磁电系仪表

用于测量直流电流和直流电压的仪器

磁电系仪表是指示仪表中应用最广泛的一类仪表，它用于测量直流电流和直流电压，还可测量其他电量、电路参数以及非电量。实验室中所用的电流表和电压表大都是磁电系仪表。

简介

磁电系仪表广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。与整流元件配合，可以用于交流电流与电压的测量，与变换电路配合，还可以用于功率、频率、相位等其它电量的测量，还可以用来测量多种非电量，例如温度，压力等。当采用特殊结构时，可制成检流计。磁电系仪表问世最早，由于近年来磁性材料的发展使它的性能日益提高，成为最有发展前景的指示仪表之一。

结构

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、极掌和固定在支架上的圆柱形铁心构成。

磁铁由硬磁材料做成；而极掌与铁心则用导磁很高的软磁材料做成。铁心放在极掌之间，并与极掌形成一个磁场均匀的环形气隙。可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、线圈两端的两个半轴、与转轴相连的指针、平衡锤以及游丝所组成。整个可动部分支承在轴承上，线圈位于环形气隙中。

磁电系仪表的基本测量机构由固定部分和可动部分组成。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。

工作原理

磁电系仪表工作原理定性

当可动线圈通以电流以后，在永久磁铁的磁场作用下，产生转动力矩使线圈转动。

反作用力矩通常由游丝产生，磁电系仪表的游丝一般有两个，而且两个游丝的绕向相反，游丝一端与可动线圈相连，另一端固定在支架上，它的作用既产生反作用力矩，同时又是将电流引进可动线圈的引线。

阻尼力矩由绕制线圈的铝架产生，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，显然阻尼力矩的方向与铝框架运动方向相反，因此能使指针较快停在读数位置，当然铝架上的线圈与外电路也会构成闭合回路，同样也会产生阻尼力矩。

磁电系仪表内磁式结构组成

内磁式与外磁式相比最大区别在于永久磁铁做成圆柱形并放在动圈之内，它既是磁铁又是铁心。为了能形成工作气隙，并能在工作气隙中产生一个均匀的磁场，磁场方向能处处与铁心的圆柱而垂直，在磁铁外面压嵌一个扇形断面的磁极，在线圈外面加一个导磁环。磁力线穿过气隙后经导磁环闭合，以形成工作气隙的磁场。

磁电系仪表—电磁阻尼、内磁结构

磁电系仪表内磁式结构特点

采用这种结构之后，由于磁极和导磁环都用导磁率很高的软磁材料，所以闭合磁路的漏磁小、磁感应强度大、仪表防御外磁场干扰的能力也得到增强、而且仪表对外界其他设备中的磁敏感元件的影响也减少了。加上内磁式整个结构比较紧凑，成本较低，所以与外磁式相比，是一种比较先进的结构。

内磁式可动部分的构造，则与外磁式基本相同，有时也采用张丝结构，例如C36型的直流表。

内外磁结合式这种形式除了在可动线圈外部装了永久磁铁之外，线圈内部的圆柱形铁心也改用永久磁铁，所以称它为内外磁结合式。这种形式的特点是工作气隙内的磁感应强度比较强，其他特点与外磁式相似。

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。

磁电系仪表工作原理定量分析

电磁驱动力 M=2IBLNr=IBSN

B—工作气隙中磁场的磁感应强度；

L—线圈有效边长；

I—通过线圈的电流；

N—线圈的匝数；

S—线圈有效面积=2Lr。

游丝阻力矩 Mα=Dα

D— 游丝反作用力矩系数，

α—线圈偏转角。

偏转角α：

灵敏度SI由仪表结构参数所决定，对于某一仪表来讲，它是一个常数。因此，其指针偏转角与通过可动线圈的电流I成正比。

磁电系电流表

在磁电系电流表中，测量电流的简单电流表如上图所示。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。

多量程的电流表，可采用转换开关来连接不同的分流器，如图所示。

磁电系电压表

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。

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，其原理如下图所示。

表头参数

满偏电流（表头量程）Ig

一般几十μA—几十mA

表头内阻Rg(线圈+游丝直流电阻）

一般几十欧 —几百欧

注意：表头内阻不能直接用万用表欧姆档测量，否则会烧毁表头线圈。

技术特性

准确度高