
磁电式电流表是中学物理中常用的测量闭合回路电流的仪器。当电流通过线圈时,导线受到安培力的作用,线圈左右两侧的安培力方向相反,所以装在轴上的线圈会转动。当线圈中的电流方向改变时,安培力的方向也随之改变,指针的偏转方向也随之改变。根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向。
工作原理电流表由于蹄片磁铁与铁芯之间的磁场是径向均匀分布的,所以无论铜线圈转到什么角度,其平面都与磁感应线平行。因此,磁矩与线圈中的电流成正比(与线圈位置无关)。当铜线圈转动时,螺旋弹簧会发生扭转,产生阻碍线圈转动的阻力矩,其大小与线圈转动的角度成正比。当磁矩等于螺旋弹簧中的阻力矩时,线圈停止转动,指针偏转的角度与电流成正比,因此电流表刻度是均匀的。当线圈中的电流方向改变时,安培力的方向也随之改变,指针的偏转方向也随之改变。因此,根据指针的偏转方向,就可以知道被测电流的方向。
磁电式电流表的读数是基于电磁阻尼的原理。为了快速稳定指针的摆动,以便快速读数,磁电式电流表将线圈缠绕在封闭的铝框上,在封闭的铝框内产生感应电流,获得电磁阻尼力矩,使线圈快速稳定在指示值的位置。
电磁仪器和磁电仪器是两种不同类型的仪器。它们有很多不同之处,突出表现在性能、结构和表盘上。
(1)这两种仪器可以从表盘上分辨出来。除了图形符号不同,磁电式电流表和电压表的刻度基本一致,而电磁式仪表的刻度由密变疏。
(2)从性能上看,磁电系仪表反映的是通过它的电流的平均值,所以只能用来直接测量DC电流或电压;电磁仪器反映的是通过它的电流的有效值。因此,在不做任何转换的情况下,电磁式仪器可以用来测量DC、交流甚至非正弦电流和电压,但其测量灵敏度和精度不如磁电式仪器高,而功耗比磁电式仪器高。
(3)结构和工作原理的不同是两种仪器的根本区别。虽然分为固定和活动两部分,但具体组成部分是不一样的。
磁电式仪器的固定部分是永磁体,用来产生均匀恒定的磁场;可移动部分的核心是一组线圈。当被测电流流过线圈时,利用通电导线在磁场中受力的原理(即电机的原理)来实现可动部分的转动。磁电式仪表的结构如图1.2所示。
图1.2磁电式仪表测量结构示意图
电磁仪器的固定部分是被测电流流过的线圈,电流流过时能形成强磁场;可移动部分的核心是一片软磁材料(如铁片、坡莫合金等。)可以在时间中磁化。可动部分的偏转是通过被磁化的动铁片与通电线圈(或被磁化的静铁片)的磁极之间的力来实现的。
电磁式仪表因其结构简单、成本低廉,在电气测量中得到了广泛的应用,尤其是开关式交流电流表和电压表。
图1.3电磁仪器测量机构示意图
电磁仪器的结构如图1.3所示。根据测量机构结构形式的不同,可分为扁线圈吸引型和圆线圈排斥型两种。
磁电式电流表的工作原理所用电流表的结构如图1所示。那儿有
蹄片磁铁和铁芯之间的磁场沿径向均匀分布(图2)。无论通电线圈转到什么角度,其平面都与磁力线平行,所以磁场偏转线圈的耦合力矩M1不随偏转角度变化。另一方面,线圈的偏转使弹簧扭曲或松开,因此弹簧产生阻碍线圈偏转的力矩M2。线圈的偏转角越大,弹簧的力矩M2就越大。当M1与M2平衡时,线圈停在某一偏转角度,固定在转轴上的指针也转动相同的偏转角度,指向表盘的某一刻度。
如果安培计通电线圈的匝数为n,则施加在线圈上的偶极矩M1=NBIS。因为NBS是常数值,M1与电流强度I成正比,设k1=NBS,则M1=k1I。另一方面,弹簧产生的力矩M2与偏转角成正比,即M2=k2,其中k2为比例常数。而当M1和M2处于平衡状态时,k1I=k2,即=kI,其中k=k1/k2也是常数。可以看出,测量时指针的偏转角与电流强度成正比,也就是说,这个检流计的刻度是均匀的。
这种用永久磁铁偏转通电线圈的仪器称为磁电式仪器。该仪器具有刻度均匀、精度高、灵敏度高、能测量微弱电流等优点。缺点是价格昂贵,对过载敏感。如果传入的电流超过允许值,很容易烧坏。使用时要特别注意。








