講稿三表電子(指示儀表)課件

交直流模擬儀器（指示儀表）中國(guó)航天科技集團(tuán)五院514所江蘇東方航天校準(zhǔn)有限公司第一章常用電測(cè)量指示儀表的

工作原理和使用

在電測(cè)量指示儀表中，被測(cè)量為電磁量，電磁量作用到它的機(jī)構(gòu)上，驅(qū)使儀表的可動(dòng)部分產(chǎn)生機(jī)械位移，從而模擬出被測(cè)量的大小，即指示被測(cè)量的大小，目前廣泛使用的指針式及光指示式直接電測(cè)量?jī)x表絕大部分屬這一類(lèi)。

電測(cè)量指示儀表是電測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)最早的一種儀表，已有二百多年的歷史，基本結(jié)構(gòu)和制造工藝目前已達(dá)到相當(dāng)完善的程度。為了滿(mǎn)足近代電測(cè)量技術(shù)中一些新的要求（如高準(zhǔn)確度、高速度和自動(dòng)測(cè)量等），出現(xiàn)了數(shù)字式儀表。但是，由于電測(cè)量指示儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前仍然是電測(cè)量?jī)x器與儀表中使用量最大、面最廣的一類(lèi)。電測(cè)量指示儀表是我們要檢定的對(duì)象，因此必須對(duì)它的工作原理、技術(shù)特性和使用等有一定的了解。本章只討論檢定規(guī)程所涉及的電流表、電壓表、功率表和電阻表的工作原理及使用等問(wèn)題，以利于對(duì)檢定規(guī)程的理解和掌握?！?-1電測(cè)量指示儀表的基本結(jié)構(gòu)、

工作原理和主要部件

電測(cè)量指示儀表的種類(lèi)雖然很多，但它的基本原理是相同的，都是由測(cè)量機(jī)構(gòu)和測(cè)量線(xiàn)路兩個(gè)基本部分組成。

§1-1-1測(cè)量機(jī)構(gòu)

電測(cè)量?jī)x表是以偏轉(zhuǎn)角度（簡(jiǎn)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)）反映其可動(dòng)部分的位移，而偏轉(zhuǎn)是對(duì)應(yīng)儀表所接受被測(cè)量的大小。為了將所測(cè)的電能轉(zhuǎn)換成偏轉(zhuǎn)（機(jī)械能），在儀表中要有將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（和偏轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)）的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)稱(chēng)為測(cè)量機(jī)構(gòu)。每個(gè)測(cè)量機(jī)構(gòu)都由可動(dòng)部分和固定部分構(gòu)成。可動(dòng)部分通常包括動(dòng)圈、軟磁鐵、阻尼器及指示器等；而固定部分包括永久磁鐵、電磁線(xiàn)圈、標(biāo)度盤(pán)及支架等。1．轉(zhuǎn)動(dòng)力矩

被測(cè)量作用到測(cè)量機(jī)構(gòu)的可動(dòng)部分或者固定部分上（基些儀表兩者均須接受使用），由于可動(dòng)部分與固定部分之間的電磁力作用而產(chǎn)生作用力，該力對(duì)有轉(zhuǎn)軸的可動(dòng)部分產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩（或作用力矩），用M表示，它可以使可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)矩M的大小視被測(cè)量而定，對(duì)于磁電系、電磁系、電動(dòng)系及靜電系等儀表的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，可以用電工學(xué)中的電磁場(chǎng)能量與機(jī)械功的關(guān)系理論來(lái)確定，這類(lèi)儀表的轉(zhuǎn)矩都可用下式表示：式中：A——電磁場(chǎng)能量；α——在轉(zhuǎn)矩M作用下可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)。電磁場(chǎng)能量A的形式及大小視儀表的類(lèi)型及被測(cè)量的大小而定，各系別儀表的轉(zhuǎn)矩形式以后將分別討論。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)被測(cè)量值X有一個(gè)完全確定的轉(zhuǎn)矩值M，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的測(cè)量：

儀表中接受被測(cè)量后產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的部分稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)部分。2．反作用力矩

如果在儀表的可動(dòng)部分上只有轉(zhuǎn)矩作用，則不論轉(zhuǎn)矩的大小，中要它能克服可動(dòng)部分的摩擦，可動(dòng)部分總要一直偏轉(zhuǎn)下去，這樣就無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量。為了使一定大小的轉(zhuǎn)矩相應(yīng)于一定大小的被測(cè)量，還必須有另一個(gè)力矩作用的到可動(dòng)部分上，這個(gè)力矩的方向應(yīng)和轉(zhuǎn)矩方向相反，稱(chēng)這個(gè)力矩為反作用力矩。在儀表中反作用力矩起控制作用。

產(chǎn)生反作用力矩的方法很多，可用機(jī)械力的方法，也可用電磁力的方法。用機(jī)械力方法如用游絲、張絲及吊絲等。游絲、張絲及吊絲產(chǎn)生的反作用力矩Mα正比于偏轉(zhuǎn)α，其表達(dá)式為式中：W=Mα/α為游絲、張絲或吊絲偏轉(zhuǎn)（或扭轉(zhuǎn)）。單位角度產(chǎn)生的反作用力矩，稱(chēng)為反作用力矩系數(shù)，它決定于游絲、張絲或吊絲材料幾何尺寸及物理性質(zhì)。3．阻尼力矩

可動(dòng)部分在轉(zhuǎn)矩作用下要運(yùn)動(dòng)，它具有一定動(dòng)能，因而可動(dòng)部分在未達(dá)到穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)之前要民生來(lái)回?cái)[動(dòng)的現(xiàn)象，將影響人們迅速獲得指示值。為了消除這種擺，通常在可動(dòng)部分裝一個(gè)阻尼器，來(lái)吸收這部分動(dòng)能。當(dāng)可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼器便產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向相反，大小和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的力矩，稱(chēng)這個(gè)力矩為阻尼力矩。當(dāng)可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼力矩總是力圖阻止其運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)一旦停止，阻尼力矩也就等于零，這樣阻尼力矩只影響可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而不影響儀表的指示值。

在儀表中常用的阻尼器有空氣阻尼器及磁感應(yīng)阻尼器。阻尼力矩Mρ與可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)速度成正比關(guān)系，可用下式表示

式中：ρ——阻尼系數(shù)，它決定于阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及電磁參數(shù)（對(duì)于磁感應(yīng)阻尼順）。

公式表明，當(dāng)可動(dòng)部分靜止了，角速度dα/dt=0，阻尼力矩亦等于零，不會(huì)影響儀表的最終示值。儀表的可動(dòng)部分，一般都工作在微欠阻尼狀態(tài)，因?yàn)樵谶@種狀態(tài)，可動(dòng)部分在達(dá)到穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)之前稍作擺動(dòng)后停止，便于讀數(shù)，不易產(chǎn)生讀數(shù)錯(cuò)誤。4．摩擦力矩

在一些由軸尖軸承支承的儀表中，軸尖和軸承之間存在摩擦，它將產(chǎn)生和可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦力矩，阻止可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)，影響儀表示值的正確性。

式中：G——可動(dòng)部分的重量；k——比例系數(shù)，它決定于軸尖和軸承的材料、尺寸、物理性質(zhì)和接觸情況。

5．平衡條件及標(biāo)度尺特性

當(dāng)不考慮摩擦力矩影響,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定(即阻尼力矩為零)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與反作用力矩相等時(shí)，這時(shí)存在如下平衡條件：公式亦稱(chēng)為平衡方程式。公式表明偏轉(zhuǎn)的大小可以反映被測(cè)量的大小。

§1-1-2測(cè)量線(xiàn)路

儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)接受被測(cè)量后，可動(dòng)部分便產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，接受的電量不是電流便是電壓或者兩個(gè)電流的乘積。一定的測(cè)量機(jī)構(gòu)，能借以產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的電量都是一定的。例如：使磁電系和電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的電量是電流；使靜電系儀表測(cè)量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的電量是電壓；使電動(dòng)系儀表測(cè)量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的電量是兩個(gè)電流的乘積。如被測(cè)量是其它的電量，例如：功率、能量、頻率或相位等，則必須根據(jù)所采用的測(cè)量機(jī)構(gòu)，把被測(cè)量轉(zhuǎn)變成上述三種量中的一種，然后再作用到測(cè)量機(jī)構(gòu)上。當(dāng)被測(cè)的電流或電壓過(guò)大或過(guò)小，不適宜直接作用到測(cè)量機(jī)構(gòu)上時(shí)，也需進(jìn)行量值大小的轉(zhuǎn)換。在儀表中經(jīng)常使用由電阻、電感、電容和互感組成一定的電路，完成必要轉(zhuǎn)變工作，此種電路稱(chēng)為測(cè)量電路。被測(cè)量X通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為某一個(gè)中間量y，而

函數(shù)Y=φ(X)決定于測(cè)量電路的性質(zhì)。為使某一個(gè)被測(cè)量只對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的偏轉(zhuǎn)，就要求上述關(guān)系式必須是單值的。綜上所述，被測(cè)量χ與中間量y和儀表的測(cè)量電路及測(cè)量機(jī)構(gòu)的關(guān)系，如方框圖1-4表示。y=φ(x)α=?（y）=F(x)x測(cè)量電路y測(cè)量機(jī)構(gòu)α被測(cè)量中間量偏轉(zhuǎn)圖1-4測(cè)量電路和測(cè)量機(jī)構(gòu)方框圖§1-2電測(cè)量指示儀表的分類(lèi)電測(cè)量指示儀表可根據(jù)不同的觀(guān)點(diǎn)來(lái)分類(lèi)。下面介紹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7676-98）的十二種分類(lèi)方法。

§1-2-1按準(zhǔn)確度分類(lèi)電壓電流表功率表按準(zhǔn)確度分為十級(jí)，即0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5及3.5級(jí)。

電阻表按準(zhǔn)確度分為十二級(jí)，即0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3、5、10及20級(jí)。

§1-2-2按使用條件分類(lèi)

儀表按使用條件分為五組，即A、A、B、B1及C組。而使用條件有兩種，即工作條件和最?lèi)毫訔l件?！?-2-3按外殼的防護(hù)性能分類(lèi)儀表按其外殼的防護(hù)性能分為七種，即普通式、防塵式、防濺式、防水式、水密式、氣密式和隔爆式?！?-2-4按耐受機(jī)械力作用的性能分類(lèi)

儀表按耐受機(jī)械力作用的性能分兩類(lèi)，即普通的和能耐受機(jī)械力作用的。

§1-2-5按防御外界磁場(chǎng)和電場(chǎng)的性質(zhì)分類(lèi)

儀表按耐受機(jī)械力作用的性能分為四等，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ等。

§1-2-6按作用原理分類(lèi)

儀表按作用原理分為磁電系、動(dòng)磁系、電磁系、極化電磁系、電動(dòng)系、鐵磁電動(dòng)系、感應(yīng)系、靜電系、振簧系、熱線(xiàn)系、雙金屬絲系、熱電系、整流系及電子系等。§1-2-7按可動(dòng)部分支承方式分類(lèi)

儀表按其可動(dòng)部分的支承方式分為三種，即軸尖（軸頸）軸承式、張絲式及吊絲式儀表。

§1-2-8按讀數(shù)裝置的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)儀表按讀數(shù)裝置的結(jié)構(gòu)形式分為三種，即指針式、光指示器式及振簧式儀表。1-2-9按標(biāo)度尺上零位的位置分類(lèi)

儀表按標(biāo)度尺上零位的位置分為三種，即單向標(biāo)度尺、雙向標(biāo)度尺及無(wú)零位標(biāo)度尺儀表。

§1-2-10按使用方式分類(lèi)儀表按使用方式分為兩種，即安裝式和可攜式儀表。1-2-11按標(biāo)度尺特性分類(lèi)儀表按標(biāo)度尺特性為兩種，即均勻標(biāo)度尺和非均勻標(biāo)度尺儀表?！?-2-12按外形尺寸大小分類(lèi)儀表按外形尺寸大小分為四種，即微型、小型、中型和大型儀表?！?-3電測(cè)量指示儀表的主要技術(shù)特性電測(cè)量指示儀表的技術(shù)特性是衡量?jī)x表質(zhì)量的主要技術(shù)依據(jù)，各種儀表應(yīng)有的技術(shù)特性在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7676-98）中有明確的規(guī)定。技術(shù)特性是多方面的，但不外電氣特性和機(jī)構(gòu)特性?xún)蓚€(gè)方面，這里僅討論與儀表檢定有關(guān)的內(nèi)容?！?-3-1儀表的誤差儀表的誤差是儀表的主要技術(shù)特性。任何一個(gè)儀表在測(cè)量時(shí)都有誤差，其指示值是被測(cè)量真值的近似值，儀表誤差的大小，說(shuō)明其指示值和被測(cè)量真值的接近程度。因此儀表的準(zhǔn)確度愈高，它的誤差也愈小。根據(jù)產(chǎn)生誤差的原因，儀表的誤差分為基本誤差和附加誤差兩類(lèi)。1．誤差的表示方法（1）絕對(duì)誤差測(cè)量結(jié)果X和被測(cè)量真值Xo之差稱(chēng)為絕對(duì)誤差。

真值通常是不知道的。因此，為了求出絕對(duì)誤差，實(shí)際上都采用標(biāo)準(zhǔn)值Xr（或稱(chēng)約定真值）來(lái)代替真值。標(biāo)準(zhǔn)值是用準(zhǔn)確度合適的儀器或儀表與測(cè)量方法測(cè)定的。絕對(duì)誤差和修正值不但有大小和符號(hào)，而且是有單位的一個(gè)量，其單位和被測(cè)量的單位相同。（2）相對(duì)誤差相對(duì)誤差γ等于絕對(duì)誤差△與被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)值Xr之比，通常以百分?jǐn)?shù)表示。

相對(duì)誤差與絕對(duì)誤差不同，它只有大小和符號(hào)而無(wú)單位。（3）引用誤差電壓電流功率表，線(xiàn)性刻度電阻表時(shí)Xn為測(cè)量范圍的上限，非線(xiàn)性刻度電阻表時(shí)Xn為示值。詳見(jiàn)規(guī)程附錄1。引用誤差與絕對(duì)誤差不同，它只有大小和符號(hào)而無(wú)單位。引用誤差與儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)相對(duì)應(yīng)。去掉引用誤差的符號(hào)和百分號(hào)的數(shù)字為儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)。相對(duì)誤差雖然可以衡量測(cè)量的準(zhǔn)確度，但卻不能用它來(lái)衡量指示儀表的準(zhǔn)確度。因?yàn)槊恳粋€(gè)指示儀表都有一定的測(cè)量范圍（量限），即使絕對(duì)誤差在儀表的一個(gè)量限的全部分度線(xiàn)上保持不變，而相對(duì)誤差將隨著被測(cè)量的減小而增大，也就是說(shuō)在儀表的各個(gè)分度線(xiàn)上相對(duì)誤差不是一個(gè)常數(shù)。為了便于劃分指示儀表準(zhǔn)確度的級(jí)別，而取指示儀表的測(cè)量上限作為相對(duì)誤差表達(dá)式中的分母，因此引出所謂引用誤差的概念。2．儀表的基本誤差在規(guī)定的正常條件下，由于儀表的內(nèi)部特性和質(zhì)量方面的缺陷等所引起的誤差，叫做基本誤差。表1-3各級(jí)別儀表的允許基本誤差3．基本誤差的來(lái)源引起基本誤差的來(lái)源很多，其中主要有：摩擦誤差軸隙誤差不平衡誤差、游絲或張絲的永久形誤差、標(biāo)度尺分度和裝配不正確誤差、讀數(shù)誤差和內(nèi)部電磁場(chǎng)誤差等等。儀表的準(zhǔn)確度級(jí)別0.10.20.51.01.52.55.0允許基本誤差%±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.04．儀表的附加誤差儀表在使用過(guò)程中，使用條件常常偏離規(guī)定的正常條件，這時(shí)儀表的讀數(shù)與被測(cè)量的實(shí)際值之間要出現(xiàn)某些附加的差異，該差異稱(chēng)為附加誤差。在對(duì)儀表指示值有一定影響的量（如溫度、工作位置、頻率、電壓、波形、電磁場(chǎng)及功率因數(shù)等）中，某一個(gè)偏離確定基本誤差時(shí)的額定值，都會(huì)產(chǎn)生附加誤差。附加誤差的表示方法和基本誤差相同。5．儀表的升降變差、指示器不回零位與示值的穩(wěn)定性?xún)x表示值的穩(wěn)定性是儀表的一個(gè)重要技術(shù)特性。如一個(gè)儀表的示值不穩(wěn)定，給出的測(cè)量結(jié)果就不可靠，反之一個(gè)儀表的示值穩(wěn)定，給出的測(cè)量結(jié)果就可信，即使誤差大，也可采用加修正值的方法去獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。一個(gè)儀表它的升降變差和不回零位小，它的示值必然是穩(wěn)定的，因此在挑選儀表時(shí)應(yīng)選升降變差和不回零位都小的儀表。§1-3-2阻尼

儀表應(yīng)具有良好的阻尼特性，當(dāng)其接入電路后，指示器應(yīng)很快接近平衡位置，以便能迅速地讀取儀表示值。儀表的阻尼特性是用阻尼時(shí)間來(lái)表征的。從儀表接入電路時(shí)起，到儀表指示器的擺幅不大于標(biāo)度尺全長(zhǎng)的1％的時(shí)間為止，這個(gè)時(shí)間間隔，稱(chēng)為儀表的阻尼時(shí)間。

儀表的阻尼和測(cè)量機(jī)構(gòu)及測(cè)量線(xiàn)路有關(guān)，其中儀表可動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)及重量對(duì)阻尼影響更大些。另外要求絕緣，功率損耗小，耐過(guò)載能力強(qiáng)，標(biāo)度尺的分度線(xiàn)應(yīng)盡可能均勻。在每一個(gè)電測(cè)量指示儀表的標(biāo)度盤(pán)上，都繪有很多標(biāo)志符號(hào)，它們表征儀表的主要技術(shù)特性，為了正確的使用和檢定儀表，我們必須記住它們。其中包括儀表工作原理的符號(hào)、型號(hào)、被測(cè)量單位、準(zhǔn)確度級(jí)別、工作位置、防御外界電磁場(chǎng)等級(jí)及絕緣強(qiáng)度等等。

§1-4磁電系儀表

§1-4-1磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)和作用原理

磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：固定部分由一個(gè)或幾個(gè)永久磁鐵組成,可動(dòng)部分由一個(gè)載流線(xiàn)圈組成,兩者所構(gòu)成的磁場(chǎng)能量來(lái)推動(dòng)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)?？蓜?dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是由永久磁鐵的磁場(chǎng)與載流線(xiàn)圈的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。磁電系儀表，當(dāng)測(cè)量機(jī)構(gòu)動(dòng)框中有電流I時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)貯藏的能量為：

式中：L——?jiǎng)涌蚓€(xiàn)圈的電感；Ψ——?jiǎng)涌蚓€(xiàn)圈與永久磁鐵所交鏈的磁通。

將上式對(duì)偏轉(zhuǎn)α求導(dǎo)數(shù)，就可求出轉(zhuǎn)矩M公式。由于電流I只決定于外電路，而與動(dòng)框的位置無(wú)關(guān)，因此轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為：由于氣隙是均勻的，可以近似地認(rèn)為電感不隨偏轉(zhuǎn)角而改變，即：當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)：儀表可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角α與氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、動(dòng)框的面積S、動(dòng)框的匝數(shù)N成正比，而與游絲的反作用力矩系數(shù)W成反比。對(duì)某一儀表動(dòng)框面積S、匝數(shù)N和反作用力矩系數(shù)W都是一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度B也幾乎是不改變的。所以偏轉(zhuǎn)角α和電流I成線(xiàn)性關(guān)系，因此磁電系儀表的標(biāo)度尺的分度是均勻的。磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)僅適用于直流。

§1-4-2磁電系測(cè)量線(xiàn)路

把被測(cè)的電流引入可動(dòng)線(xiàn)圈，即可從指針的角位移，讀出流過(guò)線(xiàn)圈電流的數(shù)值，根據(jù)這個(gè)原理可組成測(cè)量電流的基本線(xiàn)路。因?yàn)橛谓z及可動(dòng)線(xiàn)圈允許通過(guò)的電流很小，所以它只限于制成測(cè)量小電流的微安表和毫安表。為了測(cè)量大電流，可采用分流器R和測(cè)量機(jī)構(gòu)電路并聯(lián)。為了測(cè)量電壓，需要在微安表或毫安表上串聯(lián)附加電阻R而構(gòu)成電壓表。

§1-4-3磁電系儀表的誤差和特性

1準(zhǔn)確度高,磁電系儀表是一種最準(zhǔn)確的直流儀表。由于儀表中的元件和材料都具有較高的穩(wěn)定性，因此只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，采用良好的制造工藝，可使儀表的基本誤差很小，受外界影響也很小。對(duì)磁電系影響最大的量是溫度，為了減少溫度對(duì)儀表的影響，在磁電系儀表中采用各種溫度補(bǔ)償措施。這里將重點(diǎn)討論溫度誤差及補(bǔ)償措施。2刻度均勻3只使用于直流。4過(guò)載能力差。5抗干擾性強(qiáng)產(chǎn)生溫度誤差的因素：（1）游絲或張絲的彈性變化，即反作用力矩系數(shù)W的變化。（2）永久磁鐵的磁性變化，即氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。（3）動(dòng)圈及游絲或張絲的電阻變化。

§1-5電磁系儀表

§1-5-1電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)和作用原理

電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的固定部分由一個(gè)或幾個(gè)載流線(xiàn)圈組成,可動(dòng)部分由一個(gè)或幾個(gè)軟磁材料制做的鐵磁元件（或鐵芯）組成,兩者所構(gòu)成的磁場(chǎng)能量來(lái)推動(dòng)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)。2．電磁系儀表作用原理

電磁系儀表，當(dāng)測(cè)量機(jī)構(gòu)的固定線(xiàn)圈中有電流I時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)貯藏的能量為：式中：I——固定線(xiàn)圈中的電流；L——固定線(xiàn)圈的電感。將上式對(duì)偏轉(zhuǎn)α求導(dǎo)數(shù)，就可求出轉(zhuǎn)矩M公式。由于電流I只決定于外電路，而與動(dòng)框的位置無(wú)關(guān)，因此轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為：電磁系儀表的反作用力矩都是由游絲或張絲產(chǎn)生的，因?yàn)榇似浞醋饔昧貫?當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩等于反作用力矩時(shí)，可動(dòng)部分達(dá)到穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)，即有:在直流情況下，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)與電流的平方成正比，并與自感隨偏轉(zhuǎn)角的變化率dL/dα有關(guān)。在交流情況下，雖然轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小將隨時(shí)間而變化，而符號(hào)總是正的,因此偏轉(zhuǎn)總是正的。由于測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，它跟不上轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值變化，因此可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)僅決定于轉(zhuǎn)矩在一個(gè)周期的平均值MP，即在交流情況下，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)決定于交流電流有效值的平方。電磁系儀表是交直流兩用儀表。電磁系儀表的標(biāo)度尺分度是不均勻的，當(dāng)dL/dα為常數(shù)時(shí)，標(biāo)度特性是平方律關(guān)系，因此在標(biāo)度尺上的分度線(xiàn)是前密后疏的，這就使讀數(shù)不方便。通過(guò)改變鐵芯的形狀以及它和線(xiàn)圈的相對(duì)位置，可使標(biāo)度特性得到一定的改善，但決不會(huì)得到完全均勻的標(biāo)度特性?！?-5-2電磁系測(cè)量線(xiàn)路

1．電流表測(cè)量線(xiàn)路電磁系電流表的測(cè)量線(xiàn)路很簡(jiǎn)單。根據(jù)它的作用原理只要把固定線(xiàn)圈直接串聯(lián)于被測(cè)電路中就可測(cè)量電流。多量限電流表的固定線(xiàn)圈是分成數(shù)段繞制的，借助開(kāi)關(guān)或接線(xiàn)柱改變線(xiàn)圈中各段線(xiàn)圈的連接方法得到幾個(gè)量限。固定線(xiàn)圈分兩段繞制，把兩段線(xiàn)圈串聯(lián)接法轉(zhuǎn)換成并聯(lián)接法，可得到比例為1:2的兩個(gè)量限。將固定線(xiàn)圈分成四段繞制，通過(guò)改變連接方法，可得到比例為1:2:4的三個(gè)量限。2．電壓表測(cè)量線(xiàn)路

電磁系電壓表的測(cè)量線(xiàn)路也很簡(jiǎn)單。它是由固定線(xiàn)圈和附加電阻串聯(lián)而成。多量限的電壓表是通過(guò)換接附加電阻來(lái)得到不同的測(cè)量電壓的量限。

§1-5-3電磁系儀表的誤差和特性

1電磁系儀表適用于交直流2刻度不均勻3過(guò)載能力強(qiáng)4抗干擾性差5準(zhǔn)確度不高電磁系儀表的主要誤差有磁滯誤差、外磁場(chǎng)影響誤差、溫度誤差、和頻率誤差。使電磁系儀表產(chǎn)生磁滯誤差的主要因素是鐵芯的磁滯現(xiàn)象。由于電磁系儀表的固定線(xiàn)圈是空心的，主要磁通是通過(guò)空氣磁路閉合的，所以它的磁場(chǎng)非常弱，因此易于受外磁場(chǎng)影響而產(chǎn)生誤差。為減少這一誤差，電磁系儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)要采取防護(hù)措施。常用的防護(hù)措施有兩種：1）采用無(wú)定位的測(cè)量機(jī)構(gòu)（又稱(chēng)無(wú)定向機(jī)構(gòu)）這種機(jī)構(gòu)是由上下相對(duì)放置的兩套元件組成的。兩個(gè)固定線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上相差180?，所以有均勻的外磁場(chǎng)Φ作用時(shí)，外磁場(chǎng)使其一個(gè)線(xiàn)圈的磁場(chǎng)減弱，而使另一個(gè)線(xiàn)圈的磁場(chǎng)增強(qiáng)，增強(qiáng)的數(shù)值和減弱的數(shù)值是相等的，故其總的影響互相抵消，而不致引起誤差。（2）磁屏蔽法當(dāng)外磁場(chǎng)不均勻時(shí)，無(wú)定位機(jī)構(gòu)也不能達(dá)到最理想的效果。因此，電磁系儀表常常采用磁屏蔽方法來(lái)減小外磁場(chǎng)影響。溫度變化會(huì)引起游絲或張絲的反作用力矩系數(shù)的變化，而使儀表產(chǎn)生誤差。溫度對(duì)電壓表的影響較電流表要大，因?yàn)橛谓z（或張絲）的彈性隨溫度變化而變化，此外，線(xiàn)路的電阻也隨溫度變化而變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，線(xiàn)路的電阻要增加。當(dāng)電壓不改變時(shí)，線(xiàn)路中電流要減少，儀表的示值變小。由于儀表的金屬零件在線(xiàn)圈交變磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生渦流，它和線(xiàn)圈之間的互感影響，對(duì)線(xiàn)圈起去磁作用，使轉(zhuǎn)矩減小，而產(chǎn)生渦流誤差,并隨頻率變化。電壓表的頻率誤差除渦流誤差外，還有線(xiàn)圈的感抗隨著頻率而改變所引起的誤差。電磁系儀表的波形誤差，主要是由于鐵芯材料磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性引起的。

§1-6電動(dòng)系儀表

§1-6-1電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)和作用原理

固定部分是固定線(xiàn)圈,可動(dòng)部分是由裝在軸上的可動(dòng)線(xiàn)圈構(gòu)成。當(dāng)測(cè)量機(jī)構(gòu)的線(xiàn)圈中通入直流，設(shè)固定線(xiàn)圈的電流為I1，可動(dòng)線(xiàn)圈的電流為I2，根據(jù)電工學(xué)原理，由它們構(gòu)成的系統(tǒng)的能量A為:式中：L1、L2——固定和可動(dòng)線(xiàn)圈的電感；M12——固定和可動(dòng)線(xiàn)圈之間的互感。

當(dāng)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)時(shí)，固定線(xiàn)圈和可動(dòng)線(xiàn)圈的電感L1和L2是不變化的，因此:若I1等于I2，則可測(cè)量電流:若I等于U/Z，則可測(cè)量電壓:若I1等于I，I2等于U/Z,則可測(cè)量有功功率:電動(dòng)系儀表測(cè)量功率時(shí),如果把兩線(xiàn)路中任一個(gè)電流方向改變，偏轉(zhuǎn)角α變成相反符號(hào)，即儀表的指針，向相反方向偏轉(zhuǎn)。因此當(dāng)接入功率表時(shí)，必須使線(xiàn)圈中的電流遵循一定的方向。為此功率表的兩個(gè)線(xiàn)圈均有標(biāo)記，以區(qū)別線(xiàn)圈的始端和終端。如始端以符號(hào)“*”（星號(hào)）或“±”（正負(fù)號(hào)）標(biāo)記。當(dāng)電流從始端流入線(xiàn)圈時(shí)，功率表的指示器偏轉(zhuǎn)才正確。并聯(lián)線(xiàn)路中的附加電阻必須接在動(dòng)圈的非星號(hào)端，否則會(huì)產(chǎn)生較大的靜電誤差，甚至能導(dǎo)致線(xiàn)圈間絕緣的擊穿。§1-6-3電動(dòng)系儀表的誤差和特性

1電動(dòng)系儀表適用于交直流2測(cè)量電流,電壓時(shí)刻度不均勻,測(cè)量功率時(shí)刻度均勻3過(guò)載能力差4抗干擾性差5準(zhǔn)確度不高為了便于進(jìn)行分度，電動(dòng)系儀表一般都在直流下分度。這樣，要求儀表的指示在從直流過(guò)渡到交流時(shí)，只有很小的誤差。由直流過(guò)渡到交流，可看成由頻率為零過(guò)渡到不為零。所以，頻率對(duì)電動(dòng)系儀表的影響是一個(gè)重要問(wèn)題。溫度對(duì)電動(dòng)系儀表也有一定的影響。對(duì)于功率表還有角誤差及靜電影響誤差。由于電壓表的電路中存在電感，可動(dòng)線(xiàn)圈和固定線(xiàn)圈之間存在互感，電路中存在分布電容，以及在測(cè)量機(jī)構(gòu)中存在渦流，以致引起電動(dòng)系電壓表在直流和交流下指示值的差異。這個(gè)差異叫頻率誤差或稱(chēng)交直流轉(zhuǎn)換誤差。固定和可動(dòng)線(xiàn)圈的電阻，游絲（或張絲）的反作用力矩系數(shù)，都受溫度影響。

功率表的轉(zhuǎn)矩是和固定線(xiàn)圈的磁場(chǎng)及可動(dòng)線(xiàn)圈的電流有關(guān)系的。前面推導(dǎo)功率表轉(zhuǎn)矩時(shí)，是認(rèn)為定圈電流?產(chǎn)生的磁通Φ和電流?同相，可動(dòng)線(xiàn)圈的電壓ū和通過(guò)動(dòng)圈的電流?u同相。實(shí)際上，由于固定線(xiàn)圈磁路中的損耗，動(dòng)圈的電感，使得電流?和磁通Φ不同相，其相位角差為θ，電壓ū和電流?u不同相，其相位角差為δ。由于存在相位角θ和δ而引起功率的測(cè)量誤差稱(chēng)為功率表的角誤差。角誤差和功率因數(shù)有關(guān)，當(dāng)在直流電路以及cosφ=1的交流電路使用儀表時(shí)，角誤差不呈現(xiàn)；當(dāng)cosφ=0時(shí)，角誤差達(dá)到最大值。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，角誤差使儀表指示值偏大（與cosφ=1相比），當(dāng)負(fù)載為容性時(shí)，角誤差使儀表指示值偏?。ㄅccosφ=1相比）?？衫眠@個(gè)規(guī)律確定儀表是接在感性線(xiàn)路還是接在容性線(xiàn)路中?！?-8靜電系儀表

§1-8-1靜電系測(cè)量機(jī)構(gòu)和作用原理

靜電系測(cè)量機(jī)構(gòu)是利用帶電體和介質(zhì)組成的系統(tǒng)的電場(chǎng)能量，來(lái)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)的?？蓜?dòng)部分可以是導(dǎo)體（又稱(chēng)電極）也可以是電介質(zhì)。即靜電系測(cè)量機(jī)構(gòu)是一個(gè)電容一個(gè)極板為固定部分,另一極板為可動(dòng)部分。靜電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的荷電系統(tǒng)的電場(chǎng)能量可表示為:靜電系儀表可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)與電壓的平方成正比。

§1-6-3電動(dòng)系儀表的誤差和特性1靜電系儀表適用于交直流2適用于高電壓測(cè)量,適用于高頻電壓測(cè)量3刻度不均勻4過(guò)載能力強(qiáng)5抗干擾性差6準(zhǔn)確度不高靜電系電壓表測(cè)量電壓是方便的，尤其測(cè)量高電壓更顯得十分方便。它不必配用龐大的附加電阻，只要在結(jié)構(gòu)上采取一定的措施，可以直接接入