3.1.1　结构组成

电工指示仪表的任务就是把被测电量或电参数转换为仪表可动部分的机械偏转角，并在转换过程中，使二者保持一定的函数关系，从而用指针偏转角的大小来反映被测量的数值。为实现上述转换，电工指示仪表必须具有测量机构和测量线路两部分。

（1）测量机构

测量机构的作用是将被测量x（或过渡量y）转换成仪表可动部分的机械偏转角。测量机构是电工指示仪表的核心。

各种类型的电工指示仪表的测量机构，尽管在结构及动作原理上各不相同，但是它们都是由固定部分和可动部分组成的，而且都能在被测量的作用下产生转动力矩，驱动可动部分偏转，指示出被测量的大小，这样就注定它们在组成方面有共同之处。从测量机构各元件的功能来看，电工指示仪表的测量机构必须包括以下主要装置。

①转动力矩装置　要使电工指示仪表的指针偏转，测量机构必须有产生转动力矩M的装置。产生转动力矩的结构原理不同，就构成不同系列的指示仪表。例如，磁电系仪表的转动力矩是利用通电线圈在磁场中受到电磁力的作用而产生的。

转动力矩M的大小与被测量x及偏转角α成某种函数关系，即：

M∝f（x，α）

②反作用力矩装置　如果测量机构中只有转动力矩M，则不论被测量有多大，可动部分都将在其作用下偏转到尽头。为此，要求在可动部分偏转时，测量机构中能够产生随偏转角增大而增大的反作用力矩M_f，使得当M=M_f时，可动部分平衡，从而稳定在一定的偏转角α上。

反作用力矩一般由游丝产生。其方向总是与转动力矩的方向相反，大小在游丝的弹性范围内与指针偏转角α成正比。图3-1为用游丝产生反作用力矩的装置。当可动部分带动指针偏转时，游丝被扭紧，产生的反作用力矩随之增大，方向与转动力矩M的方向相反。在游丝的弹性范围内，反作用力矩M_f与偏转角α成线性关系，即：

M_f∝Kα

式中，K为游丝的反作用系数，是一个与游丝的材料及几何尺寸有关的常数。

在电工指示仪表中，除利用游丝产生反作用力矩外，还有利用电磁力来产生反作用力矩的。

③阻尼力矩装置　由于指示仪表的可动部分都具有一定的惯性，因此，当M=M_f时，可动部分不可能马上停止下来，而是在平衡位置附近来回摆动，因而不能立即读取测量结果。为了缩短可动部分摆动的时间以利于尽快读数，仪表中还必须有阻尼力矩装置。电工仪表中常用的阻尼力矩装置有空气阻尼器和磁感应阻尼器两种，如图3-2所示。

图3-2（a）为电动系功率表采用的空气阻尼器。当可动部分运动时，会带动阻尼片运动，而阻尼片在密封的阻尼器盒中运动时，必然要受到空气的阻力，从而产生阻尼力矩M_Z。仪表可动部分运动的速度越快，阻尼力矩越大。

图3-2（b）为电磁系仪表中采用的磁感应阻尼器。当可动部分运动时，带动金属阻尼片在永久磁铁的磁场内运动，从而切割磁感线产生涡流。涡流与永久磁铁的磁场相互作用，产生了阻尼力矩M_Z。

由此可见，阻尼力矩M_Z只在可动部分运动时才产生。阻尼力矩M_Z的大小与运动速度成正比，方向与可动部分的运动方向相反。当可动部分在平衡位置静止不动时，阻尼力矩M_Z=0。因此，可动部分的稳定偏转角只由转动力矩和反作用力矩的平衡关系M=M_f所决定，而与阻尼力矩M_Z无关。

④读数装置　读数装置由指示器和刻度盘组成。

指示器分指针式和光标式两种。指针又分矛形和刀形两种，如图3-3（a）、（b）所示。指针通常用铝合金等材料制成，轻而坚固。大、中型安装式仪表多采用矛形指针，以便远距离读数；小型安装式仪表及便携式仪表多采用刀形指针，以利于精确读数。

光标式指示器如图3-3（c）所示，由灯泡射出的光线经过聚光装置照射到固定在可动部分转轴上的反射镜上，经反射落在标度尺上，就能通过光标指示出被测量的数值。光标式指示器可以完全消除视觉误差，适用于一些高灵敏度和高准确度的仪表。

刻度盘俗称表盘，它是一个画有标度尺和仪表标志符号的平面，如图3-4所示。为了消除视觉误差，有些便携式精密仪表在标度尺下面还安装一块反射镜，只有当指针和指针在镜中的影像重合时读数才准确。

⑤支撑装置　测量机构中的可动部分要随被测量的大小而偏转，就必须有支撑装置。常见的支撑方式有两种：一种是轴尖轴承支撑方式，如图3-5（a）所示，仪表可动部分（如线圈）装在转轴上，转轴两端是轴尖，轴尖支撑在轴承内。另一种是张丝弹片支撑方式，如图3-5（b）所示，其中的弹片对张丝起减振及保护作用，在这种支撑方式中，用张丝弹片代替轴尖轴承，消除了摩擦误差，因而灵敏度很高。目前，许多检流计都采用了这种支撑方式。

（2）测量线路

测量线路的作用是把各种不同的被测量按一定比例转换为能被测量机构所接受的过渡量y。测量线路通常由电阻、电容、电感等常用电子元器件组成。不同仪表的测量线路有所不同，如电流表中使用的是分流电阻，电压表中使用的是分压电阻等。电工指示仪表的基本结构方框图如图3-6所示。

应当指出，为了使仪表指针的偏转角α能正确反映被测量x的数值，偏转角α一定要与过渡量y以及被测量x保持一定的函数关系。即：

α=F（y）=φ（x）