第1节 AC Voltmeters and Ammeters (修订中)
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交流机电式仪表机芯有两种基本安排：基于直流机芯设计的机芯和专为交流电使用而设计的机芯。
[](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct- 永磁 (opens new window)动圈（PMMC）仪表的运动将无法正常工作 ，因为指针运动的方向会随着交流电的每个半周期而改变。（下图）
永磁电表的运动，与永磁电机一样，是其运动取决于所施加电压的极性（或者，您可以根据电流的方向来考虑）的设备。
通过这个 D'Arsonval 仪表运动传递交流电会导致指针无用的颤动。
为了使用 D'Arsonval 设计的直流式仪表机芯，必须将_交流电整流_成直流电。
这最容易通过使用称为 _二极管 (opens new window)_的设备来实现。我们看到了示例电路中使用的二极管，演示了从失真（或整流）的正弦波创建谐波频率。无需详细说明二极管如何以及为何如此工作，只需记住它们每个都充当电流流动的单向阀。
每个二极管符号中的箭头指向允许的电流方向。
四个二极管布置在一个电桥中，用于在整个交流周期的所有部分中通过仪表以恒定方向引导交流电：
将交流电通过这个整流后的交流电表运动将驱动它朝一个方向移动。
实际交流电表机芯的另一种策略是重新设计机芯，而无需直流类型固有的极性敏感性。
这意味着避免使用永磁体。可能最简单的设计是使用非磁化铁叶片来抵抗弹簧张力移动指针，叶片被吸引到由要测量的交流量供电的固定线圈，如下图所示。
铁片机电式仪表机芯。
由气隙隔开的两个金属板之间的静电吸引力是另一种产生与施加电压成比例的针移动力的机制。
这对交流电和直流电一样有效，或者我应该说，同样糟糕！所涉及的力非常小，远小于通电线圈和铁叶片之间的磁吸引力，因此这些“静电”仪表运动往往很脆弱，很容易受到物理运动的干扰。
但是，对于一些高压交流应用，静电运动是一项优雅的技术。
如果不出意外，该技术具有极高输入阻抗的优势，这意味着无需从被测电路中汲取电流。此外，静电计移动能够测量非常高的电压，而无需范围 电阻器 (opens new window)或其他外部设备。
当需要重新调整敏感仪表的移动范围以用作交流 电压表 (opens new window)时，可以像在直流仪表设计中一样使用串联的“乘法器”电阻器和/或电阻分压器：（下图）
乘法器电阻器 (a) 或电阻分压器 (b) 缩放基本仪表移动的范围。
但是，可以使用电容器代替电阻器来制作电压表 分压器电路 (opens new window)。这种策略的优点是非耗散（不消耗真正的功率，不产生热量）：
带电容分压器的交流电压表。
如果仪表的运动是静电的，因此本质上是电容性的，则可以串联一个“倍增”电容器以使其具有更大的电压测量范围，就像串联的倍增电阻器提供一个动圈（固有电阻) 仪表动作更大的电压范围：
静电计运动可以使用电容乘法器来乘以基本计运动的刻度。
直流计量一章 (opens new window)中提到的阴极射线管 (CRT) 非常适合测量交流电压，特别是当电子束在管的屏幕上左右扫过，而测量的交流电压驱动电子束上下移动时.
使用这种设备可以很容易地获得交流波形的图形表示，而不仅仅是幅度测量。然而，CRT 的缺点是重量、尺寸、显著的功耗以及对它们不利的脆弱性（由真空玻璃制成）。
由于这些原因，机电式交流电表机芯在实际使用中仍然占有一席之地。
已经讨论了这些仪表移动技术的一些优点和缺点，对于交流计量仪器的设计者和用户来说，还有一个至关重要的因素需要注意。这就是 有效值测量 (opens new window)的问题。
正如我们已经知道的那样，为了与直流和其他不同形状的交流波形进行有意义的比较，交流测量通常采用直流功率等效量表，称为_RMS_ ( R oot- Mean- S quare )。到目前为止讨论的仪表移动技术都没有固有地测量交流量的 RMS 值。
依赖于机械指针运动的仪表运动（“校正”D'Arsonval、铁叶片和静电）都倾向于将瞬时值机械平均为波形的整体平均值。
这个平均值不一定与 RMS 相同，尽管很多时候它被误认为是这样。对于这三种常见的波形形状，平均值和 RMS 值相互比较：
正弦波、方波和三角波的 RMS、平均值和峰峰值。
由于 RMS 似乎是大多数人对使用仪器获得的测量结果感兴趣，而机电式仪表运动自然会提供_平均_测量值而不是 RMS，那么交流电表设计人员应该做什么？作弊，当然！
通常假设要测量的波形形状将是正弦波（迄今为止最常见的，尤其是对于电力系统），然后通过适当的乘法因子改变仪表移动比例。
对于正弦波，我们看到 RMS 等于峰值的 0.707 倍，而平均值是峰值的 0.637 倍，因此我们可以将一个数字除以另一个数字，得到平均值到 RMS 的转换因子 1.109：
换句话说，仪表的移动将被校准，以显示比没有特殊调节时通常（自然）显示的大约高 1.11 倍。必须强调的是，这种“欺骗”只有在使用仪表测量纯正弦波源时才有效。
请注意，对于三角波，RMS 和平均值之间的比率与正弦波不同：
对于 方波 (opens new window)，RMS 和平均值是相同的！校准为准确读取纯正弦波上的 RMS 电压或电流的交流电表_不会_给出正确的值，同时指示除完美正弦波以外的任何东西的幅度。
这包括三角波、方波或任何类型的失真正弦波。随着谐波在大型交流电力系统中成为一种普遍存在的现象，准确的 RMS 测量问题已非同小可。
精明的读者会注意到我在 RMS/Average 讨论中省略了 CRT“运动”。这是因为具有几乎没有重量的电子束“运动”的 CRT 显示的是交流波形的峰值（或峰峰值），而不是平均值或 RMS。
尽管如此，还是会出现类似的问题：如何从中确定波形的 RMS 值？峰值和 RMS 之间的转换因子仅在波形整齐地落入已知形状类别时才成立（正弦、三角形和方形是此处给出的峰值/RMS/平均转换因子的唯一示例！）。
一个答案是围绕 RMS 的定义设计仪表运动：交流电压/电流在为电阻负载供电时的有效热值。假设要测量的交流电源跨接在一个已知值的电阻器上，并且该电阻器的热量输出是用热电偶 (opens new window)之类的设备测量的。
这将提供比任何转换因子都更直接的 RMS 测量方法，因为它适用于任何波形形状：
直读热 RMS 电压表可适应任何波形。
虽然上面显示的设备有些粗糙，并且会遇到其自身独特的工程问题，但图示的概念非常合理。电阻器将交流电压或电流量转换为热（热量）量，从而有效地实时平方值。
系统的质量通过热惯性原理对这些值进行平均，然后校准仪表刻度本身以根据热测量的平方根给出指示：完美的均方根指示都在一个设备中！
事实上，一家主要仪器制造商已将这种技术应用到其高端手持式电子 万用表 (opens new window)系列中，以实现“真有效值”功能。
为不同的满量程操作校准交流电压表和 电流表 (opens new window)与使用直流仪器非常相似：串联“倍增”电阻器用于为电压表提供更高范围的移动，而并联“分流”电阻器用于允许电流表移动进行测量超出其自然范围的电流。
但是，我们并不局限于使用直流电的这些技术：因为我们可以使用交流电变压器，所以仪表范围可以是电磁式的，而不是电阻式“升压”或“降压”，有时远远超出电阻器实际允许的范围为了。
电压互感器 (PT) 和电流互感器 (CT) 是精密仪器设备，制造用于在初级和次级绕组之间产生非常精确的变压比。
它们可以允许小型、简单的交流电表移动，以准确和完全电气隔离指示电力系统中的极高电压和电流（这是乘法器和分流电阻器永远无法做到的）：
(CT) 电流互感器按比例缩小电流。(PT) 电压互感器降低电压。
此处显示的是来自三相交流系统的电压和电流表面板。面板背面可以看到三个“环形”电流互感器 (CT)。面板前面的三个交流电流表（每个额定 5 安培满量程偏转）指示通过 CT 的每个导体的电流。
由于该面板已停止使用，因此不再有载流 导体 (opens new window)穿过 CT“甜甜圈”的中心：
环形电流互感器可将高电流水平缩小到 5 A 满量程交流电流表。
由于互感器的费用（而且通常尺寸很大），它们不用于为除高压和大电流以外的任何应用的交流电表进行缩放。为了将毫安或微安移动缩放到 120 伏或 5 安的范围，可以使用普通精密电阻器（乘法器和分流器），就像使用直流电一样。
# 1. 总结
- 极化 (DC) 仪表移动必须使用称为_二极管_的设备才能指示交流量。
- 机电式仪表运动，无论是电磁式还是静电式，自然会提供测量交流量的_平均值。_这些仪器的量程可以指示 RMS 值，但前提是事先准确知道 AC 波形的形状！
- 所谓的_真有效值_仪表使用不同的技术来提供表示交流波形的实际有效值（而不是偏斜平均值或峰值）的指示。
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