淺析電工儀表的分類及其應用

韓達　曹鴻儒

摘 要：21世紀隨著電力行業的不斷發展，電工儀表擔負著電能測量的重任。本文簡單介紹幾種常用的電工儀表。

關鍵詞：磁電系;電磁系;電動系;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處不在，這種特殊的能量是人們感官不能直接感覺和反映的。在電能的生產、分配中，只有通過電工儀表的測量才能對其加以監測從而保證電力系統安全經濟的運行。通常人們把電工儀表叫做電力工業的“眼睛”。

1.2 電測量指示儀表構成

電測量指示儀表可以分為測量線路和測量機構兩個部分。其中測量線路是將被測量a轉為測量機構的過度量b;之后測量機構再把過度量b轉化為指針的角位移c。通常情況下測量機構的過度量和角位移是保持一定的函數關系，通過角位移的值就能得到被測量的值。

2 電工儀表的分類

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

（2）按使用環境條件：可分為A、A1、B、B1、C五個組。

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

（4）按儀表防御外磁場或電場影響的性能：可分為I、II、III、IV四等。

（5）按讀數裝置：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、電動系、感應系、靜電系等。

按照工作原理分類的電工儀表：

（1）磁電系儀表。磁電系儀表的測量機構由固定部分和可動部分組成。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;鋁框架上的可動線圈、前后兩根半軸與轉軸相連的指針、平衡錘、游絲組成可動部分。

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

（2）電磁系儀表。電磁系儀表是利用動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。無論是哪種儀表，當通過固定線圈的電流增大時，可動部分的轉動力矩會增大。由數學關系得：

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

（3）電動系儀表。電動系的測量機構是通過兩個通電線圈之間的電動力來產生轉動力矩的。它由固定線圈和可動線圈組成，游絲產生反作用力矩的同時可引入引出可動線圈的電流，空氣阻尼器用來產生阻尼力矩。當固定線圈和可動線圈分別通電流I1和I2時，可動線圈會在力矩作用下發生偏轉，因為通電的可動線圈處在固定線圈產生的磁場中。根據電磁感應定律可知M=kB1I2，同時B1=kI1由此可知M=kI1I2。（B1—固定線圈產生的磁場。I1—固定線圈通過的電流;I2—可動線圈通過的電流;k為系數）反作用力矩由游絲產生Mc=Dc。由轉動力矩的公式可知當通入交流時，同時改變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

（1）磁電系儀表。磁電系儀表的準確度高，由于表本身的磁場很強，受到的外磁場影響很小;靈敏度高，因為表頭內永久磁鐵磁場很強，線圈有很小的電流就能使表頭偏轉;由于偏轉角和線圈電流成正比，所以儀表刻度均勻;因被測電流通過游絲導入可動線圈，電流過大就會使游絲發熱從而使彈性發生變化導致過載能力小;儀表只能測量直流，因為通入交流時，產生的轉動力矩是交變的，可動部分由于慣性作用不會轉到。一般用作磁電系電流表、電壓表和萬用表等。

（2）電磁系儀表。電磁系儀表結構簡單，過載能力大，因為電磁系測量機構的活動部分不通過電流;因為電磁系表的磁場由通電線圈建立的，因此使得它的靈敏度要低得多;電磁系儀表本身磁場較弱，外磁場對其影響較大，通常采用磁屏蔽措施或無定位結構來提高抗外磁場的能力。一般用作電磁系電流表和電壓表。

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

參考文獻：

[1]莊建源，陳惠群.《電工儀表與測量》教材的特點[J].現代技能開發，2002-11.

[2]何港鈴.電工儀表的測量誤差與消除辦法[J].智庫時代，2018-11-26.