磁电系仪器仪表测量机构与工作原理
2.1磁电系测量机构
丰南职教中心电工仪表教案（首页）课题（章节）§2—1磁电系测量机构授课日期授课班级教学目标1、了解磁电系仪表的结构和工作原理。
2．明确磁电系仪表的技术特性和应用范围。
教学重点与难点重点：教学目标2 难点：教学目标1教材处理无教具无教学思路设计先简单讲解磁电系仪表的结构和工作原理，在让学生明确磁电系仪表的技术特性和应用范围。
丰南职教中心电工仪表教案（副页）教学过程教学步骤教学内容师生活动一、引入二、结构和工作原理由于测量机构的不同，可以将电工仪表分为磁电系，电动系等，那么他们是怎样工作的？有什么特点？接下来我们主要学习一下磁电系仪表。
1、结构通常的磁电系测量机构由固定的磁路系统和可动的线圈部分组成（1）磁路系统永久磁铁、极掌、铁心（2）可动部分可动线圈、指针、平衡锤、游丝（3）分类磁电系测量机构根据其磁路系统的结构丰南职教中心电工仪表教案（副页）教学过程教学步骤教学内容师生活动形式不同，分为外磁式、内磁式和内外磁式三种2、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中的相互作用产生电磁力，使可动线圈的在例句作用下发生偏转。
教师简单讲解磁电系测量机构的工作原理丰南职教中心电工仪表教案（副页）教学过程教学步骤教学内容师生活动三、技术特性和应用范围四、作业1．技术特性（1）准确度高（2）灵敏度高（3）表盘刻度尺的刻度均匀，便于读数（4）过载能力小（5）只能测量直流2、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简述磁电系仪表的技术特性和应用范围§2—1磁电系测量机构一、结构和工作原理1、结构通常的磁电系测量机构由固定的磁路系统和可动的线圈部分组成（1）磁路系统永久磁铁、极掌、铁心（2）可动部分可动线圈、指针、平衡锤、游丝（3）分类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、内磁式和内外磁式三种2、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中的相互作用产生电磁力，使可动线圈的在例句作用下发生偏转。
《电磁测量技术》课件_李宝树_第二章
阻可分别计算如下：
R1
U1 Ig
Rg
R1
R2
R3
R2
U2 Ig
Rg
R1
U2 Ig
Rg
(U1 Ig
Rg )
U2 U1 Ig
U1
U2
图2-7 多量程电压表
U3
R3
U3 Ig
Rg
R1
R2
U3 Ig
Rg
(U1 Ig
Rg )
U2 U1 Ig
U3 U2 Ig
电压表灵敏度 电压灵敏度是电压表任一量程的内阻与该量
1.单量程电压表
磁电系测量机构能直接测量的电压很小，当被测电压超过表
头两端能够承受的电压时，需要用分压电阻与表头串联来扩大量
程，如图2-6 所示，分压电阻的计算公式为：
Rm
U Ig
Rg
Ig
Rg
Rm
2.多量程电压表
如图2-7所示是一个三量程电压表 的电路，在确定电压量程以后，分压电
图2-6 单量程电压表
程电压的比值，用SU表示，单位是Ω/V。
SU
R1 Rg U1
R1 R2 Rg U2
R1 R2 R3 Rg U3
1 Ig
3.使用电流表应注意的事项 (1)电压表必须并入电路中。 (2)注意电压表的极性，要求电压表的“+”端接高电位，“-”端接 低电位。 (3)正确选择仪表的量程，测量时尽量使指针在半偏以上。 (4)选择内阻合适的仪表，希望电压表内阻越大越好。
(3) 阻尼力矩的产生 当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，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制动力， 于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。
电磁式仪表的结构和工作原理
电磁式仪表的结构和工作原理电磁系仪表是一种交直流两用的测量仪表，其测量机构主要由通过电流的固定线圈和处于固定线圈内的可动软磁铁芯组成，可分为吸引型、排斥型和排斥-吸引型三种基本类型。
下面介绍吸引型的测量机构工作原理。
吸引型测量机构如图1 所示。
它是扁平型的固定线圈和可动的软磁铁芯所组成。
扁线圈中的中间有一条窄缝。
在可动部分的转轴上，还固定有指针、游丝、平衡锤和阻尼片。
当被测量的电流通过固定线圈时，在线圈的窄缝中就产生磁场。
在磁场的电磁力作用下，软磁铁芯被吸入线圈的窄缝，带动可动部分偏转，当偏转到的转动力矩与游丝的反作用力矩平衡时，指针就稳定下来。
当被测量电流的方向改变时，则磁场方向及铁芯被磁化的极性也同时改变，所以相互之间的吸引作用仍保持不变，也就是转动力矩的方向不变，由此可知转动力矩的方向与电流方向的变化无关，因此电磁系仪表能用于交流电路的测量。
在交流电路中，固定线圈的磁场使可动体发生偏转的电磁能量为212W Li =式中i 为通过线圈的电流，L 为线圈的电感。
此时电磁能量是用来产生转矩的，测量机构的瞬时转动力矩为212t dW dLM i dtd α==可动部分的平均转矩为∫∫==TTt p dt i Td dL dt M TM 0201211α式中，2021I dt i TT=∫（I 是交流电流的有效值）。
因此电磁系仪表的转动力矩为2212p f dLM IK I d α== 式中f K 表示频率为f 时仪表的系数。
若电磁系仪表用于直流电路时，则转矩为20I K M =1—线圈 2—固定线圈 3—可动铁芯4—磁屏蔽 5磁感应阻尼片 图1 电磁系线圈测量机构式中，0K 为直流条件下仪表的系数。
反作用力矩由游丝产生，反作用力矩为M D αα=⋅当转动力矩平衡时，p M M α=，即221212dL D I d dL I D d αααα⋅==由于当/dL d α为常数时，偏转角与通过线圈的电流的平方成正比，所以电磁系仪表的刻度特性是非线性，前密后疏。
电测仪表检定员取证
最大变差：0.10%
-0.05 -0.05 -0.05 0.00 -0.15 -0.05 -0.10 -0.10 -0.10 -0.10 -0.10 -0.10 -0.05 0.00 0.05
谢谢!
一表法测三相对称负载的功率
两表法测三相三线制电路的功率
三表法测三相四线制不对称负载功率
四、三相电动系无功功率表
Q
3P
一表跨相法测量电路和相量图
两表跨相法测量电路和相量图
3 Q ( P P2 ) 1 2
Q 3( P P2 ) 1
两表人工中性法的测量电路和相量图
汇报主要内容
一、电工仪表测量
二）检定的条件 有关影响量的标准条件和允许偏差 对标准设备的要求
三）外观检查
仪器名称 制造厂名 出厂编号 准确度级别 外观、接线端钮完好无缺陷
四）基本误差检定
1、最大允许误差
准确度等级
0.1 0.2 0.5 1.0 1.5
最大允许误差 （%） 准确度等级
最大允许误差 （%）
±0.1
平均值 9.9614 19.943 29.9415 39.9755 49.8505 59.9255 69.8915 79.8975 89.9175 99.889 109.9175 119.884 129.971 140.0055 150.029
修正值 -0.0386 -0.057 -0.0585 -0.0245 -0.1495 -0.0745 -0.1085 -0.1025 -0.0825 -0.111 -0.0825 -0.116 -0.029 0.0055 0.029
电工仪表测量与检定
陈 郑
2010年6月
汇报主要内容
一、电工仪表测量
磁电系仪表
BNs BNs U C I SU U C D D R
三、技术性能
1.灵敏度高、准确度高、表耗功率低
由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电
系仪表有比较高的灵敏度。且磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作
用力矩系数比较大的游丝。有较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。内 部磁场强度大，外磁场影响相对弱，可获得较高的准确度。且表耗功率低， 对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高灵敏度、高准 确度、低表耗功率的仪表。
2.具有均匀等分的刻度
磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分， 易于标尺的制作。
3,只能用于直流电路
若在交流范围使用，必须配整流器。
四、电流表分流器 磁电系仪表可以通过分流器扩大其量程，也 可以并联若干个电阻，通过更换输入接头，可 组成多量程的电流表。
分流器电路
多量程分流器电路 分流器电路加温度补偿电阻
U
磁电系仪表
一、磁电系仪表结构
二、磁电系仪表工作原理
可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁力矩 的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳定后，可认为 驱动力矩等于反作用力矩，并推出仪表偏转角与电流 关系为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
M Ma 2 BlINr D BNs I SI I D 若与被测电压并联，仪表的内阻为 R ，则仪表 偏转角与电压关系为
Rsh Rc n 1
五、电压表的附加电阻
扩大电压表量程可以串联附加电阻，设直接测量的 量程为 U c，测量机构内阻为 Rc，串联附加电阻 Rad 后，可将电压量程扩大为 U ，则 U 与 U c 的关系可 由下式求得
Uc U Ic Rc Rad Rc
磁电系测量机构
2、1磁电系测量机构考纲要求：1、掌握磁电系测量机构得结构组成及各部分作用。
2、理解磁电系测量机构得工作原理及三种力矩得产生机制。
3、掌握磁电系测量机构得技术特性与应用范围。
知识要点：一、磁电系测量机构得结构（瞧图能说出）1、组成：磁电系测量机构由与构成。
磁电系测量机构得机构示意图2、作用：①永久磁铁得作用：且为磁场；②可动线圈得作用：；③游丝得作用：；3、磁路系统结构形式有：、与。
其中内磁式结构紧凑、受外磁场影响小，今年来得到广泛应用；内外磁式得灵敏度更高，结构更紧凑，受外磁场得影响更小。
二、磁电系测量机构得工作原理1、三种力矩①转动力矩Ma．产生：；b．大小： M = ；c、方向：通过来判断并取决于得方向。
②反作用力矩M fa．产生：；b．大小：M f = ；（D得决定因素有、、）c、方向：与得方向相反。
③阻尼力矩M ea．产生：铝框阻尼：；线路阻尼：；b、大小：与有关，可动部分不动则为；对测量结果影响；c、方向：与相反；d、作用：。
2、M与M f得关系：当M与M f相等时，可动部分达到平衡，此时，M e = ， M M f。
3、磁电系测量机构得灵敏度：S = ；（就是一个）所以S得提高方法：从上改善性能，尤其就是。
4、磁电系测量机构得工作原理三、磁电系测量机构得技术特性与应用范围1、技术特性a、准确度；原因：b、灵敏度；c、表盘标度尺刻度；原因：d、过载能力；原因：e、只能测量。
原因：2、应用范围a、用于仪表；b、配可测交流电量；c、配可测交流功率、频率、相位等非电量；d．配可以测量温度；e．配可以测量压力。
典型例题：▲解答磁电系测量机构得技术特性问题，必须紧紧围绕它得结构特点来进行分析。
1、为什么磁电系仪表得准确度高？2、磁电系测量机构只能测量直流电量就是何故？巩固练习：一、填空题1、根据磁电系测量机构得磁路结构不同，磁电系测量机构可分为、与三种，其中结构最紧凑，气隙中磁场最强。
2、磁电系测量机构所能识别得中间过渡量就是信号。
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2FBNIl 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 bF b M ===+=2122 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 SBNI S I Dα== 式中，i S 称为测量机构的电流灵敏度。
磁电系电子仪表的结构和工作原理
磁电系电子仪表的结构和工作原理磁电系电子仪表在电工测量指示仪表中，具有准确度高、灵敏度高、刻度均匀、功耗小等优点，常用于测量直流电路中的直流电压和电流。
如果配合整流器，可以测量交流电路中的交流电压和电流。
如果配合传感器或变换器，可以测量电路中的温度、压力、液位、频率等。
磁电系电子仪表的结构磁电系电子仪表有固定单元和可动单元组成。
固定单元由永久磁铁、极掌和圆柱形铁芯构成。
可动单元由绕制在铝框架上的可动线圈、转轴、指针、平衡锤以及游丝构成，可动单元承载在轴承上，可动线圈在环形气隙之中活动。
极掌将铁芯和可动线圈包围住，极掌与铁心之间的磁场滑丝均匀的，方向垂直于极掌与铁芯的圆柱面。
两个游丝的螺旋方向相反，其作用是用产生反作用力矩，同时把电流导入可动线圈。
游丝的一端与可动线圈相连，另一端固定在支架上与外部接线相连。
磁电系电子仪表的测量机构分为外磁式、内磁式和内外磁式三种结构。
外磁式的永久磁铁在可动线圈的外面。
内磁式时将永久磁铁做成圆柱形放在可动线圈内，既作磁铁又作铁芯，但在永久磁铁外面要安装一个闭合的导磁环。
内磁式的结构紧凑，手外接磁场的影响小，应用广泛。
内外磁式在可动线圈的内外部均使用永久磁铁，气隙磁场更强，电子仪表灵敏度更高，受外界磁场影响更小。
磁电系电子仪表的工作原理磁电系电子仪表是利用可动线圈中的电流与气隙中磁场相互作用，产生电磁力而使可动部分转动的原理制成的。
当线圈中通入电流时，仪表的可动部分要受三个力矩的作用。
1、转动力矩。
当可动线圈中有电流通过时，通电导体在磁场中受到力F的作用，力的方向可根据左手定则类确定。
由于气隙将的磁场是均匀辐射状分布的，故气隙间的磁感应强度均相同。
对于做好的仪表，可动线圈面积、线圈匝数都是固定的，所以转动力矩的大小与被测电流成正比，方向取决于被测电流流进可动线圈的方向。
2、反作用力矩。
可动线圈在电磁作用下转动的同时，会受到游丝产生的反作用力矩作用，使指针最终能稳定在一个位置。
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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。
为了扩大量程，可在测量机构上并联低值电阻即分流器，如图3-1-2所示。
此时流过表头的电流0I 只是被测电流X I 的一部分，两
者的关系是0
44
0R R R I I A A X +⨯
=。
多量程电流表由几个
不同阻值的分流器构成，并通过量程转换开关分别与表头并联。
需要扩大的量程越大，分流器的电阻越小。
图
图3-1-2 多量程电流表接线图
马蹄形永久磁铁圆柱形铁心极掌
铝框及
可动线圈
游丝
指针
I
I
10
5080
图3-1-1 磁电系仪表测量机构
编辑版word
3-1-2中，仪表的量程分别为1I ＜2I ＜3I ＜4I 。
测量时，电流表应串联在被测电路中，否则将烧坏电流表。
接线时，电流应从表的“+”端流入，“-”端流出。
使用时，应根据被测电流的大小选择合适的量程，一般应取被测量的1.2～2倍。
3.电压的测量
磁电系表头串联高值电阻即分压器后可制成直流电压表，
如图3-1-3所示。
由图可知1
00V X
R R U I +=，由于0I 与被测电压
X U 成正比，因此表头指针偏转角可直接指示被测电压大小，并
按扩大量程后的电压值做出表盘刻度。
需要扩大的量程越大，分压器的电阻应越大。
多量程电压表由不同阻值的分压器构成，并通过量程转换开关分别与表头串联。
图3-1-3中，仪表量程为1U ＜2U ＜3U ＜4U 。
电压表的内阻越大，对被测电路的影响越小。
电压表各量程内阻与相应量程的比值称为内阻常数。
它是电压表的一个重要参数，常被标注在表盘上。
如表盘标注内阻为500Ω/V ，则对应250V 量程，其实际内阻为125k Ω。
测量时，电压表必须并联在被测电路两端，且表的“+”端接高电位，“-”端接低电位。
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图3-1-3 多量程电压表接线图
铁片A2铁片A1指针游丝转轴A1
A2
图3-1-4 电磁系仪表测量机构
固定线圈调零螺钉
固定活动空气阻尼器。