傳統(tǒng)的模擬式電壓表根據(jù)工作原理一般分為磁電式儀表、整流式儀表、電磁式儀表、電動式儀表等四類。
磁電式儀表是由通電線圈在磁場(永久磁鐵產(chǎn)生)中受到電磁力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)來指示被測電流的大小。該儀表可動線圈的旋轉(zhuǎn)角與流過線圈的電流成正比,即
其中,為指針偏轉(zhuǎn)角度; 為電流靈敏度; 為流過線圈的電流。由于磁電式儀表的偏轉(zhuǎn)部分是線圈,故測量電壓時,不能像電磁式儀表那樣大量增加線圈的匝數(shù),而必須依靠串聯(lián)一個阻值很大的附加電阻來減小取用電流。磁電式儀表不能用來測量交流電,只有配上整流器組成整流式儀表后,才能用于交流測量。
整流式儀表是把交變電壓經(jīng)整流后再通入磁電式儀表,是用磁電式儀表測量交流電的一種方式。整流式儀表電路如圖1所示。該儀表指針的偏轉(zhuǎn)角與被測量的電流平均值成正比,即:
其中,為指針偏轉(zhuǎn)角度; 為常數(shù); 為流過線圈電流的平均值。
圖1整流式儀表電路
測量正弦量時,由于正弦量的波形因數(shù)為常數(shù),故儀表的刻度可以按比例地刻成為有效值;測量非正弦量時,就平均值而言,測量的結(jié)果是準(zhǔn)確的,但由于非正弦量的波形因數(shù)與正弦量不同,故其指針的讀數(shù)不一定準(zhǔn)確。
電磁式儀表是測量交流電壓與交流電流時最常用的一種儀表,在工程應(yīng)用中應(yīng)用得比較普遍。該儀表的指針偏轉(zhuǎn)角與流過線圈電流的平方成正比,即:
電磁式儀表的基本測量量是電流有效值的平方,存在頻率范圍、準(zhǔn)確度和靈敏度及抗外磁能力差等缺點。
電動式儀表由兩組線圈構(gòu)成:固定線圈①和偏轉(zhuǎn)線圈②。針③與偏轉(zhuǎn)線圈同軸,如圖2 a所示。當(dāng)兩個線圈中分別通入電流時,兩者的磁場相互作用,使偏轉(zhuǎn)線圈受力而旋轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角與兩線圈內(nèi)電流的乘積成正比。電動式儀表的偏轉(zhuǎn)角為:
電動式儀表通常用來制作成功率表。一般情況下,固定線圈①為電流線圈,導(dǎo)線較粗,串聯(lián)在被測電路中;偏轉(zhuǎn)線圈②為電壓線圈,導(dǎo)線較細(xì),經(jīng)串聯(lián)附加電阻后跨接在被測電壓兩端,如圖2 b所示。
圖2 電動式儀表結(jié)構(gòu)
(a)線圈示意圖;(b)測量功率示意圖