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

2

12

W 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 dL

M i dt

d α=

=

可动部分的平均转矩为

∫

∫

=

=

T

T

t p dt i T

d dL dt M T

M 0

20

1211

α

式中，

20

21I dt i T

T

=∫

（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 dL

M I

K 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 αα

αα⋅=

=

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。

电磁系电流表的测量方法是根据它的工作原理，把固定线圈直接串联于被测电路中就可测量电流。多量程的电流表的固定线圈是分成数段绕制的，借助仪表的接线柱可

以改变线圈中各段线圈的连接方法得到几个量程，如图2所示，此表是两个量程的电流表，因此固定线圈分两段绕制，把两段线圈串联接法转换成并联接法，可得到比例为1：2的两个量程，即大量程是小量程的两倍。

电磁系电压表的测量机构是由固定线圈和附加电阻而成，如图3所示

被测电压为U ，附加电阻R ，通过固定线圈电流为I ，可动部分的偏转角为

α

ααd dL

R U W

d dL I W 2

221

21⎟

⎠⎞⎜⎝⎛=

= 由此可见，为了减小电压工作时的损耗，应使附加电阻的阻值大一些。

图2 多量限电流表的线路

图3 电磁系电压表原理线路