阻尼 作用，快速停止在平衡位置。
思考：阻尼力矩有哪些特点？
7
（链接）阻尼力矩的特点：
（1）在仪表可动部分摆动时产生； （2）其方向始终与摆动方向相反； （3）当可动部分静止不动时，阻尼作用
18
解：测量机构的额定电压为: UC=ICRC=500×10-6×200=0.1 V
电压量程扩大倍数为： m U 50 500
U C 0.1
应串联附加电阻值为： Rfj=（m-1）RC=（500-1）×200=99.8 kΩ
电压表的总内阻为： R=RC+Rfj=200+99800=100程的附加电阻彼此独立）
（2）计算分压比 （3）求测量机构的 内阻 （4）根据公式计算 附加电阻 思考：是否还有其它可能 ？
23
某磁电系仪表测量机构的满刻度电流IC=5mA， UC=75mV。欲得到三种测量范围，即U1=3V、U2=15V 和U3=150V，问附加电阻应各为多少？
也随之消失。
8
结论： 拓磁展电： 系分测析量测量机机构构是（应指用针通式） 工电作线原圈理在的磁一般场步中骤受：到电磁力 作（用1）产转生动转力动矩力的矩产生的；原理制 成（的2）。反作用力矩的产生；
2.磁电系仪表20
万用表的使用
万用表交流挡实际测出的是正弦波整 流后的半波或全波的平均值，而标尺 以其有效值分度．若被测电压为非正 弦波，平均值与有效值的0.9倍关系不 再成立，因此，不能直接读数；
严禁在被测电路带电的情况下测量电 阻。因为这样测量既使测量结果不正 确，又极易损坏仪表。
万用表的使用
测量结束后，应将转换开关旋至最高 电压档。 测量含有感抗的电路中的电压时，应 在切断电源之前先断开万用表，以防 自感现象产生的高压损坏万用表。
长期不用的万用表应将电池取出， 避免电池存放过久而变质，漏出电解 液腐蚀电路。
磁电系仪表—结构组成、工作原理
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。
例：有一磁电系测量机构，其满偏电流为200μA，内阻为 300Ω，欲改成60Ｖ量程的电压表，应接多大附加电阻。
解：
ห้องสมุดไป่ตู้
U 60 Rm Rg 300=299.7K 6 Ig 200 10
磁电系电压表参数
电压表内阻越大，对被测电路的影响越小，测量 误差越小。
电压表各量程内阻与相应电压量程的比值是一个 常数，单位为“Ω/V，此值常标注于刻度盘上。 是电压表的重要参数，其值越大越好
《磁电式仪表的结构》 学习任务单
《磁电式仪表的结构》学习任务单一、学习目标1、了解磁电式仪表的基本组成部分。
2、掌握磁电式仪表各结构的功能和作用。
3、理解磁电式仪表结构的工作原理。
二、学习内容（一）磁电式仪表的概述磁电式仪表是一种测量电流、电压和电阻等电学量的仪器。
它具有精度高、灵敏度高、刻度均匀等优点，在电气测量中得到广泛应用。
（二）磁电式仪表的结构组成1、永久磁铁永久磁铁提供一个恒定的磁场，是磁电式仪表能够工作的基础。
其磁场强度直接影响仪表的灵敏度和测量范围。
2、可动线圈可动线圈通常由漆包线绕制而成，当有电流通过时，线圈在磁场中受到电磁力矩的作用而发生偏转。
3、游丝游丝是一种螺旋状的弹性金属丝，其作用是产生反作用力矩，使可动线圈在偏转后能够迅速回到平衡位置，并保证仪表的指针能够稳定指示测量值。
4、指针指针与可动线圈相连，随着线圈的偏转而转动，从而指示出被测量的大小。
5、刻度盘刻度盘上标有刻度和数值，用于直观地读取测量结果。
（三）各结构的功能和作用1、永久磁铁永久磁铁产生的磁场为可动线圈的偏转提供了必要的条件。
磁场越强，仪表的灵敏度越高，但同时也会影响测量范围。
2、可动线圈可动线圈是实现电磁感应和电能转化为机械能的关键部件。
通过电流与磁场的相互作用产生偏转力，从而带动指针指示测量值。
3、游丝游丝不仅能够产生反作用力矩，使指针迅速回位，还能够起到平衡和稳定的作用，确保测量结果的准确性和稳定性。
4、指针指针是将可动线圈的偏转转化为直观的测量指示的部件，其形状和长度会影响读数的准确性和清晰度。
5、刻度盘刻度盘的刻度分布和数值标注应与仪表的测量范围和精度相匹配，以便准确读取测量结果。
（四）工作原理当被测电流通过可动线圈时，线圈在永久磁铁的磁场中受到电磁力矩的作用而发生偏转。
偏转的角度与通过线圈的电流大小成正比。
同时，游丝产生的反作用力矩与偏转角度成正比。
当电磁力矩与反作用力矩相等时，线圈停止偏转，指针稳定地指示出被测电流的大小。
三、学习重点1、掌握磁电式仪表各结构的名称和功能。
第2章__模拟指示仪表(1)磁电系
x
R0
S vU
x
Sv = Si∕R0 ——测量机构电压灵敏度。 故磁电系测量机构（即表头）同时也是一个最简单的 电压表。但直接测量时只能测量较低的电压（不超过mv 级）。
第2章 电测量指示（直读式）仪表
§2.1、电工仪表的基本知识
电工仪表的种类 电测量指示仪表的组成及基本原理
2.1.电工仪表的基本知识
一、电工仪表的分类
测量各种电、磁量的仪表、仪器统称为电工仪表。
基本上可以分成三大类：
模拟仪表 数字仪表 比较仪表
1、电工仪表的分类
模拟指示仪表 ：
模拟指示仪表又称直读仪表，常装有指针， 根据指针在标尺上的位置读出被测量。如各种交 直流电流表、电压表、功率表、万用表。
3.产生转动力矩示意图
（用左手法则 判断F的方向）
4.产生电磁阻尼示意图
为了加速可动部分停在平衡位置的过程，仪表还必须有 阻尼力矩（左手判断） 磁电系仪表 的阻尼力矩有两 种： ①由可动部 分的铝框架产生 的阻尼力矩； ②由线圈和 外电路闭合成回 路时产生的阻 尼力矩。
4.产生电磁阻尼示意图
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，使指 针较快停在读数 位置。
6.磁电系工作原理（定量分析 ）
（1）电磁转矩： M = 2I0BLNr = I0 BAN
I0—通过线圈的电流； B—工作气隙中磁场的磁感应强度； A—线圈有效面积=2Lr。 N—线圈的匝数； L—线圈有效边长；
（1-1-1）
（2）游丝反作用力矩 ：Ｍ = W
W— 游丝反作用力矩系数， α—线圈偏转角。
k
f
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η0为整流元件的整流效率，可取η0=1
半波整流
I cp 0.45 I ~
I ~ 2.22 I cp
全波整流
I cp 0.9003 I ~
I ~ 1.11I cp
磁电系表头中指针的偏转为
S I I cp
（三） 整流系电压表
六、兆欧表
兆欧表是专门用来检查 和测量电气设备或供电线 路的绝缘电阻的可携式仪 表。由于它的刻度单位是 兆欧，故称兆欧表。
J
d 2
dt 2
L磁 L弹
L阻
NSBI
D
p d
dt
式中 p (NSB)2 rG R外
3）外临界电阻
4）自然振荡周期和阻尼时间
（二）冲击检流计 1）结构
2）运动状态方程
J
d 2
dt 2
L磁
L弹
L阻
NSBI
D
p
d
dt
式中
p (NSB)2 rG R外
J
d 2
dt 2
D
p d
dt
NSBI
2 JD
最大偏 转角为
m
2
(
R外
rg
)Q
(
e
G
arctg 1 2
1 2
)
(一)兆欧表的结
(二)兆欧表的工作原理
M
1
M
2
七、磁电系检流计和冲击检流计
（一）检流计
1、检流计的结构特点 为了使检流计具有高灵敏度， 在结构上采取了如下措施： 1）采用悬丝或张丝悬挂动圈 2）采用光指示读数装置 3）动圈无铝框架
2、检流计的特性参数 1）电流灵敏度和电流常数
2）检流计的三种运动状态
优选第二节磁电系仪表
游丝所产生的反作用力矩 当指针平衡在某一位置时
可得： 对于任一仪表，SI都是常数。所以磁电系测量机构中指针 偏转角。和动圈中所流过的电流I成正比关系。
磁电系表所测量的基本量是直流电流 或周期变动电流的平均值
铝框的阻尼作用
当动圈与外电路构成闭合回路时，动圈本身偏转时也要产 生感应电流，因而产生阻尼力矩。 由于动圈中的感应电流远小于铝框巾的感应电流，所以由 动圈本身产生的阻尼力矩—·般远小于铝框产生的阻尼力矩。
中值电阻的确定
R0
E Ig
E 为电池电动势 Ig 是表头满度量程
（二）欧姆表的倍率
多量程欧姆表 为使各挡共用一个刻度盘，各档的中值电阻必须满足十的 倍数关系。
设： Rg 1K ; I g 200 A ; E 1.5V
中值电阻的选择
R0
E Ig
7.5K
各档中值电阻可选为
E
1档 R01 15 10档 R010 150 100档 R0100 1500
二、磁电系电流表
磁电系电流表按其量限可分为微安表(μA)、毫安表(mA)、 安培表(A)和千安表(kA)。
电流表的测量线路就是与测量机构(俗称表头)相并连的 分流器。
(一)单量限电流表
欲使电流扩大n倍时，所需要的分流电阻为：
(二)多量限电流表
1、开路置换式 2、闭路抽头式
优点： 缺点：
三、磁电系电压表 U1 I g (Rg Rf1) U g I g Rg
将该式两边对时间积分
t0 J d 2 dt t0 Ddt t0 p d dt t0 BNSidt G t0 idt
0 dt2
0
0 dt
0
0
G=BNS
因为冲击检流计惯性很大在[0, t0] 期间内，当
t 0时0＝0；(0) 0; t t0时t0 0
因此
J
d
dt
|t0
0
p
即有：
R f 1 (m1 1)Rg R f 2 (m2 m1 )Rg R f 3 (m3 m2 )Rg
四、磁电系欧姆表
（一）欧姆表的工作原理
I
E
Rg R Rx
E
R限流电阻的确定
当Rx=0时 调节 R 使 I=Ig
Ig
E Rg R
E R0
式中R0 R Rg为欧姆表的等效内阻 ,也称中值电阻
t0 0
D
t0 dt
0
G
t0 idt
0
t0
d
dt t0
G J
t0 idt G Q
0
J
在[t0 ,t]运动方程为
J
d 2
dt 2
D
p) 0,(0) (0) G Q
J
这是典型的振动方程，
根据系统的阻尼系数不同可有三种运动状态
p2 4JD 0时，即 p 1 系统处在欠阻尼态
各档分流电阻的计算
由
E R0N I gN
可得I gN
E R0N
1档
I g1
E R01
1.5 15
0.1A
由电流表分流电阻计算公式可知
R1
R0 n 1
n I x 0.1A 500
I g 200A
R1
7.5K 500 1
15.3
10档 R2 153.06 100 档 R3 1530.6
（三）欧姆表的调零
五、带整流器的磁电系仪表
由整流系测量机构构成的仪表称为整流系仪表。
即
I cp I ~
式中η为整流总效率，η的组成为
p k 0
其中p是整流因数（全波为1，半波为0.5）
k 为波纹系数，是交流电流有效值与平均值的转换系数， 其值为0.9003
I cp
1
0
2I ~ sin td(t) 0.9003I~