韓達(dá)　曹鴻儒

摘 要：21世紀(jì)隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電工儀表?yè)?dān)負(fù)著電能測(cè)量的重任。本文簡(jiǎn)單介紹幾種常用的電工儀表。

關(guān)鍵詞：磁電系;電磁系;電動(dòng)系;電能

1 電工儀表概念

1.1 電工儀表定義

電能在我們生活中無(wú)處不在，這種特殊的能量是人們感官不能直接感覺(jué)和反映的。在電能的生產(chǎn)、分配中，只有通過(guò)電工儀表的測(cè)量才能對(duì)其加以監(jiān)測(cè)從而保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。通常人們把電工儀表叫做電力工業(yè)的“眼睛”。

1.2 電測(cè)量指示儀表構(gòu)成

電測(cè)量指示儀表可以分為測(cè)量線路和測(cè)量機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。其中測(cè)量線路是將被測(cè)量a轉(zhuǎn)為測(cè)量機(jī)構(gòu)的過(guò)度量b;之后測(cè)量機(jī)構(gòu)再把過(guò)度量b轉(zhuǎn)化為指針的角位移c。通常情況下測(cè)量機(jī)構(gòu)的過(guò)度量和角位移是保持一定的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)角位移的值就能得到被測(cè)量的值。

2 電工儀表的分類

（1）按準(zhǔn)確度等級(jí)：可分為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0等七個(gè)等級(jí)。

（2）按使用環(huán)境條件：可分為A、A1、B、B1、C五個(gè)組。

（3）按外殼防護(hù)性能：可分為普通、防塵、防濺、防水、水密、氣密、隔爆等七種類型。

（4）按儀表防御外磁場(chǎng)或電場(chǎng)影響的性能：可分為I、II、III、IV四等。

（5）按讀數(shù)裝置：可分為指針式、光指示式、振簧式等。

（6）按使用方式：可分為安裝式、可攜式等。

（7）按工作原理：可分為磁電系、電磁系、電動(dòng)系、感應(yīng)系、靜電系等。

按照工作原理分類的電工儀表：

（1）磁電系儀表。磁電系儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)由固定部分和可動(dòng)部分組成。其中永久磁鐵、極掌和固定在支架上的圓柱形鐵芯組成固定部分;鋁框架上的可動(dòng)線圈、前后兩根半軸與轉(zhuǎn)軸相連的指針、平衡錘、游絲組成可動(dòng)部分。

磁電系儀表的工作原理是利用可動(dòng)線圈中通過(guò)的電流和氣隙中永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力而使可動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈中通入電流，電表的可動(dòng)部分受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、反作用力矩和阻尼力矩的作用。其中轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是在線圈中通入電流時(shí)，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用，遵守左手定則：F=BINL（B—?dú)庀兜拇艌?chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度。L—線圈的有效邊長(zhǎng);I—通過(guò)線圈的電流;N—線圈的匝數(shù)）當(dāng)考慮到磁力線方向和圓柱面垂直時(shí)，引入轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的概念：M=Fr=2BLINr=BSIN=KI（K與氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度、線圈尺寸及匝數(shù)有關(guān)）反作用力矩是線圈在電磁力作用下，受到游絲產(chǎn)生的反作用力的效果，其大小與游絲的形變大小成正比，即與線圈偏轉(zhuǎn)角c成正比：Mc=Dc（D是系數(shù)，與游絲材料性質(zhì)、形狀和尺寸有關(guān)）儀表的阻尼力矩屬于電磁阻尼力矩，它由鋁框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流和磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生。根據(jù)右手定則可判斷電流在磁場(chǎng)中的方向，通過(guò)左手定則可判斷受力，該阻尼力矩總是反抗鋁框運(yùn)動(dòng)。同時(shí)在指針的穩(wěn)定位置時(shí)，阻尼力矩就消失了。

（2）電磁系儀表。電磁系儀表是利用動(dòng)鐵片和通電的固定線圈之間或與被此線圈磁化的靜鐵片之間的作用力制成的儀表。一般分為兩種：一種為吸引型，一種為排斥型。無(wú)論是哪種儀表，當(dāng)通過(guò)固定線圈的電流增大時(shí)，可動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩會(huì)增大。由數(shù)學(xué)關(guān)系得：

M=KC（IN）2（KC是個(gè)系數(shù)）。電磁系儀表的反作用力矩由游絲或彈簧產(chǎn)生，反作用力矩為：Mc=Dc。而儀表的阻尼器通常有“磁感應(yīng)阻尼器”和“空氣阻尼器”兩種，以磁感應(yīng)阻尼器為例，當(dāng)金屬片在阻尼磁場(chǎng)中切割磁力線時(shí)，會(huì)在金屬中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流和磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，其方向可以根據(jù)左手定則加以判斷。

（3）電動(dòng)系儀表。電動(dòng)系的測(cè)量機(jī)構(gòu)是通過(guò)兩個(gè)通電線圈之間的電動(dòng)力來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的。它由固定線圈和可動(dòng)線圈組成，游絲產(chǎn)生反作用力矩的同時(shí)可引入引出可動(dòng)線圈的電流，空氣阻尼器用來(lái)產(chǎn)生阻尼力矩。當(dāng)固定線圈和可動(dòng)線圈分別通電流I1和I2時(shí)，可動(dòng)線圈會(huì)在力矩作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因?yàn)橥姷目蓜?dòng)線圈處在固定線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知M=kB1I2，同時(shí)B1=kI1由此可知M=kI1I2。（B1—固定線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。I1—固定線圈通過(guò)的電流;I2—可動(dòng)線圈通過(guò)的電流;k為系數(shù)）反作用力矩由游絲產(chǎn)生Mc=Dc。由轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的公式可知當(dāng)通入交流時(shí)，同時(shí)改變I1和I2的方向，力矩的方向仍然保持不變。

3 電工儀表的特點(diǎn)

（1）磁電系儀表。磁電系儀表的準(zhǔn)確度高，由于表本身的磁場(chǎng)很強(qiáng)，受到的外磁場(chǎng)影響很小;靈敏度高，因?yàn)楸眍^內(nèi)永久磁鐵磁場(chǎng)很強(qiáng)，線圈有很小的電流就能使表頭偏轉(zhuǎn);由于偏轉(zhuǎn)角和線圈電流成正比，所以儀表刻度均勻;因被測(cè)電流通過(guò)游絲導(dǎo)入可動(dòng)線圈，電流過(guò)大就會(huì)使游絲發(fā)熱從而使彈性發(fā)生變化導(dǎo)致過(guò)載能力小;儀表只能測(cè)量直流，因?yàn)橥ㄈ虢涣鲿r(shí)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是交變的，可動(dòng)部分由于慣性作用不會(huì)轉(zhuǎn)到。一般用作磁電系電流表、電壓表和萬(wàn)用表等。

（2）電磁系儀表。電磁系儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過(guò)載能力大，因?yàn)殡姶畔禍y(cè)量機(jī)構(gòu)的活動(dòng)部分不通過(guò)電流;因?yàn)殡姶畔当淼拇艌?chǎng)由通電線圈建立的，因此使得它的靈敏度要低得多;電磁系儀表本身磁場(chǎng)較弱，外磁場(chǎng)對(duì)其影響較大，通常采用磁屏蔽措施或無(wú)定位結(jié)構(gòu)來(lái)提高抗外磁場(chǎng)的能力。一般用作電磁系電流表和電壓表。

（3）電動(dòng)系儀表可交直兩用，由于表中沒(méi)有鐵磁物質(zhì)，不存在渦流和磁滯影響其準(zhǔn)確度高;由于固定線圈磁場(chǎng)較弱，在準(zhǔn)確度高的儀表中也需要采用磁屏蔽或者無(wú)定位結(jié)構(gòu)抵抗外磁場(chǎng)的影響;儀表本身的功率消耗大，過(guò)載能力小，一般用作電動(dòng)系電流表、電壓表、功率表等。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊建源，陳惠群.《電工儀表與測(cè)量》教材的特點(diǎn)[J].現(xiàn)代技能開發(fā)，2002-11.

[2]何港鈴.電工儀表的測(cè)量誤差與消除辦法[J].智庫(kù)時(shí)代，2018-11-26.