3.1.1　結(jié)構(gòu)組成

電工指示儀表的任務(wù)就是把被測(cè)電量或電參數(shù)轉(zhuǎn)換為儀表可動(dòng)部分的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角，并在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，使二者保持一定的函數(shù)關(guān)系，從而用指針偏轉(zhuǎn)角的大小來(lái)反映被測(cè)量的數(shù)值。為實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換，電工指示儀表必須具有測(cè)量機(jī)構(gòu)和測(cè)量線(xiàn)路兩部分。

（1）測(cè)量機(jī)構(gòu)

測(cè)量機(jī)構(gòu)的作用是將被測(cè)量x（或過(guò)渡量y）轉(zhuǎn)換成儀表可動(dòng)部分的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角。測(cè)量機(jī)構(gòu)是電工指示儀表的核心。

各種類(lèi)型的電工指示儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)，盡管在結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理上各不相同，但是它們都是由固定部分和可動(dòng)部分組成的，而且都能在被測(cè)量的作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)，指示出被測(cè)量的大小，這樣就注定它們?cè)诮M成方面有共同之處。從測(cè)量機(jī)構(gòu)各元件的功能來(lái)看，電工指示儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)必須包括以下主要裝置。

①轉(zhuǎn)動(dòng)力矩裝置　要使電工指示儀表的指針偏轉(zhuǎn)，測(cè)量機(jī)構(gòu)必須有產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的裝置。產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的結(jié)構(gòu)原理不同，就構(gòu)成不同系列的指示儀表。例如，磁電系儀表的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是利用通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用而產(chǎn)生的。

轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的大小與被測(cè)量x及偏轉(zhuǎn)角α成某種函數(shù)關(guān)系，即：

M∝f（x，α）

②反作用力矩裝置　如果測(cè)量機(jī)構(gòu)中只有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M，則不論被測(cè)量有多大，可動(dòng)部分都將在其作用下偏轉(zhuǎn)到盡頭。為此，要求在可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量機(jī)構(gòu)中能夠產(chǎn)生隨偏轉(zhuǎn)角增大而增大的反作用力矩M_f，使得當(dāng)M=M_f時(shí)，可動(dòng)部分平衡，從而穩(wěn)定在一定的偏轉(zhuǎn)角α上。

反作用力矩一般由游絲產(chǎn)生。其方向總是與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的方向相反，大小在游絲的彈性范圍內(nèi)與指針偏轉(zhuǎn)角α成正比。圖3-1為用游絲產(chǎn)生反作用力矩的裝置。當(dāng)可動(dòng)部分帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)時(shí)，游絲被扭緊，產(chǎn)生的反作用力矩隨之增大，方向與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的方向相反。在游絲的彈性范圍內(nèi)，反作用力矩M_f與偏轉(zhuǎn)角α成線(xiàn)性關(guān)系，即：

M_f∝Kα

式中，K為游絲的反作用系數(shù)，是一個(gè)與游絲的材料及幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)。

在電工指示儀表中，除利用游絲產(chǎn)生反作用力矩外，還有利用電磁力來(lái)產(chǎn)生反作用力矩的。

③阻尼力矩裝置　由于指示儀表的可動(dòng)部分都具有一定的慣性，因此，當(dāng)M=M_f時(shí)，可動(dòng)部分不可能馬上停止下來(lái)，而是在平衡位置附近來(lái)回?cái)[動(dòng)，因而不能立即讀取測(cè)量結(jié)果。為了縮短可動(dòng)部分?jǐn)[動(dòng)的時(shí)間以利于盡快讀數(shù)，儀表中還必須有阻尼力矩裝置。電工儀表中常用的阻尼力矩裝置有空氣阻尼器和磁感應(yīng)阻尼器兩種，如圖3-2所示。

圖3-2（a）為電動(dòng)系功率表采用的空氣阻尼器。當(dāng)可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)阻尼片運(yùn)動(dòng)，而阻尼片在密封的阻尼器盒中運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然要受到空氣的阻力，從而產(chǎn)生阻尼力矩M_Z。儀表可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)的速度越快，阻尼力矩越大。

圖3-2（b）為電磁系儀表中采用的磁感應(yīng)阻尼器。當(dāng)可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)金屬阻尼片在永久磁鐵的磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生渦流。渦流與永久磁鐵的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生了阻尼力矩M_Z。

由此可見(jiàn)，阻尼力矩M_Z只在可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)時(shí)才產(chǎn)生。阻尼力矩M_Z的大小與運(yùn)動(dòng)速度成正比，方向與可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)方向相反。當(dāng)可動(dòng)部分在平衡位置靜止不動(dòng)時(shí)，阻尼力矩M_Z=0。因此，可動(dòng)部分的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角只由轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和反作用力矩的平衡關(guān)系M=M_f所決定，而與阻尼力矩M_Z無(wú)關(guān)。

④讀數(shù)裝置　讀數(shù)裝置由指示器和刻度盤(pán)組成。

指示器分指針式和光標(biāo)式兩種。指針又分矛形和刀形兩種，如圖3-3（a）、（b）所示。指針通常用鋁合金等材料制成，輕而堅(jiān)固。大、中型安裝式儀表多采用矛形指針，以便遠(yuǎn)距離讀數(shù)；小型安裝式儀表及便攜式儀表多采用刀形指針，以利于精確讀數(shù)。

光標(biāo)式指示器如圖3-3（c）所示，由燈泡射出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)聚光裝置照射到固定在可動(dòng)部分轉(zhuǎn)軸上的反射鏡上，經(jīng)反射落在標(biāo)度尺上，就能通過(guò)光標(biāo)指示出被測(cè)量的數(shù)值。光標(biāo)式指示器可以完全消除視覺(jué)誤差，適用于一些高靈敏度和高準(zhǔn)確度的儀表。

刻度盤(pán)俗稱(chēng)表盤(pán)，它是一個(gè)畫(huà)有標(biāo)度尺和儀表標(biāo)志符號(hào)的平面，如圖3-4所示。為了消除視覺(jué)誤差，有些便攜式精密儀表在標(biāo)度尺下面還安裝一塊反射鏡，只有當(dāng)指針和指針在鏡中的影像重合時(shí)讀數(shù)才準(zhǔn)確。

⑤支撐裝置　測(cè)量機(jī)構(gòu)中的可動(dòng)部分要隨被測(cè)量的大小而偏轉(zhuǎn)，就必須有支撐裝置。常見(jiàn)的支撐方式有兩種：一種是軸尖軸承支撐方式，如圖3-5（a）所示，儀表可動(dòng)部分（如線(xiàn)圈）裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸兩端是軸尖，軸尖支撐在軸承內(nèi)。另一種是張絲彈片支撐方式，如圖3-5（b）所示，其中的彈片對(duì)張絲起減振及保護(hù)作用，在這種支撐方式中，用張絲彈片代替軸尖軸承，消除了摩擦誤差，因而靈敏度很高。目前，許多檢流計(jì)都采用了這種支撐方式。

（2）測(cè)量線(xiàn)路

測(cè)量線(xiàn)路的作用是把各種不同的被測(cè)量按一定比例轉(zhuǎn)換為能被測(cè)量機(jī)構(gòu)所接受的過(guò)渡量y。測(cè)量線(xiàn)路通常由電阻、電容、電感等常用電子元器件組成。不同儀表的測(cè)量線(xiàn)路有所不同，如電流表中使用的是分流電阻，電壓表中使用的是分壓電阻等。電工指示儀表的基本結(jié)構(gòu)方框圖如圖3-6所示。

應(yīng)當(dāng)指出，為了使儀表指針的偏轉(zhuǎn)角α能正確反映被測(cè)量x的數(shù)值，偏轉(zhuǎn)角α一定要與過(guò)渡量y以及被測(cè)量x保持一定的函數(shù)關(guān)系。即：

α=F（y）=φ（x）