汽车电工电子技术|仪表工作原理

1.电磁式仪表

通电线圈的磁场是将铁磁材料磁化，从而产生作用力。电磁式仪表就是利用这个原理制成的（见图9-1）。电磁式仪表的固定部分由圆形线圈1 和固定铁片2 组成。可动部分主要由旋转轴3 以及与转轴连在一起的可动铁片4 组成，转轴上还有指针和螺旋弹簧。

图9-1　电磁式仪表的结构

1—固定线圈；2—定铁片；3—转轴；4—动铁片；5—空气阻尼器；6—螺旋弹簧；7—指针；8—平衡配重；9—调零器。

当线圈通电时，两铁片同时被磁化，且极性一致，因而相互排斥，使可动铁片4 带动指针偏转。电流越大，铁片之间的排斥作用越强，可近似地认为转轴所受到的转矩与线圈电流的平方成正比。

当线圈通过直流电流I 时，轴上受到的作用转矩为

在可动铁片带动指针偏转的同时，螺旋弹簧被扭紧，产生反作用转矩Te，而Te与指针的偏转角度α 成正比，即

当T1=Te时，指针停止偏转，这时指针偏转的角度为

电磁式仪表的指针偏转角度α 与被测直流电流I 的平方成正比，测量时可由指针的位置指示被测电流的大小，但需注意这种仪表的标尺分度并不是均匀的。若仪表线圈中的电流方向改变，则两铁片被磁化的极性将一起改变，仍产生推斥力，因此电磁式仪表也可用来测量交流电量。若线圈通以交流电流，则瞬时转矩为

由于转动部分的机械惯性，指针的偏转角α 取决于平均转矩。电流i 产生的平均转矩为

式（9-5）中，T 为电流i 的周期，I 为交流电流i 的有效值。(www.xing528.com)

同理，当T1=Te时，指针停止偏转，因此：

即电磁式仪表指针的偏转角α 与被测交流电流的有效值I 的平方成正比。因此，电磁式仪表既可测量直流电量，也可测量交流电量。

2.磁电式仪表

磁电式仪表是利用通电导体在磁场中受力的原理制成，其基本结构如图9-2 所示。

磁电式仪表的固定部分主要由马蹄形永久磁铁1、极靴2、圆柱形铁心3 组成，在极靴及圆柱铁心之间的空隙中形成了一个均匀的磁场。仪表的可动部分由线圈7、前后两半轴4、固定在轴上的指针6 和两个螺旋弹簧5 组成。它们的一侧固定不动，另一侧则与转轴做机械上的连接。两个螺旋弹簧在电气上分别与可动的两个引出端相通。因此，被测电流可借助于螺旋弹簧引入可动线圈。

图9-2　磁电式仪表的结构

1—永久磁铁；2—极靴；3—铁心；4—轴；5—螺旋弹簧；6—指针；7—可动线圈。

处于磁场中的可动线圈通过直流电流I 时将产生电磁力，可动线圈将受到转矩T 的作用发生偏转。该转矩的大小与电流I 及磁感应强度B 成正比。由于永久磁铁形成的均匀磁场中的B 是个恒定的常数，因此转矩T 与电流I 将成正比，即

转矩T 使线圈和指针发生偏转，同时将螺旋弹簧扭紧，被扭紧的弹簧将产生反作用转矩，此转矩的大小取决于弹簧的扭紧程度，于是Te与指针的偏转角度α 成正比，即

当电流I 产生的转矩与弹簧的反作用转矩相同时，指针便停止偏转。这是由于T=Te，即指针不动时的偏转角度α 与被测电流I 成正比。因此，可由指针的位置指示出被测电流的大小，且标尺的分度是均匀的。

由于电磁作用转矩的方向与线圈电流方向有关，为了指针不发生逆向偏转，磁电式仪表的电流输入端和输出端分别标记有符号“+”和“-”。

需注意的是，磁电式仪表只能测量直流电量，若磁电式仪表的可动线圈通过交流电流，则作用转矩的方向及大小将会产生交替变化。由于仪表可动部分的机械惯性较大，导致指针不会随之改变方向。指针的偏转角α 取决于作用转矩的平均值，即与被测电流的平均值成正比。因此，用磁电式仪表直接测量交流电量时，指针的偏转角将为0°。磁电式仪表常用来测量直流电压、直流电流、电阻等。