关于电测量指示仪表介绍

[拼音]：dianceliang zhishi yibiao

[外文]：electrical indicating instrument

用于测量电流、电压、功率、相位、频率和电阻等电参量的仪表，简称电表。

电测量指示仪表分指针式和数字显示式两大类。指针式仪表是用载流线圈或可磁化物体在磁场中的偏转角直接指示待测电参量的大小；数字式仪表是用模数转换（A/D转换）器把模拟量转换成数字量，再用数码显示器显示电参量的数值。这二类仪表中，前者有机械运动，显示的有效数字少（一般为3位）；后者无机械运动，显示的有效数字较多，读数清楚。虽然数字仪表使用了复杂的电路，但集成器件出现后，使它得到了广泛的应用。

指针式仪表

利用电的磁效应，由仪表运动部分的偏转角直接显示被测电参量的数值。它具有结构简单、稳定可靠的优点，被广泛应用于电力、电信各部门和各类仪器中。它的精度在0.1级至2.5级之间， 误差以δ＝表示，式中Ax是仪表的指示值， As是实际指示值，Am是量程上限值。

按工作原理的不同，常用的指针式电测量指示仪表可分为磁电系、电磁系、电动系三大类，另外还有利用静电相互作用原理制成的静电式仪表如高压静电计，利用电流热效应制成的热电式仪表如热电式电压、电流计等。其中以磁电系仪表应用最广泛。

利用永久磁铁使载流线圈偏转的仪表。它主要用于测量稳恒电流和电压，具有灵敏度高、精度高、功率消耗小、刻度均匀等优点。误差可达0.1％。如配以整流元件或变换器，它还可以用于交流电参量和非电参量的测量，是一种使用范围很广的仪表。这种仪表的构造如图1所示，一个蹄形磁铁的两极做成半圆形，在磁极之间放进一个圆柱形铁芯。在磁极和铁芯的气隙中有一个可绕固定轴转动的线圈，转轴的两端各有一个游丝，在它一端固定一根指针。线圈的两端分别同这两个游丝相接，被测电流通过这两个游丝引入线圈。线圈通过电流时，磁场对线圈产生一个转动力矩，使指针和线圈一起发生偏转，由偏转角度的大小可以测出通过线圈的电流。圆柱形铁芯可使磁力线沿铁芯的半径方向形成均匀的径向磁场，如图 2所示。在转动过程中，线圈的左右两边始终与磁力线垂直，并且因为这是一个均匀的径向磁场，所以线圈受到的转动力矩M的大小始终保持为:M＝BSNI，式中B是磁场气隙中的磁感应强度，S是线圈的有效面积，N是线圈的匝数，I是通过线圈的电流。当线圈转动时，游丝发生变形，产生一个相反方向的力矩M′，随着指针偏转角度增大，M′也相应增大。游丝的反向扭转力矩和指针转过的角度 α成正比。当线圈转动的力矩和游丝的反向力矩M′相等时，线圈处于平衡状态，这时M=M′，所以转动力矩M也和指针偏转角度 α成正比了。对于同一个仪表来说，N、B、S都是不变的，上式表示通过线圈的电流正比于偏转角α，因此可以用指针偏转角α的大小来反映出被测量的大小。

（1）安培计。在电路中供测量交直流电流用的指示仪表。常用的安培计是把磁电系仪表扩大量限后改装成的。通常，未经改装的仪表能够测量的电流仅为几十微安至几十毫安。为了测量更大的电流，可用分流电阻R，分掉大部分电流。除了磁电系安培计外，还有电磁系、电动系、热线系等安培计，后三种安培计主要供测量交流用。图3中，配以合适的并联电阻R，可从Ig直接读出I来。

（2）伏特计。在电路中供测量交直流电压用的指示仪表。通常仪表电阻Rg为几百至几千欧，允许通过的最大电流Ig为几十微安至几毫安，它二端的电压降较小。如果给仪表串联一个高值电阻R，分担大部分电压，就可以用来测较大的电压 U了。加了串联电阻并在刻度盘上直接标出伏特值，仪表就改装成伏特表。图4中， 配以合适的串联电阻R，可从Ug直接读出U来。

（3）欧姆计。根据闭合电路的欧姆定律制成的，可用来直接测量电阻值。见图5。图中电源为干电池，其端电压为U，仪表B的内阻为Rg，允许通过的电流为Ig，变阻器为R′，把三者串接起来，即构成一欧姆计，其中A、B二端接被测电阻Rx。使A、B二端短接时，调节变阻器使通过仪表的电流是I＝Ig，把仪表调至零位。当被测电阻接入仪表后根据欧姆定律，在U、Rg和R′不变的情况下，I的大小取决于被测电阻Rx的大小。对应于每个Rx的值有一个确定的I值。所以只要仪表的标度尺预先按电阻刻度，那么就可以直接用来测量电阻了。

（4）万用电表。又称多用电表，是一种测量电流、电压、电阻等电气参量的小型可携式仪表。它的特点是量限多、用途广。一般的万用电表可以用来测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等。它是由磁电系仪表、选择开关和测量电路等组成。通过选择开关的变换可以方便地测量各种量值。万用电表的种类很多，使用者应根据不同的要求加以选择。它的主要性能是准确度、量程开关和仪表本身所消耗的功率等。一般直流电压档的内阻为1 000欧／伏至20 000欧／伏之间，如引进放大器后可提高到106欧／伏。万用电表精度等级为1～5级。在同一只万用电表中根据量限和被测量的种类不同，可以分别有几种不同的精度等级。

利用载流线圈产生的磁场，使固定在线圈内转轴上的铁片运动，导致指针偏转的仪表。它分为排斥式、吸引式和排斥－吸引式三种。

（1）排斥式。利用载流线圈产生的磁场同时磁化平行放置的动铁片（固定在转轴上）和静铁片（固定在支架上），由于两铁片在同一方向的磁性相同而互相排斥，使动铁片带动转轴转动，当力距与固定在转轴上的游丝产生的反力矩相等时，指针固定的位置即指出待测电参量的数值。结构图见图6。

（2）吸引式。动铁片放在线圈的一端，线圈通电后产生的磁场使动铁片带动轴转动，指针可指示出待测电参量的数值。结构图见图7。

（3）排斥-吸引式。结构与排斥式相似，但线圈内有两个动铁片固定在轴上，且位置互成180°，两个静铁片固定在支架上，这四个铁片组成两对（排斥对和吸引对）铁片组。这种仪表可以减小外界磁场对仪表的影响，提高测量精度。

电磁系仪表除可以测量稳值电流外，还可直接测量交变电流的电参量，如电流、电压等。其缺点在于刻度是非线性的。

利用固定线圈对放置在其中的可以转动的载流线圈的磁相互作用，使运动线圈带动轴转动的仪表。当电磁矩与游丝产生的反力矩相等时，动线圈不再转动，即指示待测电参量的数值。这种仪表受外界磁场的影响较大，因此线圈常需放置在磁屏蔽罩内。采取两组共轴的可动线圈及固定线圈组成的仪表时，当两组线圈的磁场方向相反时，就可减少外界磁场的影响，而无需设置磁屏蔽罩。结构图见图8。这种电表测量电流一般为毫安级。测量0.5安以上的电流时就需设置分流电路了。它的刻度也是非线性的。

数字显示仪表

这种仪器精度高、抗干扰能力强，测量速度快。用它可以测出电流小到10-17安，电压小到10-8伏。在检测小信号时，它具有很高的输入阻抗。A/D转换器常用计数型和积分型。计数型由时钟脉冲控制解码网络的输出电压，将这电压与输入电压比较，二者相等时就停止计数，因此所计的脉冲数目与输入电压成正比，而将模拟量转换为数字量。积分型的原理是用积分器把输入电压变成随时间线性增大的电压，再把这电压按比例变换成时间间隔，然后把时间间隔转换成数字量。数码显示器显示的数都是十进制的。数码显示器一般用辉光数码管、荧光数码管、半导体发光管、液晶等。

数字显示仪表的几个单元都使用了脉冲数字电路，属于电子技术范围，本条对其结构不作详细介绍。