3.1.1　結構組成

電工指示儀表的任務就是把被測電量或電參數轉換為儀表可動部分的機械偏轉角，并在轉換過程中，使二者保持一定的函數關系，從而用指針偏轉角的大小來反映被測量的數值。為實現上述轉換，電工指示儀表必須具有測量機構和測量線路兩部分。

（1）測量機構

測量機構的作用是將被測量x（或過渡量y）轉換成儀表可動部分的機械偏轉角。測量機構是電工指示儀表的核心。

各種類型的電工指示儀表的測量機構，盡管在結構及動作原理上各不相同，但是它們都是由固定部分和可動部分組成的，而且都能在被測量的作用下產生轉動力矩，驅動可動部分偏轉，指示出被測量的大小，這樣就注定它們在組成方面有共同之處。從測量機構各元件的功能來看，電工指示儀表的測量機構必須包括以下主要裝置。

①轉動力矩裝置　要使電工指示儀表的指針偏轉，測量機構必須有產生轉動力矩M的裝置。產生轉動力矩的結構原理不同，就構成不同系列的指示儀表。例如，磁電系儀表的轉動力矩是利用通電線圈在磁場中受到電磁力的作用而產生的。

轉動力矩M的大小與被測量x及偏轉角α成某種函數關系，即：

M∝f（x，α）

②反作用力矩裝置　如果測量機構中只有轉動力矩M，則不論被測量有多大，可動部分都將在其作用下偏轉到盡頭。為此，要求在可動部分偏轉時，測量機構中能夠產生隨偏轉角增大而增大的反作用力矩M_f，使得當M=M_f時，可動部分平衡，從而穩定在一定的偏轉角α上。

反作用力矩一般由游絲產生。其方向總是與轉動力矩的方向相反，大小在游絲的彈性范圍內與指針偏轉角α成正比。圖3-1為用游絲產生反作用力矩的裝置。當可動部分帶動指針偏轉時，游絲被扭緊，產生的反作用力矩隨之增大，方向與轉動力矩M的方向相反。在游絲的彈性范圍內，反作用力矩M_f與偏轉角α成線性關系，即：

M_f∝Kα

式中，K為游絲的反作用系數，是一個與游絲的材料及幾何尺寸有關的常數。

在電工指示儀表中，除利用游絲產生反作用力矩外，還有利用電磁力來產生反作用力矩的。

③阻尼力矩裝置　由于指示儀表的可動部分都具有一定的慣性，因此，當M=M_f時，可動部分不可能馬上停止下來，而是在平衡位置附近來回擺動，因而不能立即讀取測量結果。為了縮短可動部分擺動的時間以利于盡快讀數，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阻尼器兩種，如圖3-2所示。

圖3-2（a）為電動系功率表采用的空氣阻尼器。當可動部分運動時，會帶動阻尼片運動，而阻尼片在密封的阻尼器盒中運動時，必然要受到空氣的阻力，從而產生阻尼力矩M_Z。儀表可動部分運動的速度越快，阻尼力矩越大。

圖3-2（b）為電磁系儀表中采用的磁感應阻尼器。當可動部分運動時，帶動金屬阻尼片在永久磁鐵的磁場內運動，從而切割磁感線產生渦流。渦流與永久磁鐵的磁場相互作用，產生了阻尼力矩M_Z。

由此可見，阻尼力矩M_Z只在可動部分運動時才產生。阻尼力矩M_Z的大小與運動速度成正比，方向與可動部分的運動方向相反。當可動部分在平衡位置靜止不動時，阻尼力矩M_Z=0。因此，可動部分的穩定偏轉角只由轉動力矩和反作用力矩的平衡關系M=M_f所決定，而與阻尼力矩M_Z無關。

④讀數裝置　讀數裝置由指示器和刻度盤組成。

指示器分指針式和光標式兩種。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，輕而堅固。大、中型安裝式儀表多采用矛形指針，以便遠距離讀數；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。

光標式指示器如圖3-3（c）所示，由燈泡射出的光線經過聚光裝置照射到固定在可動部分轉軸上的反射鏡上，經反射落在標度尺上，就能通過光標指示出被測量的數值。光標式指示器可以完全消除視覺誤差，適用于一些高靈敏度和高準確度的儀表。

刻度盤俗稱表盤，它是一個畫有標度尺和儀表標志符號的平面，如圖3-4所示。為了消除視覺誤差，有些便攜式精密儀表在標度尺下面還安裝一塊反射鏡，只有當指針和指針在鏡中的影像重合時讀數才準確。

⑤支撐裝置　測量機構中的可動部分要隨被測量的大小而偏轉，就必須有支撐裝置。常見的支撐方式有兩種：一種是軸尖軸承支撐方式，如圖3-5（a）所示，儀表可動部分（如線圈）裝在轉軸上，轉軸兩端是軸尖，軸尖支撐在軸承內。另一種是張絲彈片支撐方式，如圖3-5（b）所示，其中的彈片對張絲起減振及保護作用，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，許多檢流計都采用了這種支撐方式。

（2）測量線路

測量線路的作用是把各種不同的被測量按一定比例轉換為能被測量機構所接受的過渡量y。測量線路通常由電阻、電容、電感等常用電子元器件組成。不同儀表的測量線路有所不同，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構方框圖如圖3-6所示。

應當指出，為了使儀表指針的偏轉角α能正確反映被測量x的數值，偏轉角α一定要與過渡量y以及被測量x保持一定的函數關系。即：

α=F（y）=φ（x）