磁电式和电磁式仪表的区别及应用

9.2　磁电式仪表和电磁式仪表

对于直读式电工测量仪表，根据其工作原理可分为磁电式仪表、电磁式仪表和电动式仪表等几种。它们之所以能测量各种电量的根本原理，主要是利用仪表中通入电流后产生电磁作用，使可动部分受到转矩而发生转动。转动转矩与通入的电流之间存在着一定的关系：

T=f（I）

为了使仪表可动部分的偏转角与被测量成一定比例，必须有一个与偏转角成比例的反转矩T_c来与转动转矩T相平衡，即T=T_c。这样才能使仪表的可动部分平衡在一定的位置，从而反映出被测量的大小。

此外，仪表的可动部分由于惯性的关系，当仪表开始通电或被测量发生变化时，不能马上达到平衡，而要在平衡位置附近经过一定时间的振荡才能静止下来。为了使仪表的可动部分迅速静止在平衡位置，以缩短测量时间，还需要有一个能产生制动力（阻尼力）的装置，该装置称为阻尼器。阻尼器只在指针转动过程才起作用。

可见，通常的直读式仪表由3个部分组成：产生转动转矩的部分、产生反转矩的部分和阻尼器。

下面对磁电式（永磁式）、电磁式两种仪表的基本构造、工作原理及主要用途分别加以讨论。

9.2.1　磁电式仪表

磁电式仪表的构造如图9-1所示，它的固定部分包括马蹄形永久磁铁、极掌N和S及圆柱形铁芯等。极掌与铁芯之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生辐射方向均匀的磁场。仪表的可动部分包括铝框及线圈，前后两根半轴O和Oˊ，螺旋弹簧（或用张丝）及指针等。铝框套在铁芯上，铝框上绕有线圈，线圈的两头与连在半轴O上的两个螺旋弹簧的一端相连，弹簧的另一端固定，以便使电流通过线圈，指针也固定在半轴O上。

当线圈通有电流I时，由于与空气隙中磁场的相互作用，线圈的两个有效边也受到大小相等、方向相反的力F，如图9-2所示，转矩T的方向由左手定则确定，大小为

T=Fb=BLbNI=K₁I

式中B为空气隙中的磁感应强度；L为线圈在磁场内的有效长度；N为线圈的匝数；b为线圈的宽度；K₁=BLbN为比例常数。

在这个转矩的作用下，线圈和指针便转动起来，同时螺旋弹簧被扭紧而产生反转矩，也称阻转矩。弹簧的阻转矩与指针的偏转角α成正比，即

T_c=K₂α

当弹簧的阻转矩与转动转矩达到平衡时，可动部分便停止转动。这时

T=T_c

即

由式（9-1）可知，指针偏转的角度与流经线圈的电流是成正比的，按此即可在标度尺上作均匀刻度。当线圈中无电流时，指针应指在零的位置。如果不在零的位置，可用校正器进行调整。

磁电式仪表的阻尼作用是这样产生的：当线圈通有电流而发生偏转时，铝框切割永久磁铁的磁道，在框内感应出电流，该电流将与永久磁铁的磁场相互作用，产生与转动方向相反的制动力，于是仪表的可动部分就受到阻尼作用，迅速静止在平衡位置。(www.xing528.com)

这种仪表只能用来测量直流，如通入交流电流，则可动部分由于惯性太大，将赶不上电流和转矩的迅速交变而静止不动，也就是说，可动部分的偏转是由平均转矩决定，而不是由瞬时转矩决定的。在交流的情况下，这种仪表的转动转矩的平均值为零。

磁电式仪表的优点是：刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗电能量少；由于仪表本身的磁场强，所以受外界磁场的影响小。这种仪表的缺点是：只能测量直流；价格较高；由于电流须流经螺旋弹簧，因此不能承受较大过载，否则将引起弹簧过热，使弹性减弱，甚至被烧毁。

磁电式仪表常用来测量直流电压、直流电流及电阻等。

9.2.2　电磁式仪表

电磁式仪表常采用推斥式的构造，如图9-3所示。它的主要部分有固定的圆形线圈、线圈内部的固定铁片、固定在转轴上的动铁片。当线圈中通有电流时，产生磁场，两铁片均被磁化，同一端的极性是相同的，因而互相推斥，可动铁片因受斥力而带动指针偏转。在线圈通有交流电流的情况下，由于两铁片的极性同时改变，所以仍然产生推斥力。

可以近似地认为，作用在铁片上的斥力或仪表的转动转矩是和通入线圈的电流的平方成正比的。在通入直流电流I的情况下，仪表的转动转矩为

T=K₁I²

在通入交流电流i时，仪表可动部分的偏转决定于平均转矩，它和交流电流有效值I的平方成正比，即

T=K₁I²

和磁电式仪表一样，产生阻转矩的也是连在转轴上的螺旋弹簧，其大小为

T_c=K₂α

当阻转矩与转动转矩达到平衡时，可动部分即停止转动，这时

T=T_c

即

由式（9-2）可知，指针的偏转角与直流电流或交流电流有效值的平方成正比，所以刻度是不均匀的。

在这种仪表中产生阻尼力的是空气阻尼器，其阻尼作用是由与转轴相连的活塞在小室中移动而产生的。

电磁式仪表的优点是：构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量较大电流和允许较大的过载。其缺点是：刻度不均匀；易受外界磁场（本身磁场很弱）及铁片中磁滞和涡流（测量交流时）的影响，因此准确度不高。

电磁式仪表常用来测量交流电压和电流。