磁电系仪表的结构和工作原理
磁电系测量机构
磁电系测量机构是利用通电线圈在磁场中受到磁场作用力产生转动力矩的原理制成的，如图1 所示。
当可动线圈通电时，线圈受均匀辐射型磁场的作用而产生电磁力F，从而形成转动力矩M，使可动部分发生偏转。
根据图中所设电流方向和磁场方向，运用左手定则，可以判断线圈两有效边所受电磁力F的方向都与线圈平面垂直且方向相反，产生使可动线圈发生顺时针方向偏转的转动力矩，可动线圈便发生顺时针方向的旋转。
图1 磁电系仪表的工作原理示意图设均匀辐射的磁感应强度为B，线圈匝数为N，垂直于磁场方向的可动线圈有效边长为L，则当通过线圈的电流为r时，每个有效边受的电磁力F为式中 r——转轴中心到线圈有效边的距离，其值为线圈有效边长的1/2。
线圈包围的面积为线圈偏转时引起游丝变形，而产生反作用力矩Ma，这个力矩的大小与游丝变形的大小成正比，也就是和线圈的偏转角a成正比，即反作用力矩为式中 D——游丝的反作用系数，与游丝的力学性质和尺寸有关；a——可动部分偏转角，即指针偏转角。
随着偏转角α不断增大，反作用力矩M，也增大，直到和转动力矩相等时，可动部分因所受力矩达到平衡而停留在一个平衡位置上，指针的偏转角a不再变化。
根据力矩平衡关系得到式中α——指针偏转角；S——可动线圈的有效面积；——电流灵敏度，。
S1电流灵敏度S1由仪表结构参数所决定，对于某一个仪表来讲，它是一个常数，N、S、B、D这些量决定于各仪表的结构和材料性质，其数值都是固定的。
因此，仪表指针偏转角a与通过可动线圈的电流I成正比。
所以磁电系仪表可用来测量电流以及与电流有联系的其他物理量（即经过变换可以转化为电流的量）。
而且磁电系仪表标度尺上的刻度是均匀的。
磁电系仪表的测量机构（磁电系测量机构）是由固定的磁路系统和可动部分组成，其结构如图1所示。
仪表的固定部分是磁路系统，磁路系统包括永久磁铁1、固定在磁铁两极的极掌2以及处于两个极掌之间的圆柱形铁芯3。
圆柱形铁芯固定在仪表支架上，采用这种结构是为了减少磁阻，并使极掌和铁芯间的空气隙中产生均匀的辐射型磁场。
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
《安培力与磁电式仪表》 讲义
《安培力与磁电式仪表》讲义一、安培力的基本概念在物理学中，安培力是指通电导线在磁场中所受到的力。
这个力的大小与电流强度、导线长度、磁感应强度以及电流方向与磁场方向的夹角有关。
安培力的大小可以用公式 F ＝BILsinθ 来计算，其中 F 表示安培力，B 表示磁感应强度，I 表示电流强度，L 表示导线在磁场中的有效长度，θ 表示电流方向与磁场方向的夹角。
当电流方向与磁场方向垂直时，sinθ ＝ 1，安培力最大；当电流方向与磁场方向平行时，sinθ ＝ 0，安培力为零。
安培力的方向可以用左手定则来判断：伸出左手，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是安培力的方向。
二、安培力的产生原理安培力的产生是由于磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表现。
当导线中有电流通过时，导线中的自由电子会在电场的作用下定向移动。
这些定向移动的电子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，由于电子的定向移动形成了电流，所以从宏观上看，就表现为导线受到了安培力。
三、安培力的应用安培力在实际生活中有很多重要的应用，其中之一就是磁电式仪表。
四、磁电式仪表的结构和工作原理磁电式仪表主要由永久磁铁、铁芯、线圈、指针、游丝等部分组成。
永久磁铁提供一个稳定的磁场，铁芯用于增强磁场的强度和均匀性。
线圈是通过电流的部分，当有电流通过线圈时，线圈在磁场中受到安培力的作用而发生转动。
指针与线圈相连，随着线圈的转动而偏转，从而指示出电流的大小。
游丝则提供一个恢复力矩，使指针在电流消失后能够回到零位。
磁电式仪表的工作原理是基于安培力的作用。
当有电流通过线圈时，线圈在磁场中受到安培力的作用而发生转动，安培力的大小与电流的大小成正比。
通过合理的设计和校准，可以使指针的偏转角度与通过线圈的电流大小成正比，从而实现对电流的测量。
五、磁电式仪表的特点1、灵敏度高由于其结构和工作原理的特点，磁电式仪表能够检测到非常微小的电流变化，具有很高的灵敏度。
2、准确度高在适当的使用条件下，磁电式仪表能够提供较为准确的测量结果。
磁电式电表的结构和原理
磁电式电表的结构和原理磁电式电表是一种常见的电能测量设备，广泛应用于工业、商业和居民用电领域。
磁电式电表的工作原理是利用电磁感应现象来测量电流和电压。
下面我们将详细介绍磁电式电表的结构和工作原理。
一、结构1. 电磁铁：电磁铁是磁电式电表的核心部件，用于产生磁场。
电磁铁通常由铁芯、线圈和磁铁构成。
线圈通电后会产生磁场，从而影响通过线圈的电流和磁场。
2. 线圈：线圈是磁电式电表的关键组件，用于测量电路中的电流和电压。
线圈通常由导线绕制而成，并固定在电表的外壳上。
3. 磁铁：磁铁用于保持线圈中的电流和磁场。
磁铁通常为永久磁铁，与电磁铁之间通过弹簧或磁吸力固定在一起。
4. 表壳：表壳用于保护磁电式电表的内部部件，使其免受外部环境影响。
表壳通常由金属制成，表面经过防锈处理。
5. 刻度盘：刻度盘用于显示电表的测量结果。
刻度盘上通常有许多小的指示线，每条指示线对应一个测量值。
6. 指针：指针用于指示刻度盘上的测量值。
当通过线圈的电流或电压发生变化时，指针会随着磁场的变化而移动。
二、工作原理磁电式电表的工作原理基于电磁感应现象。
当电流通过线圈时，会在线圈周围产生磁场。
当线圈中的磁场发生变化时，线圈会产生反作用力，使指针随之移动。
磁电式电表正是通过测量指针在刻度盘上的位置来确定电路中的电流和电压。
具体来说，当线圈中的电流变化时，线圈产生的磁场强度也会随之变化。
线圈中的磁场强度与电流的平方成正比，即：B = μI，其中B为磁场强度，μ为磁导率，I为电流强度。
磁场强度的变化导致线圈中的磁通量变化，从而使线圈产生反作用力。
当线圈中的反作用力与指针的重力相等时，指针达到平衡位置。
通过测量指针在平衡位置和刻度盘上的对应关系，可以计算出电路中的电流和电压。
磁电式电表的测量精度受线圈、磁铁、弹簧等部件的材料、结构和制造工艺影响，因此在选用磁电式电表时，应根据实际需要选择合适的型号和精度。
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。
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。
《电工仪表与测量》单元二 电流与电压的测量
二、电压互感器
一次接线端子 高压绝缘套管
一二次绕组
铁芯 二次接线端子 图2-22 JDZJ-10Q型 电压互感器外形
一次绕组
U1
二次绕组
U2
PRV1
铁芯
图2-20 电压互感器接线图
1、工作原理
电压互感器一次侧的额定电压U1N与二次侧的额定电压
U2N之比，称为电压互感器的额定变压比，用KTV表示，
四、钳形电流表
1、构成和工作原理 钳形电流表按照用途分为专门测量交流电流的 互感器式钳形电流表和交直流两用的电磁式钳 形电流表两种。
图2-30 互感器式钳形电流表
图2-31 电磁系钳形电流表结构示意图
互感器式钳形电流表由电流互感器和整流 系电流表组成。电流互感器的铁芯呈钳口形状， 当握紧钳形电流表的手柄时，其铁芯张开，将 通有被测电流的导线放入钳口中，松开手柄铁 芯闭合。通有被测电流的导线相当于电流互感 器的一次侧，只有一匝。在二次侧就会产生感 应电流，感应电流送入整流系电流表中进行测 量。如果电流表的标度尺是按一次侧的电流刻 度的，则电流表的读数就是被测导线中的电流 值。
RA
图2-4 直流电流表的组成
2、分流电阻的计算
结论：
对于同一个测量机构，只要并联上不同的 分流电阻，就可以制成不同量程的直流电流表。
二、多量程直流电流表
电流表通常有多个量程，例如万用表的电 流档，有50μA、1mA、10mA、100mA、 500mA等多个量程。
分流器电阻一般采用电阻率较大、电阻温 度系数很小的锰铜制成。当被测电流Ix小于 30A时，可采用内附分流器；当被测电流Ix大 于30A时，可采用外附分流器。
解：先求电压量程扩大倍数m
m=
Ux Ug
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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2F
BNIl 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 b
F b M ===+=
212
2 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 SBN
I S I D
α=
= 式中，i S 称为测量机构的电流灵敏度。
可见，仪表线圈的偏转角与线圈的面积S 、匝数N 、磁感应强度B 、以及通过线圈的电流I 成正比，与游丝的反作用力矩系数D 成反比。
电表中的S 、N 和D 都是定值。
由于磁间隙中的磁场是均匀辐射的，在工作范围内，B 值也是不变的。
因此线圈的偏转角仅与线圈中通过的电流I 成正比，而且刻度尺是均匀的。
磁电系仪表只能用于直流电路测量，交流会使仪表线圈发热，电流过大时甚至可能使仪表线圈烧毁，但不会使仪表可动部分发生偏转，仪表可动部分受惯性影响，其偏转只能反映瞬时转矩的平均值。
对于正弦波形的交流电来说，在一个周期内的转矩平均值为零，仪表无指示。
因此磁电系仪表不能在交流电路中使用。
磁电系仪表与其它指示仪表相比具有以下特点：灵敏度高、工作稳定可靠、功率消耗小、受环境外磁场的影响小、刻度均匀、制成多量程的仪表比较容易实现。
其缺点是过载能力小、结构复杂和成本高等。
磁电系仪表按测量对象不同，可分为电流表和电压表。
在磁电系电流表中，测量电流的简单电流表如图3所示。
但是这个电路只能作为毫安表或微安表，因为与线圈串联的游丝（或张丝）和线圈，只允许很小的电流通过。
对于量程为数十毫安以上的毫安表和安培表就必须采用分流电阻扩大量程,分流电阻与测量机构电路并联。
当测量时，被测电流中的大部分电流从分流器中通过，极少一部分流过测量机构。
流过测量机构电路的电流0I 为
R
R R
I
I +=00
多量程的电流表，可采用转换开关来连接不同的分流器，如图4所示，或者采用如图5
所示的环形分流器。
图 3有分流的电流表电路
图多量程电流表示意图具有环形分流器电流表
磁电系电压表是在微安表或毫安表的基础上串联附加电阻而成的，如图26所示。
()()R R R U R R I U +=
+=00
00 采用不同的附加电阻和测量机构串联，可得到测量电压的不同量程，可构成多量程电压表，其原理如图7所示。
R R
图6 电压表原理图
R 图7 多量程电压表原理图。