磁電系儀錶

用途：磁電系儀錶在電工儀錶中佔有重要地位。

它廣泛地應用於直流電流和直流電壓的測量。與整流元件配合，可以用於交流電流與電壓的測量，與變換電路配合，還可以用於功率、頻率、相位等其它電量的測量，還可以用來測量多種非電量，例如溫度，壓力等。當採用特殊結構時，可製成檢流計。磁電系儀錶問世最早，由於近年來磁性材料的發展使它的性能日益提高，成為最有發展前景的指示儀錶之一。

本章主要介紹磁電系儀錶的類型、結構、工作原理、特性及其應用。

磁電系儀錶根據磁路形式的不同，分為外磁式，內磁式和內外磁式結合式三種結構。外磁式測量機構如圖，由於永久磁鐵放在可動線圈之外，所以稱為外磁式。整個結構為兩大部分，即固定部分和可動部分。固定部分由永久磁鐵、極掌和固定在支架上的圓柱形鐵心構成。

磁鐵由硬磁材料做成；而極掌與鐵心則用導磁很高的軟磁材料做成。鐵心放在極掌之間，並與極掌形成一個磁場均勻的環形氣隙。可動部分由繞在鋁框架上的可動線圈、線圈兩端的兩個半軸、與轉軸相連的指針、平衡錘以及遊絲所組成。整個可動部分支承在軸承上，線圈位於環形氣隙中。

磁電系儀錶的基本測量機構由固定部分和可動部分組成。其特點是由一個或幾個永久磁鐵和一個或幾個載流線圈所構成的磁場能量來推動可動部分偏轉。可動部分的轉動力矩中由永久磁鐵與載流線圈的磁場相互作用產生的。磁電系測量機構根據可動部分是載流線圈還是永久磁鐵，可分為動圈式和動磁式兩類。在動圈式儀錶中根據永久磁鐵安裝的位置不同，又分為三種：外磁式、內磁式和內外磁相結合三種形式。

固定的磁路由馬蹄形永久磁鐵、磁軛、極掌和圓柱形鐵芯組成，在它們之間的空隙內，形成強輻射狀的均勻磁場。安裝在氣隙中的動框，是一個用絕緣細導線繞製成的矩形線圈。動框上下的側面固定著帶軸尖的軸尖座，軸尖支撐在軸承的凹槽中，使可動部分可以在氣隙中轉動。兩對遊絲的盤旋方向相反，內端與軸固定，外端固定的支架上。遊絲不僅產生阻尼力矩，而且是電流引入和引出線。軸上的平衡錘可用來調節可動部分的機械平衡，使可動部分的重心在轉軸上。

有分流的電流表電路

在磁電系電流表中，測量電流的簡單電流表如上圖所示。但是這個電路只能作為毫安表或微安表，因為與線圈串聯的遊絲（或張絲）和線圈，只允許很小的電流通過。對於量程為數十毫安以上的毫安表和安培表就必須採用分流電阻擴大量程，分流電阻與測量機構電路並聯。當測量時，被測電流中的大部分電流從分流器中通過，極少一部分流過測量機構。

多量程的電流表，可採用轉換開關來連接不同的分流器，

工作原理定性

當可動線圈通以電流以後，在永久磁鐵的磁場作用下，產生轉動力矩使線圈轉動。

反作用力矩通常由遊絲產生，磁電系儀錶的遊絲一般有兩個，而且兩個遊絲的繞向相反，遊絲一端與可動線圈相連，另一端固定在支架上，它的作用既產生反作用力矩，同時又是將電流引進可動線圈的引線。

阻尼力矩由繞制線圈的鋁架產生，其原理見圖當鋁架在磁場中運動時，閉合的鋁架切磁力線產生感應電流ｉe，這個渦流與磁場相互作用產生一個電磁阻尼力矩Ｍa，顯然阻尼力矩的方向與鋁框架運動方向相反，因此能使指針較快停在讀數位置，當然鋁架上的線圈與外電路也會構成閉合迴路，同樣也會產生阻尼力矩。

磁式結構組成

內磁式的測量機構如圖，與外磁式相比最大區別在於永久磁鐵做成圓柱形並放在動圈之內，它既是磁鐵又是鐵心。為了能形成工作氣隙，並能在工作氣隙中產生一個均勻的磁場，磁場方向能處處與鐵心的圓柱而垂直，在磁鐵外面壓嵌一個扇形斷面的磁極，在線圈外面加一個導磁環。磁力線穿過氣隙后經導磁環閉合，以形成工作氣隙的磁場。

電磁儀錶—電磁阻尼、內磁結構

電系儀錶產生轉動力矩示意圖

內部結構特點

採用這種結構之後，由於磁極和導磁環都用導磁率很高的軟磁材料，所以閉合磁路的漏磁小、磁感應強度大、儀錶防禦外磁場干擾的能力也得到增強、而且儀錶對外界其他設備中的磁敏感元件的影響也減少了。加上內磁式整個結構比較緊湊，成本較低，所以與外磁式相比，是一種比較先進的結構。

內磁式可動部分的構造，則與外磁式基本相同，有時也採用張絲結構，例如Ｃ36型的直流表。

內外磁結合式這種形式除了在可動線圈外部裝了永久磁鐵之外，線圈內部的圓柱形鐵心也改用永久磁鐵，所以稱它為內外磁結合式。這種形式的特點是工作氣隙內的磁感應強度比較強，其他特點與外磁式相似。

工作原理定量分析

電磁驅動力 M=2IBLNr=IBSN

B—工作氣隙中磁場的磁感應強度；

L—線圈有效邊長；

I—通過線圈的電流；

N—線圈的匝數；

S—線圈有效面積=2Lr。

遊絲阻力矩 Ｍα=Dα

D— 遊絲反作用力矩係數，

α—線圈偏轉角。

偏轉角α：

靈敏度SI由儀錶結構參數所決定，對於某一儀錶來講，它是一個常數。因此，其指針偏轉角與通過可動線圈的電流成比。

滿偏電流（表頭量程）Ig

一般幾十μA—幾十mA

表頭內阻Rg(線圈+遊絲直流電

一般幾十歐 —幾百歐

注意：表頭內阻不能直接用萬用表歐姆檔測量，否則會燒毀表頭線圈。

準確度高

靈敏度高

刻度均勻

功耗小

過載能力小

只能測量直流