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磁电系测量机构的工作原理

时间:2014年01月20日 来源:插卡电表 作者:磁卡电表 点击:

1、转动力矩的产生

当活动线圈通过直流电流时,这个电流所产生的磁场与永久磁铁的磁场相互作用,线圈位于气隙中的垂直边框将受到电磁力的作用,电磁力的方向可以根据左手定则米确定,每个垂直边受到的电磁力的大小为:

F= NBL/

式中:

F--电磁力,N;
N--线圈匝数;
B--气隙巾的磁感应强度,T;
L--线圈垂直边的有效长度(即气隙中部分),m;
I--通过线圈的电流,A。

若线圈的横边宽度为6,则作用于整个线圈的转动力矩为:

M= 2NBLI(b/2)=NBLbI=_NBSI= K1

式中,S=bL,为线圈中一圈导线的面积;K=NBLb,为仪表表头的特性参数。

在此公式中,由于NBLb在仪表做好以后均为定值,所以转动力矩M的大小仅与被测电流I成正比。但是,测量机构的稳定偏转还将取决于游丝张力的反作用力矩与转动力矩的平衡,没有反抗力矩,就不能分辨转动力矩(即电流I)的大小。

2、反作用力矩的产生

当可动线圈偏转时,游丝被旋紧,游丝是一种螺旋形的弹性元什,具有总是力图恢复原状的特性。当其被旋紧后,就产生与可动线圈偏转方向相反的反向力矩。线圈偏转角越大,游丝被扭得越紧,它所产生的反向力矩就越大。反向力矩的大小正比于扭转角(即线圈的偏转角),于是有:
Mα= Wα

式中:
W--游丝反作用力矩系数,其大小取决于游丝的材料和结构尺寸;
α--线圈的偏转角,即指针的偏转角。

当反作用力矩与转动力矩大小相等时,力矩平衡,指针停止偏转,这时指引的偏转角α可通过力矩平衡方程式来得到,即

式中,,称为测量机构的电流灵敏度。对于某一仪表而言,S1是一个常数,因此,指针偏转角α正比于流人线圈的电流,。配合一个特殊的刻度,就能反映被测电流的大小。

3、阻尼力矩

当仪表的可动部分到达平衡位置时,由于惯性的原因,可动部分不会立即停下来,而要在平衡位置附近往复摆动一段时间后才能稳定下米。为了尽快能取得读数,测量机构巾通常都设有阻尼装置,用米产生阻尼力矩,吸收摆动能量,使可动部分迅速在甲衡位置处稳定下来。

阻尼力矩只在可动部分运动时发生作用。一旦运动停止,阻尼力矩立即消失。它的大小与可动部分的运动速度有关,而与偏转角的大小无关。阻尼力矩的方向总是和可动部分的运动方向相反的。

磁电系测量机构利用绕制线圈的铝质框架来产生阻尼力矩。如图1.3所示,当线圈在磁场中运动时,闭合的铝框切割磁力线,使框内产生短路电流ie,其方向由右手定则确定。ie与永久磁铁的磁场相互作用产生电磁力Fe,其方向则由左手定则确定。与Fe对应的力矩就是阻尼力矩。

由图1.3看出,阻尼力矩的方向与铝框运动方向相反,因此,可以使指针在平衡位置上尽快稳定下来。运动停止后,铝框不再切割磁力线,因而短路电流为零,阻尼力矩立即消失。

采用磁电系测量机构作万用表的表头时,它的满偏电流一般为几微安到几百微安。一般用该测量机构的满偏电流米表示万用表的灵敏度,表头的满偏电流越小,万用表的灵敏度越高,这样的表头在构成电压量程时,万用表的内阻越高。

国产各型号的万用表,其表头的灵敏度均为10 - 100μA,如MF-30型万用表,其表头的满偏电流为50 μA。

由于万用表为多用途电表,测量各种电量时都合用同一个表头,所以万用表表头的表盘上有相应于各种被测量的多条标度尺,使用时可根据不同的测量对象读取相应的量值。

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