磁电式电流表构造及原理

磁电式电流表构造及原理一．构造（如图1）图1图2（1）基本构件罗列：蹄形磁铁极靴（极掌）圆柱形铁芯矩形铝框转轴两片游丝（螺旋弹簧）指针平衡重调零装置（2）构件介绍A.蹄形磁铁：蹄形磁铁两极产生的磁场为电流表内部磁场的来源B.极靴:极靴也作极掌，金属材质，为蹄形磁铁的延伸。蹄形磁铁两极的内侧为平直的，造成两极间同一水平面的不同位置的磁感应强度不同，那之后放置其间的线圈偏转时所受的磁场力不仅与通入电流有关，还会受磁场强度的影响，这违背了我们的初衷。而我们的初衷是什么呢？从线圈的偏转情况来判断通入的电流大小，也就是说，我们需要的是只有电流影响线圈偏转，不能让磁感应强度也影响线圈偏转，否则对于通入的电流大小判断就会不准确。那如何才能消除磁感应强度不同造成的对线圈偏转的影响呢？首先肯定是要保证线圈在偏转过程中磁感应强度大小处处相等，显而易见，线圈是矩形状的，旋转便会勾勒出圆柱的形状，也就是要保证圆周上的各点磁感应强度大小相同。而极靴的内侧面为弧形，产生的磁感线如圆的半径（如图2），就能保证在一个圆周上的不同位置磁感应强度相同。C.圆柱形铁芯：它的存在与磁场息息相关。它利用了磁化原理，充当蹄形磁铁产生的磁场的圆心，使磁场线真正能同圆的半径。D.矩形铝框:从两个角度来理解此器件。第一，它是一个矩形框，为导线成型于线圈提供支架。第二，为什么是铝制？铝作为一种金属，其表面能形成涡流。那形成涡流有什么用？当电流表不通电时，如果电流表晃动，其指针也会晃动，晃动就存在磨损，要减小晃动，就采用铝框（框有宽度，而线圈的每一根导线不考虑宽度）在蹄形磁铁磁场转动时，通过任选的区域的磁通量会改变，会形成涡流，而涡流所受的磁场力会阻碍铝框继续转动，这也是电磁阻尼的一种。E.转轴：穿过铁芯，上面固定这各种器件，也是各器件发生作用的桥梁（如线圈带动转轴转，转轴又带动指针转）。F.游丝：游丝也成螺旋弹簧，金属制成（能导电），且中心为内桩，内桩固定在转轴上，其外圈末与调零装置相连（详见调零装置介绍）。电流表的游丝有两片，分别固定在铁芯两侧，且盘旋方向相反，即从内桩出发，一片是逆时针旋转，一片是顺时针旋转。当转轴旋转时，一片会收紧，一片会放松，但两片游丝的作用都是阻碍转轴旋转。这里具体阐述一下，游丝是弹簧，而弹簧的弹力就是用来阻碍形变的，而这个形变包含收紧和放松。我们再来想想，既然无论收紧还是放松，都能起到同样的效果，那为什么要两片游丝一个松紧，一个放松，为什么不都收紧或都放松呢？原来，这两片游丝是线圈电流的接入和接出导线（只不过这导线是螺旋的），游丝通有电流，便会产生磁场，而这磁场或多或少会影响蹄形磁铁的磁场，那如何消解？办法就是这两片游丝电流的方向不同，产生的磁场方向不同，便能相互抵消，问题也就迎刃而解了。G.指针：指针固定在转轴上，与线圈平面垂直。线圈转，转轴转，指针转H.平衡重：不难发现，指针的绝大部分是悬空的，那么指针就会有倾斜的趋势，就可能与表盘摩擦，造成磨损和读数不准。于是，我们在指针与转轴的连接处（指针基部）加上一个平衡重，既能减弱指针倾斜趋势，也能起到较好的固定作用。（补充：指针的另一侧往往有空气阻尼器，也有平衡重力的作用，但其主要是利用空气的粘滞性，阻碍指针的持续转动，使指针能较快指定某一读数）I.调零装置：由两部分组成，分别为调零导杆和零点调零螺丝。零点调零螺丝也就是我们在电流表表面所看到的旋钮，而调零导杆主要起连接转轴和零点调零螺丝的装置。承接上文，游丝的外端就旋绕固定在该螺丝上，当转动螺丝，固定在其上的游丝也跟着旋转收紧，带动游丝内侧也旋转，而游丝内侧是固定在转轴上的，转轴一转，指针便转。所以我们常说旋转调零螺丝就是为了拉紧游丝。可对应图1，图3再好好分析琢磨一下二．原理电流由接线柱流入，经过游丝，再进入线圈，于是线圈受磁场力转动。但不能无限转动，所以游丝会产生反作用，当磁场力力矩与游丝的反作用力矩相等时，指针渐渐停了下来。在减缓过程中，不仅游丝有反作用力，铝框和空气阻尼器也有反作用力（与游丝相比，微小不计）现在用数字说话，设线圈的非切割边长为X，切割边长为L,磁场力为F,转动角度为θ，则磁场力力矩W1=FX=BILX图3游丝反作用力力矩W2=Kθ（游丝弹力与转动的角度有关）当指针停止转动时，有W1=W2，即I与θ成正比，故表盘的刻度是均匀的。而在制作做电流表时，考虑磁铁，游丝各方面因素，能算出，通入的多少安的电流对应指针该旋转多大的角度。关于各器件的连接方式，在本文不做过多阐述