电流表和电压表装置

最初，电压表和电流表只是机械式的，只是多年以后，随着微电子学的发展，才开始生产数字电压表和电流表。尽管如此，即使是现在机械仪表也很流行。与数字式相比，它们具有抗干扰性，并且可以更直观地表示测量值的动态变化。它们的内部机制实际上与第一批电压表和电流表的规范磁电机制相同。

在这篇文章中，我们将了解一个典型表盘的装置，以便任何初学者都能了解电压表和电流表的基本操作原理。

在其工作中，指针式测量装置采用磁电原理。带有明显极片的永磁体固定在适当位置。钢芯固定在这些磁极之间，因此在磁芯和磁极部分之间形成气隙 永久磁场.

一个可移动的铝框插入间隙中，上面缠绕着一圈非常细的金属丝。机架固定在半轴上，可随皮带轮转动。设备的箭头通过螺旋弹簧固定在框架上。电流通过弹簧提供给线圈。

当电流I通过线圈的导线时，由于线圈置于磁场中，其导线中的电流垂直流动，穿过间隙中的磁力线，从线圈的一侧产生旋转力磁场会作用于它。电磁力会产生力矩M，线圈连同框架和手一起旋转一定角度α。

由于间隙中磁场的感应不变（永磁体），扭矩将始终与线圈中的电流成正比，其值将取决于电流和该特定设备的恒定设计参数（c1 ).这一刻将等于：

由于弹簧的存在，阻止框架旋转的反作用力矩将与弹簧的扭转角成正比，即连接到运动部件的箭头的旋转角度：

这样，旋转将继续，直到框架中的电流产生的力矩 M 等于来自弹簧的反力矩 Mpr，即直到达到平衡。此时箭头将停止：

显然，弹簧的扭转角度将与框架电流（和测量电流）成正比，这就是磁电系统器件具有相同刻度的原因。箭头旋转的角度与被测电流的单位之间的比例系数k称为装置的灵敏度。

倒数称为刻度分度或单位常数。测量值被确定为该值除以的乘积 刻度数.

为了避免在箭头从其一个位置过渡到另一个位置期间可移动框架的扰动振动，在这些装置中使用了磁感应或气阀。

磁感应阻尼器是一块铝板，固定在设备的旋转轴上，并始终在永磁体的磁场中随箭头移动。由此产生的涡流使绕组减速。结论是，根据楞次定律，板中的涡流与产生涡流的永磁体的磁场相互作用，阻碍了板的运动，以及板的振荡箭矢迅速的平息下来。这种具有磁感应的减震器的作用是由线圈缠绕在其上的铝制框架发挥的。

旋转框架时，永磁体穿透铝框架的磁通量发生变化，这意味着在铝框架中感应出涡流，当与永磁体的磁场相互作用时，产生制动作用，并且手停止摆动。

磁电设备的空气阻尼器是内部装有活塞的圆柱形腔室，与设备的运动系统相连。当运动部件运动时，翼形活塞停止在腔室中，针的摆动被阻尼。

为了达到要求的测量精度，设备在测量过程中必须不受重力影响，箭头偏转必须仅与线圈电流与永磁体磁场相互作用产生的扭矩有关，并与通过弹簧悬挂框架。

为了消除重力的有害影响并避免相关的误差，以在杆上移动的重物的形式将配重添加到设备的移动部分。

为减少摩擦，钢尖由抛光耐磨钢或钨钼合金制成，轴承由硬质矿物（玛瑙、刚玉、红宝石等）制成。尖端和支撑轴承之间的距离用固定螺钉调节。

为了准确地将箭头设置到零起始位置，该设备配备了校正器。表盘中的校正器是拧出的，并通过弹簧连接到表带。使用螺丝，您可以沿轴稍微移动螺旋线，从而调整箭头的初始位置。

大多数现代设备都有一个可移动部分，该部分以弹性金属带的形式悬挂在一对担架上，用于为线圈提供电流并产生流动扭矩。夹具由一对相互垂直的板簧连接。

老实说，我们注意到除了上面讨论的经典机制外，还有一些设备不仅有 U 形磁铁，还有圆柱形磁铁和棱柱形磁铁，甚至带有内部框架的磁铁，它们本身本身可能是可移动的。

测量电流或电压时，磁电器件按照电流表或电压表电路被包括在直流电路中，区别仅在于线圈的电阻和将器件连接到电路的电路。当然，在测量电流时，不应让所有被测电流都通过设备的线圈，而在测量电压时，也不应消耗太多功率。内置于测量设备外壳中的附加电阻器用于创造合适的条件。

电压表电路中附加电阻的阻值超过线圈阻值很多倍，而且这个电阻是用金属制成的，阻值极小 电阻温度系数如锰铜或康铜。电流表中与线圈并联的电阻称为分流器。

相反，分流器的电阻比测量工作线圈的电阻小几倍，因此只有一小部分被测电流通过线圈导线，而主要电流流过分流器。额外的电阻器和分流器允许您扩展设备的测量范围。

设备箭头的偏移方向取决于通过测量线圈的电流方向，因此，将设备连接到电路时，正确观察极性很重要，否则箭头会朝另一个方向移动.因此，规范形式的磁电设备不适合连接到交流电路，因为针在保持在一个位置时会简单地振动。

然而，磁电设备（电流表、电压表）的优点包括精度高、刻度均匀以及能抵抗外部磁场产生的干扰。缺点是不适合测量交流电（要测量交流电，首先需要整流），需要观察极性，测量线圈的细线容易过载。