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浅谈电工仪表的工作原理摘要：电工仪表的种类和形式多种多样，本文只讨论电工测量中常用的磁电式、电磁式、电动式三种模拟式指示仪表。这些仪表的结构虽然不同，但它们的根本原理却是相同的，都是利用电磁现象，使仪表的可动部分受到电磁转矩的作用而转动，并带动指针偏转来指示被测量的大小。关键词：电工；仪表；结构；工作原理中图分类号：p634.3+6电工仪表的种类和形式多种多样，本文只讨论电工测量中常用的磁电式、电磁式、电动式三种模拟式指示仪表。这些仪表的结构虽然不同，但它们的根本原理却是相同的，都是利用电磁现象，使仪表的可动部分受到电磁转矩的作用而转动，并带动指针偏转来指示被测量的大小。1磁电式仪表1.1基本结构磁电式仪表是根据通有电流的线圈在永久磁铁的磁场中受力的原理而制成的。它由固定部分和可动部分组成。固定部分由永久磁铁、极掌和固定在支架上的圆柱形铁心组成。圆柱形铁心放置在两个极掌的中间，使得极掌与铁心之间的空气气隙长度均匀，并产生均匀的辐射方向的磁场。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以及固定在转轴上的指针、平衡锤和游丝（即螺旋弹簧）组成。可动线圈处于极掌和铁心间的气隙之中，能在气隙中灵活转动。线圈的两端分别接在两个游丝上，被测电流通过游丝引入线圈。整个可动部分都支承在轴承上。1.2工作原理当电流i通过可动线圈时，载流线圈就会在永久磁铁的磁场中受到电磁力的作用，产生转动力矩，并带动指针偏转（其偏转方向由左手定则确定）。线圈和指针偏转后，又会扭紧弹簧游丝，使游丝产生反抗力矩。当反抗力矩和转动力矩相平衡时，线圈和指针便停止偏转。由于在线圈转动的范围中磁场均匀分布，因此，线圈的转动力矩和电流的大小成正比。磁电式仪表只能用来测量直流，如通入交流，则可动部分由于受惯性影响，将跟不上电流和转矩的迅速交变而静止不动。仪表中绕制线圈的铝框架实际上是一个磁感应阻尼器，其阻尼作用是这样产生的：当线圈通有电流发生偏转时，由于惯性关系，线圈和指针不能立即停止在平衡位置上，而要在平衡位置附近产生一定时间的振荡。线圈的这种振荡就会使铝框切割永久磁铁的磁通，在铝框中产生感应电流，此电流和磁场相互作用产生的电磁力总是和线圈运动方向相反，从而使仪表的可动部分受阻尼作用，迅速停止在平衡位置上。磁电式仪表除刻度均勾外，还具有灵敏度高，消耗功率小，受外界磁场影响小（因为仪表本身磁场强）等优点。其缺点是结构复杂，造价较高，过载能力小（因为电流经游丝引入，电流过大会使游丝发热变形，甚至烧毁），而且只能用于直流测量，不能测交流。2电磁式仪表2.1基本结构电磁式仪表是利用电流的磁效应制成的。它包括固定线圈和装在转轴上的偏心可动铁心、指针、阻尼翼片、游丝以及永久磁铁、磁屏等。2.2工作原理当线圈通入电流时，就会产生磁场，使铁心受到磁化而被吸入线圈的气隙之中，从而使与铁心相连的转轴和装在转轴上的指针鸾到转动力矩的作用而偏转。当转动力矩与游丝的反作用力矩相平衡时，指针便停止偏转，并指示出被测量的数值。如果通入线圈的电流改变方向，线圈所产生的磁场的方向以及被磁化后的铁心的极性也会同时跟着改变，故线圈与铁心间的吸力方向不变，于是指针的偏转方向也不变。因此，这种仪表可以用来测量交流量。由于作用在铁心上的电磁吸力与气隙中磁感应强度的平方成正比，而气隙中的磁感应强度又与线圈电流成正比，因此，仪表的转动力矩与电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与指针的偏转角成正比，所以，指针的偏转角与线圈电流的平方成正比。仪表中阻尼翼片（铝片）和永久磁铁构成磁性阻尼器，用于产生阻尼力矩，使转轴和指针迅速停止在平衡位置。磁屏用于屏蔽永久磁铁，以避免其对线圈磁场产生影响。电磁式仪表结构简单，造价低廉，既可以测量直流，也可以测量交流，而且过载能力大（线圈是固定的，电流不经过游丝，可用截面积较大的导线绕制）。但其刻度不均匀，灵敏度和准确度不高（铁心中有涡流和磁滞），易受外界磁场影响（仪表本身磁场弱）。故一般直流量的测量不采用电磁式仪表，而是采用磁电式仪表。电磁式仪表主要用于交流量的测量。3电动式仪表3.1基本结构电动式仪表是利用两个线圈同时通人电流后，相互之间产生电磁力的原理制成的。固定线圈分成两段，目的是使线圈附近获得较均匀的磁场分布和改换电流量程。可动部分包括可动线圈、指针、阻尼翼片、游丝等，它们均固定在转轴上。与磁电式仪表相同，可动线圈中的电流也是通过游丝引入的。仪表的阻尼装置是空气阻尼器，其阻尼力矩由翼片在气室中移动而产生。3.2工作原理当固定线圈通入电流i1后，就会产生磁场。若可动线圈通入电流i2，则可动线圈在此磁场中就要受到电磁力的作用而带动指针偏转。直至转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，才停止偏转。因为转动力矩与磁感应强度b1和电流i2的乘积成正比，而b1又与i1成正比，所以，指针的偏转角。与两线圈电流的乘积成正比。指针的偏转方向决定于两个线圈的电流方向。当任何一个线圈的电流改变方向时，指针的偏转方向也就跟着改变，但若两个线圈的电流同时改变方向，指针的偏转方向不变，因此这种仪表也可用来测量交流。电动式仪表准确度高，适用于交、直流测量，但过载能力差，受外界磁场影响大。若将仪表的两个线圈与被测电路串联，便可以用来测量电流；若将两个线圈与被测电路并联，便可以用来测量电压；若将一个线圈与被测电路串联，另一个线圈与被测电路并联，则可以用来测量功率。参考文献[1]秦曾煌，电工学（第六版）上册，电工技术[m].北京：高等教育出版社，2004.[2]叶文荪.电工技术（第3版）[m].北京：机械工业出版社，1998.[3]魏佩瑜.电工学（电工技术）[m].北京：机械工业出版社，2007.[4]孙陆梅，于军，杨潇.电工学（少学时）[m].北京：中国电力出版社，2007.