电工仪表及测量培训教案

1、电工仪表与测量第一节 电工仪表与测量的基本知识一、常用电工仪表的分类、组成与误差定义：用来测量各种电量、磁量及电路参数的仪器、仪表统称为电工仪表。（一）分类电工仪表的分类：（按结构和用途分类）指示仪表、比较仪表、数字仪表一）指示仪表：1、定义：能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接显示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。2、分类：（1）按工作原理分类：有电磁系仪表、磁电系仪表、电动系仪表、感应系仪表等。（2）按被测量分类：有电流表、电压表、功率表、电能表、相位表等（3）按使用方法分类：有安装式、便携式。安装式仪表：固定安装在开关板或电器设备面板上的仪表，又称面板式仪表。准确

2、度不高，广泛用于发电厂、配电所的运行监视和测量中。便携式仪表：可以携带的仪表，准确度较高，广泛用于电气实验、精密测量及仪表检定中。（4）按准确度等级分类：有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7个等级。（5）按使用条件分类：有A、B、C三组类型。A组仪表适用于环境温度为0400C；B类仪表适用于20500C；C组仪表适用于40600C。相对湿度条件均为85%范围内。（6）按被测电流种类分类：有直流仪表、交流仪表以及交、直流两用仪表。二）比较仪表：在测量过程中，通过被测量与同类标准量进行比较，根据比较结果确定被测量的大小。分直流比较仪表和交流比较仪表。例直流单臂电桥、双臂电桥

3、，交流电桥。三）数字仪表：采用数字测量技术，以数字的形式直接显示出被测量的大小。有数字电压表、数字万用表、数字频率表等。（二）电工指示仪表的组成电工指示仪表的任务就是要把被测电量、磁量或电参数转换为仪表可动部分的机械偏转角，转换过程中两者保持一定的函数关系，从而用指针偏转角的大小来反映被测量的数值。为实现上述转换，电工指示仪表必须具有测量机构和测量线路两部分组成。1测量机构测量机构的作用是将被测量x（或过渡量y）转换成仪表可动部分的机械偏转角。测量机构是电工指示仪表的核心。2测量线路测量线路的作用是把各种被测量按一定的比例转换为能被测量机构所能接受的过渡量。测量线路通常由电阻器、电容器、电感器

4、等电子元件组成。不同仪表的测量线路各不相同，如电流表采用分流器。测量线路测量机构测量对象x过渡量y指针偏转角F(y)=(x)电工指示仪表的结构方框图：3. 测量机构的组成及各部分的作用测量机构按各部分的动与不动来分的话，可分为固定部分和可动部分两大块。按各部分的作用来分可分为产生转动力矩装置、产生反作用力矩装置、产生阻尼力矩装置、读数装置、支撑装置五部分。（如图）1产生转动力矩装置不同的测量机构产生转动力矩的装置不同，作用原理不同，但作用都相同，就是能产生转动力矩，使可动部分产生偏转。转动力矩的特点：转动力矩的大小M与被测量x以及指针偏转角成某种函数关系，即：Mf(x, )2.反作用力矩装置如

5、果测量机构中只有转动力矩M，则不论被测量有多大，可动部分都将在其作用下转到尽头。为此，要求可动部分偏转时，测量机构中能够产生随偏转角增大而增大的反作用力矩Mf，使得当M=Mf时，可动部分平衡，从而稳定在一定的偏转角上。产生反作用力矩装置一般采用的是游丝。反作用力矩的特点：作用:使可动部分偏转与被测量相对应的角度。在游丝的弹性范围内，大小：大小与可动部分的偏转角成正比，即Mf=D。式中D为游丝是反作用系数，是一个只与游丝的材料性质及几何尺寸有关的常数。方向:与转动力矩方向相反。3阻尼力矩装置由于指示仪表的可动部分都有一定的惯性，因此，当M=Mf时，可动部分不可能马上停止下来，而是在平衡位置附近来

6、回摆动，因而不能尽快读取测量结果。为了缩短可动部分的摆动时间以利于尽快读数，仪表中还必须有阻尼力矩的装置。常用阻尼装置有空气阻尼器见图、磁感应阻尼器见图。空气阻尼器原理：当可动部分运动时，带动阻尼片2运动，而阻尼片2在密封的阻尼器盒1中运动时，必然受到空气的阻力，从而产生阻尼力矩Mz。显然，仪表可动部分的运动速度越快，阻尼力矩越大。磁感应阻尼器原理：当可动部分摆动时，带动阻尼片3在永久磁铁4的磁场内运动，从而切割电磁线产生涡流，该涡流与永久磁铁的磁场相互作用，产生了阻尼力矩Mz，阻碍了可动部分的摆动。显然，仪表可动部分的运动速度越快，产生涡流越大，阻尼力矩越大。阻尼力矩的特点：作用：缩短可动部

7、分的摆动时间以利于尽快读数。方向；与可动部分的运动方向始终相反。大小：与可动部分的运动速度的平方成正比关系。当可动部分静止时，阻尼力矩等于零。4、读数装置读数装置由指示器和刻度盘组成。指示器分指针式和光标式两种。指针分矛形和刀形。矛形指针多用于大、中型安装式仪表中，以便远距离读数；刀形指针多用于小型安装式仪表及便携式仪表中以利于精确读数。光标式指示器由灯泡1射出的光线经过聚光装置2照射到固定在可动部分转轴上的反射镜3上，经反射落到标度尺上，就能通过光标指示出被测量的数值。光标指示器可以完全消除视觉误差，适用于一些高灵敏度和高准确度的仪表。刻度盘又叫表盘，它是一个画有标度尺和仪表标志符号的平面。

8、为消除视觉误差，有些便携式精密仪表在标度尺下面还安装一块反射镜，当看到指针和指针在镜中影像重合时才能读数。5、支撑装置测量机构中的可动部分要随被测量大小而偏转，就必须有支撑装置。常见的支撑方式有轴尖轴承支撑方式和张丝弹片支撑方式。轴尖轴承支撑方式：轴尖在轴承中转动时存在摩擦误差。张丝弹片支撑方式：弹片对张丝起减振和保护作用，这种支撑方式没有摩擦误差存在，因而灵敏度很高，适用于精密度比较高的仪表，例检流计。（三）仪表的误差及分类仪表误差：仪表的测量结果与被测量的实际值之间存在的差值叫误差。一）仪表误差分类：根据产生误差的原因，仪表误差分为两类：（1）基本误差：仪表在正常的工作条件下（指规定的温度

9、和放置方式、频率，没有外磁场和外电场的干扰等）由于仪表的结构、工艺等方面的不完善而产生的误差叫基本误差。它是仪表本身所固有的。如：仪表活动部分的摩擦、标度尺刻度不准、零件装配不当等原因造成的误差，都是仪表的基本误差。（2）附加误差：仪表偏离了规定的工作条件（如温度、频率、波形的变化超出规定的条件，工作位置不当或存在外电场和外磁场的影响）而产生的误差叫附加误差。它是一种因外界工作改变而造成的额外误差。仪表在非正常的工作条件工作时所产生的误差包括基本误差和附加误差两部分。二）误差的表示方法1、绝对误差：仪表的指示值Ax与被测量的实际值Ao之间的差值，叫绝对误差，用表示。即：=Ax-Ao （11）例

10、11 用一只标准电压表来校验甲、乙两只表，当标准表的指示值为220V时，甲、乙两表的读数分别为220.5V和219V，求甲、乙两表的绝对误差。解：由式（11）得甲表的绝对误差 1Ax-A0220.5-220+0.5V乙表的绝对误差 2Ax-A0219-2201V结果表明，绝对误差有正、负之分，并且单位与被测量一致。正误差说明仪表指示值比实际值大，负误差说明指示值比实际值小。甲表指示值偏离实际值有0.5V，乙表偏离指示值有1V，说明甲表的测量结果比乙表更准确。实际应用中，对准确度较高的仪表，一般都给出该表的校正值，以便在测量过程中校正被测量的指示值，从而提高测量准确度。什么是校正值？由（11）可

11、得： A0=Ax-=Ax(-)=AxC式中C=称为仪表的校正值。当用不同的仪表来测量同一被测量时，可通过绝对误差的绝对值|来比较仪表测量结果的准确程度，但是用不同的仪表来测量不同的被测量时，就不能用绝对误差来比较了，而要用另外一种误差相对误差来比较了。例：甲表测量200V电压时12V,乙表测量10V电压时21V,通过绝对误差的大小反映不出哪一个表的准确度更高一些。2、 相对误差：绝对误差与被测量的实际值的比值的百分数叫相对误差。用表示。即：/A0×100% 没有单位例：用甲表测量100V的电压，甲2V；用乙表测量10V的电压，乙1V，求其相对误差。解：甲表：甲2/100×1

12、002 乙表：乙1/10×10010由以上结果可见乙表的测量结果要比甲表的测量结果要准确。在实际测量中，相对误差不仅常用来表示测量结果的准确程度，而且便于在测量不同大小的被测量时，对其测量结果的准确程度进行比较。3、引用误差m相对误差可以表示测量结果的准确程度，但却不能说明仪表本身的准确程度。对同一只仪表，在测量不同被测量时，由于摩擦等原因造成的绝对误差虽然变化不大，但被测量却可以在仪表的整个刻度范围内变化。显然，对应于不同大小的被测量，就有不同的相对误差。因此，不能用相对误差来全面衡量一只仪表的准确程度。工程上，一般采用引用误差来反映仪表的准确程度。绝对误差与仪表量程比值的百分数，

13、叫引用误差，m/Am×100由上式可看出，引用误差实际上就是仪表在最大读数时的相对误差。因绝对误差基本不变，仪表量程Am也不变，故引用误差m可用来表示仪表的准确程度。三）仪表的准确度由于指示仪表在测量不同被测量时，绝地误差会多少有些变化，因而造成引用误差也随之有些变化。为使引用误差能包括仪表所有的基本误差，工程上规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。仪表的最大绝对误差m与仪表量程Am比值的百分数，叫仪表的准确度K。即：±Km/Am×100式中K表示仪表的准确度等级，它的百分数表示仪表在规定条件下的最大引用误差。显然，最大引用误差越小，仪表的基本误差越小。仪表的准确

14、度等级与仪表的基本误差之间的关系如下：仪表的基本误差准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（）±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0若已知仪表的量程、准确度等级，可求出该仪表所允许的最大绝对误差m，即m例13 计算准确度等级为1.5级，量程为250V的电压表的最大绝对误差。解：m±3.75V例14 用准确度等级为2.0级、量程为100A的电流表，分别测量5A和100A的电流，求其相对误差各为多少？解：先求出该表的最大绝对误差m±2.0A测量5A电流时出现的最大绝对误

15、差为×100=×100=±40%测量100A电流时出现的最大绝对误差为由以上结果可看出，在一般情况下，测量结果的准确度并不等于仪表的准确程度。只有当被测量正好等于仪表的量程时，两者才会相等。被测量越接近于仪表的量限，测量误差就越小。因此决不能把仪表的准确度与测量结果的准确度混为一谈。为保证测量结果的准确性，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的量程，通常测量时要使仪表的指针能指在满刻度的后三分之一段。二、常用电工测量方法及测量误差电工测量：将被测电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定出被测量的大小的过程。度量器：测量单位的复制体（通常所说的标准量）。例标

16、准电池、标准电阻、标准电感就分别是电动势、电阻、电感的复制体。根据度量器是否参入到测量中，以及获取测量结果的方式不同，电工测量方法可分为以下几种：（一）直接测量法1、定义：通过仪表的指针指示直接指示出被测量数值，而无需度量器直接参与的测量方法，叫直接测量法。例：电流表测电流、电压表测电压等。2、优点：方法简便，读数迅速。3、缺点：由于仪表接入被测电路后，会使电路的工作状态发生变化，因而这种测量方法准确度较低。（二）间接测量法1、定义：测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过电工公式计算求得被测量数值的方法，叫间接测量法。例：用伏安法测量电阻，用电压表测三级管集电级电流。2、优点：适用于一些用直

17、接测量法不方便、准确度要求不高的特殊场合。3、缺点：测量误差较大。（三）比较测量法1、定义：在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值的方法，叫比较测量法。例：直流单臂电桥测电阻。根据被测量与标准量比较方式的不同，比较测量法又分为以下三种：（1）零值法 在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等（即两者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫零值法。如用平衡电桥测电阻就属于这种方法。（2）差值法利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定出被测量数值的方法，叫差值法。例：不平衡电桥测电阻。（3）代替法在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则

18、被测量就等于已知标准量，叫代替法。2、优点：准确度高。3、缺点：设备复杂，操作麻烦，通常适用于测量要求准确度较高的场合。（四）测量误差及消除方法在测量过程中，由于受到测量仪表、测量方法、试验条件、外界环境以及观测经验等方面因素的影响，造成测量结果与被测量的实际值之间存在一定的差异，这种差异称为测量误差。根据测量误差产生的原因不同，测量误差可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三类。一）系统误差指在相同条件下多次测量同一被测量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件改变时遵循一定规律变化的误差。1.系统误差包括：仪表误差和方法的误差。（1）测量仪表（设备）的误差： 包括测量仪表本身不完善而造成的基本

19、误差以及由于仪表工作条件改变而造成的附加误差。（2）测量方法的误差： 由于所用的测量方法不完善、仪表安装或配线不当、外界条件变化以及测量人员操作技能和经验不足或采用了近似计算公式而引起的误差。2.系统误差的消除根据系统误差产生的原因，可采取相应的措施加以消除。消除方法有：（1）重新配置合适的仪表或对测量仪表进行校正。（2）采用合理的测量方法（3）采用特殊的消除方法：1）正负消去法：对同一量进行两次测量，使测量结果中的一次误差为正，一次为负，取其结果的平均值，就能消除这种系统误差。例：为消除外磁场对电流表读数的影响，可将电流表放置的位置调换1800 后再测量一次，则在两种位置下测量结果的误差负号

20、必是一正一负，取其平均值后，就能消除这种由外磁场影响而引起的系统误差。2）替代法：用已知量代替被测量，并使仪表的工作状态保持不变，于是，由已知量的数值便可求得被测量。这样，由仪表本身的不完善和外界因素的影响对测量结果不发生作用，从而消除了系统误差。3）引入校正值：（书上没有列出）若已知仪表的校正曲线，则可将相应的校正值引入到测量结果中，即把测量值加上相应的校正值，从而消除系统误差。二）偶然误差偶然误差是一种大小和符号都不固定的误差，又称“随机误差”。1.偶然误差产生的原因主要由外界环境的偶发性变化引起。如外磁场、外电场、温度等变化使得在重复测量同一被测量时，其结果不完全相同，从而产生偶然误差。

21、2.偶然误差的消除通过多次测量同一被测量，算出算术平均值的方法来消除偶然误差对测量结果的影响。测量次数越多，其平均值就越接近实际值。三）疏失误差疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差。1.产生疏失误差的原因：由于操作者粗心和疏忽造成的，如测量中读数错误、记录错误、算错数据等。2.疏失误差的消除抛弃不用这个数据，加强操作者的责任心，倡导认真负责的工作态度。第二节 常用测量机构一、磁电系测量机构（一）磁电系测量机构的结构组成及各部分的作用1、 固定的磁路系统：永久磁铁1、极掌2和圆柱形铁心3。作用是在极掌和铁心之间的空气隙中产生较强的均匀磁场。2、 可动部分：绕在铝框架上的可动线圈4、线圈两端装的转

22、轴7、与转轴相连的指针6、平衡锤8以及游丝5。游丝的作用是：1、产生反作用力矩，2、把被测电流导入和导出可动线圈。铝框架的作用是：产生阻尼力矩。3、 磁电系测量机构的分类：根据永久磁铁和可动线圈之间的相对位置不同，我们可以把测量机构分为如下几类：外磁式：永久磁铁在可动线圈的外部。内磁式：永久磁铁在可动线圈的内部。内外磁结合式：可动线圈内、外部都有永久磁铁。这种结构磁性更强，结构可以紧凑。（二）磁电系测量机构的工作原理磁电系测量机构是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的，其原理示意图见图24。当可动线圈中通入电流时，载流线圈在永久磁铁的磁场中将受到电磁力矩的作用而偏转。通电线圈

23、的电流越大，线圈受到的转矩越大，仪表指针偏转的角度也越大；同时，游丝扭的越紧，反作用力矩也越大。当线圈受到的转动力矩与反作用力矩大小相等时，线圈就停留在某一平衡位置，此时，指针就指示出被测量的大小。下面分析仪表可动部分的偏转角与线圈中通入被测电流I之间的关系。如图24所示，极掌与铁心之间气隙的磁场呈辐射状均匀分布，设其磁感应强度为，线圈匝数为N，垂直于磁场方向线圈的有效边长为，则当线圈中通入电流为I时，每个有效边的电磁力F为FNBI线圈受到的转动力矩为M2F2NBI式中为线圈有效边到转轴的距离。由于线圈所包围的面积为S2故有M=NBIS （21）线圈在转动力矩M的作用下发生偏转的同时，引起游丝

24、变形，产生的反作用力矩为MD （22）式中为游丝是反作用系数，为可动部分的偏转角（即指针偏转角）。由式（22）看出，反作用力矩随偏转角的增大而增大，当增大到MM时，可动部分处于平衡状态，指针就停留在某一平衡位置上，指针偏转的角度为。将（21）和（22）代入MM得NBSID整理得 （23）对于已制造好的仪表，N、B、S、D都是常数，所以也是一个常数，用S表示，则式（23）可写成 =SI·I （24）式中SI=叫做磁电系测量机构的灵敏度，表示单位被测量所对应的偏转角。式（24）说明，磁电系测量机构可动部分的稳定偏转角与通过线圈的电流I成正比。因此，可以用偏转角的大小来衡量被测量的大小，并

25、由指针在标度尺上直接显示被测电流的数值。（三） 磁电系仪表的特点由以上分析的磁电系测量机构的结构和原理可以看出，磁电系仪表具有以下特点：1 准确度高、灵敏度高： 由于永久磁铁的磁性很强，能在很小的电流作用下 产生很大的转矩，所以，由于摩擦、温度改变及外磁场影响所造成的误差相对较小，可以忽略，因而准确度高。另外，由SI=NBS/D可知，当B很大时，灵敏度SI必然高。2 刻度尺均匀、便于读数： 因为磁电系测量机构指针的偏转角与被测电流的大小成正比， 因此仪表的标度尺刻度是均匀的。3 过载能力小： 由于被测电流是通过游丝倒入和倒出可动线圈的，而且线圈的导线又很细，所以通入的电流如果太大的话，会使游丝

26、的弹性遭到破坏，甚至烧毁线圈。因此磁电系测量机构的过载能力小。4 功率消耗小： 由于磁电系测量机构通入的电流很小，故仪表本身消耗的功 率很小。5.只能测量直流电量： 由于永久磁铁的极性是固定不变的，所以只有在线圈中通入直流电流，仪表的可动部分才能产生稳定的偏转。如果在线圈中通入交流电流，则产生的转动力矩也是交变的，可动部分由于惯性的作用来不及转过去又的转回来，使得指针只能在零位左右摆动而不能读数，所以，磁电系测量机构只能直接测量直流电量。要想测量交流电流，就必须在测量机构前加上整流器才能使用。6. 磁电系测量机构可动部分的稳定偏转角与通过线圈的电流I成正比。二、电磁系测量机构（一）电磁系测量机

27、构的结构组成及各部分作用主要由固定线圈和可动的软磁铁片组成。电磁系测量机构根据其结构形式的不同，可分为吸引型和排斥型两类。1、吸引型测量机构组成：产生转动力矩的装置固定线圈、偏心地装在转轴上的可动铁片。它们能产生转动力矩。 产生反作用力矩的装置游丝。它只产生反作用力矩而不通过电流。 产生阻尼力矩的装置阻尼片、永久磁铁。组成磁感应阻尼器，产生阻尼力矩。 读数装置指针 支撑装置转轴 此外，为防止永久磁铁的磁场对线圈磁场的影响，在永久磁铁前加装了用导磁性良好的材料制成的磁屏蔽。2、排斥型测量机构组成：固定部分固定线圈、固定在线圈内壁上的固定铁片 可动部分可动铁片、游丝、指针及阻尼片等 （二）电磁系测

28、量机构的工作原理1、吸引型电磁系测量机构的工作原理当固定线圈通电后，线圈产生的磁场将可动铁片磁化，对铁片产生吸引力，使固定在同一转轴上的指针随之发生偏转，同时游丝产生反作用力矩。线圈中电流越大，磁化作用越强，指针偏转角就越大。当游丝产生的反作用力矩与转动力矩相平衡时，指针就稳定地留在某一平衡位置，指示出被测量的大小。显然，当流过线圈的电流方向改变而大小不变时，线圈产生的磁场极性及可动铁片被磁化的极性也同时改变，但它们之间的作用力仍是吸引力，转动力矩的大小和方向不变，保证了指针偏转角不会改变。所以，吸引型测量机构可用来组成交、直流两用仪表。2、排斥型电磁系测量机构的工作原理当电流通过固定线圈时产

29、生磁场，使固定铁片和可动铁片同时磁化，且两铁片的同一侧为相同的极性。由于同性磁极相互排斥， 转动力矩使可动铁片转动，带动指针偏转。当游丝产生的反作用力矩与转动力矩相平衡时，指针就停留在某一位置，指示出被测量的大小。如果线圈中电流方向改变，线圈产生磁场的方向也随着改变，两铁片的磁化极性也同时改变，但其相互排斥力的方向不变。所以，排斥型的结构同样适用于交、直流测量中。综上所述，电磁系测量机构的工作原理是：利用通电流的固定线圈产生磁场，使铁心磁化。然后利用线圈与铁心或铁心与铁心相互作用产生转动力矩，带动指针偏转。3、指针偏转角与线圈中电流的关系分析：对吸引型结构来讲，电磁系测量机构的转动力矩取决于固

30、定线圈的磁场和可动铁片被磁化后的磁场强弱，而它们磁场的强弱又都与被测电流有关。可见，转动力矩的大小应与线圈磁势的平方成正比。对排斥型结构来说，其转动力矩取决于固定铁片和可动铁片被磁化后磁场的强弱，而它们的磁场也都与被测电流有关。所以，排斥型结构转动力矩的大小也应与线圈产生的磁势的平方成正比。显然，电磁系测量机构的转动力矩与线圈磁势的平方成正比，即M=K1（NI）2 （29）K1是一个系数；它与线圈和铁片的尺寸、形状、材料及它们相互位置有关。 游丝产生的反作用力矩是Mf=DD是游丝的反作用系数。当转动力矩和反作用力矩相等时，可动部分停止在某一平衡位置上，指针就有一个稳定的偏转角。由M=Mf有 K

31、1（NI）2=D得：=K（NI）2 （210）式中K=K1/D也是一个系数。式（210）说明，电磁系测量机构指针的偏转角与被测电流的平方成正比，因此可用来测量被测电流的大小。（三）电磁系测量机构的特点1、标度尺刻度不均匀。因与I2成正比。2、准确度和灵敏度都不高。因磁场是由通电的固定线圈产生，比较弱。3、过载能力强。由于被测电流是不经过游丝直接进入线圈的，所以只要绕制固定线圈的导线粗一些，就可以测量较大的电流。4、既可测量直流又可测量交流。由于测量直流时有磁滞误差，故一般只用它作交流仪表，要想将它制成交直流两用表，需要里面的铁片都采用优质的坡莫合金材料。5、易受外磁场的影响。因电磁系仪表的磁场

32、是由固定线圈通入电流而产生的，比较弱，故很容易受外磁场的影响。所以必须设法减少其影响。常用的减少外磁场影响的方法有：（1）磁屏蔽：将测量机构装在导磁性能良好的材料做成的屏蔽罩内。这样外磁场的磁感线将沿着屏蔽罩穿过，而不会影响罩内的测量机构。有时为进一步削弱外磁场的影响，可采用两层甚至三层磁屏蔽。（2）无定位结构：将固定线圈分成完全相同的两部分且反方向串联，如图所示。当线圈通电以后，两线圈产生的磁场方向相反，但其总转矩却是相加的。一旦有外磁场存在，一线圈的磁场被削弱，另一线圈的磁场必将增强。因两线圈的结构完全对称，所以外磁场对测量机构的总作用相互抵消。不论仪表放在哪里，外磁场的作用总是抵消的，故

33、得名“无定位结构”。三、电动系测量机构（一）电动系测量机构的结构组成：两大部分1、固定部分：固定线圈1，固定线圈分成完全相同的两段，目的一是能使工作磁场比较均匀，二是可以改变电流量程2、可动部分：可动线圈2、指针3、游丝、空气阻尼器和转轴，其中游丝的作用有二，一是产生反作用力矩，二是引导电流（二）电动系测量机构的工作原理电动系测量机构是利用两个通电线圈之间产生电动力作用的原理制成的。如图所示当在固定线圈中通入电流I1时，将产生磁场B1，同时在可动线圈中通入电流I2，可动线圈中的电流就受到固定线圈磁场的作用力，产生转动力矩，从而推动可动部分发生偏转，直到与游丝产生的反作用力矩相平衡为止，指针停在

34、某一位置，指示出被测量的大小。显然，转动力矩M的方向与I1、I2的方向有关。如果I1、I2的方向同时改变，转动力矩M的方向并不改变。所以，电动系仪表既可以测量直流电，又可以测量交流电。由于电动系测量机构中无铁磁物质，固定线圈中磁场大小与通过其中的电流I1成正比。由于电动系测量机构测量直流电时，可动线圈受到的转动力矩M与通电两线圈的电流I1、I2成正比，即M=K1I1I2式中K1是一个与仪表结构有关的系数。当M=M1时K1I1I2=D=KI1I2式中K=是一个系数；D是游丝的反作用系数。上式说明，电动系测量机构测量直流时，可动部分的偏转角与两线圈中电流的乘积成正比。当电动系测量机构测量交流电时，

35、可以证明其转动力矩的平均值为MP=K1I1I2cos根据力矩平衡条件 Mf=MP即 D= K1I1I2cos故 = cos=K I1I2cos该式说明，电动系测量机构测量交流电时，可动部分的偏转角不仅与通过两个线圈电流的有效值有关，而且还与两电流相位差的余弦cos有关。（三）电动系测量机构的特点1、准确度高。由于这种仪表内没有铁磁物质，不存在磁滞误差，故较电磁系仪表的准确度要高，可达0.1级。2、既可测直流也可测交流，并且能测量非正弦电流的有效值。3、能够多种仪表，刻度尺各不相同。其中电动系功率表的刻度尺均匀，电动系电流表和电压表刻度尺不均匀。4、过载能力小。因可动线圈的电流要经过游丝，如果电

36、流太大，游丝易失去弹性或烧断。5、本身消耗功率大。6、易受外磁场的影响。因固定线圈所产生的工作磁场很弱。为消除外磁场的影响，线圈系统通常都采用磁屏蔽或无定位的结构，也可直接采用铁磁电动系测量机构。四、感应系测量机构：功率表只能测量单位时间内负载所消耗的电能，而负载在某一段时间内所消耗的电能通过功率表是测量不出来的，因此电能的测量要用另外一种仪表去测量，即电能表。电能表是专门用来测量电能的仪表，由于电能的单位是度和千瓦·时，所以电能表又叫电度表或千瓦·时表。电能表之所以能用来测量电能是因为它的内部有一个记度器也叫积算机构，它能把负载在某一段时间内消耗的电能自动的累计起来。目前

37、，交流电能的测量大多采用感应系电能表，这种仪表的转动力矩大，成本低，是一种应用广泛的电工仪表。（一）感应系电能表的结构组成及各部分的作用1、驱动元件：（1）组成：它是由电流元件和电压元件组成。电流元件是由电流线圈和绕制电流线圈的U形铁心组成，电流线圈与负载串联，通过它的电流就是负载电流，因此，它的线粗，匝数少。电压元件是由电压线圈和绕制它的E字形铁心组成，电压线圈与负载并联，通过它的电流很少，故其线很细而匝数多。（2）作用：产生一交变的工作磁场。2、转动元件（1）组成：铝盘和固定铝盘的转轴（2）作用：与驱动元件相互作用能产生一个转动力矩使铝盘转动。3、制动元件（1）组成：永久磁铁。（2）作用：与铝盘相互作用能产生一个制动力矩，使铝盘的转速与被测功率成正比。4、记度器（也叫积算机构）（1）组成：与转轴连在一起的蜗杆、涡轮、齿轮和滚轮。（2）作用：通过记度器能直接显示出被测电能的多少。（二）感应系电能表的工作原理1、电能表的电路和磁路一般感应系电能表的铁心结构如图所示。电流元件和电压元件的铁心之间留有间隙，以便使铝盘能在间隙中自由的转动。电压元件的铁心上装有用钢板冲制成的回磁板。回磁板的下端伸入铝盘下部，隔着铝盘与电压元件的铁心柱相对应，构成电压线圈工作磁通的回路。电能表的电路和磁路