第三章 电磁系仪表
电磁系仪表是测量交流电压与交流电流的最常用一种仪表。它具有结构简单，过载能力强、造价低廉以及交直流两用等一系列优点。在实验室和工程仪表中应用十分广泛；
电磁系仪表的结构有吸引型、推斥型和吸引 —推斥型三种。结构如下图，固定线圈１和偏心装在转轴的可动铁芯２、转轴上还装有指针３、阻尼翼片４、游丝５；
当线圈通有电流时，产生磁场，偏心铁片被磁化，
而与固定线圈互相吸引，产生偏心力矩，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。
结构原理阻尼原理阻尼原理
电磁系仪表一般采用磁感应阻尼，它是利用阻尼翼片切割永久磁铁的磁场，使翼片中形成涡流 ie，
此电流与磁场Ｂ相互作用产生阻尼力矩见图
因为电磁系仪表的测量线圈磁场很弱，故阻尼磁铁必须用软磁材料屏蔽。电磁系仪表除用磁感应阻尼外，还有采用空气阻尼的。
排斥型仪表结构排斥型仪表
当线圈通有电流时，
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。
原理
电磁系仪表的转动力矩是靠通以被测电流的线圈与铁芯的吸引力产生的，从电工理论可知，线圈的磁场能量为
上式表示，在直流的情况下，电磁系测量机构可动部分的偏转角 α，与电流的平方成比例，由于线圈的自感Ｌ会随着可动铁心偏转而发生变化，则可动部分偏转角 α还与成比例。图表示吸引型电磁系仪表可动铁心磁化受力的原理。
LI21W 2?
I— 被侧电流值,L— 线圈自感系数
d
dLI
2
1
d
dWM 2
原理 —— 驱动力矩
在交流情况：由于可动铁心的惯性，可动部分的偏转来不及跟着瞬时力矩变化，所以其转动力矩决定于瞬时转矩在一个周期的平均值。
可见测量直流的式和测量交流的式完全相同，只要将电流换成交流有效值即可，也就是说可以用直流刻度测量交流有效值。
TTp dtiTddLdttMTM 0 20 121)(1?
d
dLIM
p
2
2
1?
偏转角与电流的关系
反力矩：
当平衡时有：
刻度特性：电磁系仪表的刻度是不均匀的。如果 K
为常数，刻度具有平方律特性，如果不是常数，
刻度与 dL/dα的变化有关，如果适当选择铁心形状，调节铁心与线圈的相对位置，使刚好能补偿平方律的前密后疏缺点，使刻度比较均匀。
DM?
221 d LI K I
2 D d
电磁系仪表的技术性能
使用范围：交直流两用，电磁系仪表即可用于测量直流，也可以用于测量交流。因为线圈电流方向改变时，线圈磁极性和铁心磁极性同时改变，
而保持受力方向不变。这是电磁系仪表特点之一。
仪表结构简单；
仪表中铁磁物质存在着磁滞误差；
灵敏度较低，受外磁场影响大、功耗大；
感抗大、不易用于高频测量；
电磁系防干扰性能
防干扰性能
电磁系仪表由于线圈磁场的工作气隙大，
磁场相对比较弱，外磁场的影响比较明显，
成了附加误差的主要来源，为了防止外磁场的干扰，通常采取以下一些措施。
（１）磁屏蔽：将测量机构装在导磁良好的屏蔽罩内，外磁场的磁力线将沿磁屏蔽罩通过，而不进入测量机构，有时为了进一步削弱外磁场的影响，还采用双层屏蔽，
如图电磁系防干扰性能
（２）无定位结构：即把测量机构的线圈分成二部分且反向串联。当线圈通电时，两线圈产生的磁场方向相反，但转矩却是相加的，见图。外磁场对测量机构的影响是：一个线圈磁场被削弱，
另一个却被增强，两部分结构?完全对称，作用可互相抵消一部分，所以不论仪表放置位置如何，
外磁场的影响总要被削弱，故名为无定位结构。
还应指出，电磁系仪表的可动铁心在直流磁化下，
会产生磁滞误差，同一被测量会有 升降变差。用于交流时，由于涡流效应，其示值略小于直流。
所以电磁系仪表通常不做成交直流两用 。
防干扰措施电磁系电流表和电压表
电磁系测量机构本身就是电流表，只要将被测电流接入固定线圈中即可。由于固定线圈的线径较粗，可以流入大电流，因而不需要分流器。
电磁系仪表的磁场靠线圈产生，为了得到一定的磁场强度，匝数应足够多。线径不能用得很粗，否则重量太大。由于线径细而匝数多，内阻因而较大，消耗功率较多，
测量时将带来一定的误差。
电磁系多量程电流表
当构成多量程电流表时，不宜采用分流器。因为线圈内阻较大，对一定的电流分配关系，分流器电阻也大，它的尺寸和功耗也要增大，这样做不合理。为构成多量限电流表，通常是将固定线圈分段绕制，采用线圈串并联结合的方法改变量程。
如图为双量限电流表；
电磁系多量程电流表电磁系多量程电流表
如将线圈分成四段绕制，通过四段的串联、并联和混联可构成三个量限的电流表。设该线圈的线径允许流过的电流为Ｉ，则通过串并联可得到Ｉ、２Ｉ和４Ｉ的量限；
此外，如配接内附电流互感器将各种被测电流变换成固定线圈允许流过的电流，则构成多量程电磁系交流电流表。
直接测量的电流表，其最高量限一般只做到２００Ａ。例如我国生产的１Ｔ１－Ａ型，１９Ｔ１－Ａ型电磁系安装式电流表；
在发电厂和变电所中，常将一次回路的大电流变为二次回路的标准值，因此电流表必须与电流互感器配合使用。
电磁系多量程电压表
电磁系测量机构串联附加电阻便构成电磁系电压表，如图
由于附加电阻相对于固定线圈的阻抗值是很大的，可近似认为 Iu=U/R
则：
2
u
1 d LI
2 D d
2
2
1 d L U
2 D R d
电磁系多量程电压表电磁系多量程电压表
电压表的内阻应越大越好，才不致于影响被测回路。但是电磁系电压表一方面要保证足够磁化力使仪表产生足够的转矩，另一方面又希望尽量减少匝数，以防止频率误差和温度误差。这样就要求通过仪表的电流大，也就是电压表内阻要小，通常每伏只有几十欧，而磁电系能做到每伏几千欧，可见电磁系电电磁系电压表内阻小，
表耗功率大。
电磁系仪表常见故障表
电磁系仪表是测量交流电压与交流电流的最常用一种仪表。它具有结构简单，过载能力强、造价低廉以及交直流两用等一系列优点。在实验室和工程仪表中应用十分广泛；
电磁系仪表的结构有吸引型、推斥型和吸引 —推斥型三种。结构如下图，固定线圈１和偏心装在转轴的可动铁芯２、转轴上还装有指针３、阻尼翼片４、游丝５；
当线圈通有电流时，产生磁场，偏心铁片被磁化，
而与固定线圈互相吸引，产生偏心力矩，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。
结构原理阻尼原理阻尼原理
电磁系仪表一般采用磁感应阻尼，它是利用阻尼翼片切割永久磁铁的磁场，使翼片中形成涡流 ie，
此电流与磁场Ｂ相互作用产生阻尼力矩见图
因为电磁系仪表的测量线圈磁场很弱，故阻尼磁铁必须用软磁材料屏蔽。电磁系仪表除用磁感应阻尼外，还有采用空气阻尼的。
排斥型仪表结构排斥型仪表
当线圈通有电流时，
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。
原理
电磁系仪表的转动力矩是靠通以被测电流的线圈与铁芯的吸引力产生的，从电工理论可知，线圈的磁场能量为
上式表示，在直流的情况下，电磁系测量机构可动部分的偏转角 α，与电流的平方成比例，由于线圈的自感Ｌ会随着可动铁心偏转而发生变化，则可动部分偏转角 α还与成比例。图表示吸引型电磁系仪表可动铁心磁化受力的原理。
LI21W 2?
I— 被侧电流值,L— 线圈自感系数
d
dLI
2
1
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dWM 2
原理 —— 驱动力矩
在交流情况：由于可动铁心的惯性，可动部分的偏转来不及跟着瞬时力矩变化，所以其转动力矩决定于瞬时转矩在一个周期的平均值。
可见测量直流的式和测量交流的式完全相同，只要将电流换成交流有效值即可，也就是说可以用直流刻度测量交流有效值。
TTp dtiTddLdttMTM 0 20 121)(1?
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2
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偏转角与电流的关系
反力矩：
当平衡时有：
刻度特性：电磁系仪表的刻度是不均匀的。如果 K
为常数，刻度具有平方律特性，如果不是常数，
刻度与 dL/dα的变化有关，如果适当选择铁心形状，调节铁心与线圈的相对位置，使刚好能补偿平方律的前密后疏缺点，使刻度比较均匀。
DM?
221 d LI K I
2 D d
电磁系仪表的技术性能
使用范围：交直流两用，电磁系仪表即可用于测量直流，也可以用于测量交流。因为线圈电流方向改变时，线圈磁极性和铁心磁极性同时改变，
而保持受力方向不变。这是电磁系仪表特点之一。
仪表结构简单；
仪表中铁磁物质存在着磁滞误差；
灵敏度较低，受外磁场影响大、功耗大；
感抗大、不易用于高频测量；
电磁系防干扰性能
防干扰性能
电磁系仪表由于线圈磁场的工作气隙大，
磁场相对比较弱，外磁场的影响比较明显，
成了附加误差的主要来源，为了防止外磁场的干扰，通常采取以下一些措施。
（１）磁屏蔽：将测量机构装在导磁良好的屏蔽罩内，外磁场的磁力线将沿磁屏蔽罩通过，而不进入测量机构，有时为了进一步削弱外磁场的影响，还采用双层屏蔽，
如图电磁系防干扰性能
（２）无定位结构：即把测量机构的线圈分成二部分且反向串联。当线圈通电时，两线圈产生的磁场方向相反，但转矩却是相加的，见图。外磁场对测量机构的影响是：一个线圈磁场被削弱，
另一个却被增强，两部分结构?完全对称，作用可互相抵消一部分，所以不论仪表放置位置如何，
外磁场的影响总要被削弱，故名为无定位结构。
还应指出，电磁系仪表的可动铁心在直流磁化下，
会产生磁滞误差，同一被测量会有 升降变差。用于交流时，由于涡流效应，其示值略小于直流。
所以电磁系仪表通常不做成交直流两用 。
防干扰措施电磁系电流表和电压表
电磁系测量机构本身就是电流表，只要将被测电流接入固定线圈中即可。由于固定线圈的线径较粗，可以流入大电流，因而不需要分流器。
电磁系仪表的磁场靠线圈产生，为了得到一定的磁场强度，匝数应足够多。线径不能用得很粗，否则重量太大。由于线径细而匝数多，内阻因而较大，消耗功率较多，
测量时将带来一定的误差。
电磁系多量程电流表
当构成多量程电流表时，不宜采用分流器。因为线圈内阻较大，对一定的电流分配关系，分流器电阻也大，它的尺寸和功耗也要增大，这样做不合理。为构成多量限电流表，通常是将固定线圈分段绕制，采用线圈串并联结合的方法改变量程。
如图为双量限电流表；
电磁系多量程电流表电磁系多量程电流表
如将线圈分成四段绕制，通过四段的串联、并联和混联可构成三个量限的电流表。设该线圈的线径允许流过的电流为Ｉ，则通过串并联可得到Ｉ、２Ｉ和４Ｉ的量限；
此外，如配接内附电流互感器将各种被测电流变换成固定线圈允许流过的电流，则构成多量程电磁系交流电流表。
直接测量的电流表，其最高量限一般只做到２００Ａ。例如我国生产的１Ｔ１－Ａ型，１９Ｔ１－Ａ型电磁系安装式电流表；
在发电厂和变电所中，常将一次回路的大电流变为二次回路的标准值，因此电流表必须与电流互感器配合使用。
电磁系多量程电压表
电磁系测量机构串联附加电阻便构成电磁系电压表，如图
由于附加电阻相对于固定线圈的阻抗值是很大的，可近似认为 Iu=U/R
则：
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2 D d
2
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1 d L U
2 D R d
电磁系多量程电压表电磁系多量程电压表
电压表的内阻应越大越好，才不致于影响被测回路。但是电磁系电压表一方面要保证足够磁化力使仪表产生足够的转矩，另一方面又希望尽量减少匝数，以防止频率误差和温度误差。这样就要求通过仪表的电流大，也就是电压表内阻要小，通常每伏只有几十欧，而磁电系能做到每伏几千欧，可见电磁系电电磁系电压表内阻小，
表耗功率大。
电磁系仪表常见故障表
