2.1.1. Амперметры

Для измерения больших постоянных токов параллельно зажимам прибора присоединяется шунт (рис. 2.1), представляющий собой прямоугольную манганиновую пластину.

Выбор шунта для конкретного прибора зависит от внутреннего сопротивления прибора R_A (сопротивление его катушки) и заданного расширения пределов измерения , где I – измеряемый ток и I_A – максимальная величина измеряемого данным амперметром тока.

Как видно из представленных вычислений и схемы, через катушку прибора будет протекать ток I_A в m раз меньше, а через шунт I_Ш в m-1 раз больше измеряемого тока I.

2.1.2. Вольтметры

При параллельном подключении магнитоэлектрического прибора к участку электрической цепи можно измерить напряжение. Для угла поворота можно записать

,

где – чувствительность вольтметра по напряжению; – сопротивление проводов катушки, которое, как правило, незначительно.

Для измерения больших напряжений последовательно с вольтметром включают добавочный резистор с сопротивлением R_Д (рис. 2.2). Его значение зависит от измеряемого напряжения U, максимальной величины измеряемого вольтметром напряжения U_V и внутреннего сопротивления вольтметра R_V.

И з приведенных вычислений и схемы следует, что на входном сопротивлении прибора падение U_V составит U/m, а на добавочном резисторе R_Д – U(m-1)/m.

2.2. Электромагнитные приборы

Узел для создания вращающего момента состоит из плоской или круглой катушки, по которой протекает измеряемый ток, и сердечника, закрепленного на оси указателя.

Принцип действия прибора электромагнитной системы заключается во взаимодействии магнитного поля катушки с подвижным ферромагнитным сердечником.

Энергия, запасенная в катушке, может быть выражена как

.

При движении сердечника индуктивность катушки L меняется. Тогда вращающий момент будет .

Из условия М_В=М_П () можно вывести выражение для : .

Видно, что отклонение указателя пропорционально квадрату измеряемого тока. Градуировка шкалы на постоянном токе соответствует среднеквадратичным (действующим) значениям переменного тока.

Достоинства электромагнитных приборов:

- простота конструкции и надежность.

Недостатки:

- малая чувствительность;

- значительное потребление мощности от измеряемой цепи (до 1 Вт);

- нелинейность шкалы: начало сжато, конец растянут;

- значительная погрешность из-за ферромагнитного сердечника, в котором возникают вихревые токи и магнитный гистерезис;

- много влияющих величин (температура окружающей среды, из-за которой изменяется сопротивление обмотки катушки и её геометрические размеры; внешнее магнитное поле; частота измеряемого переменного тока).

2.3. Электродинамические приборы

Узел для создания вращающего момента состоит из неподвижной катушки, внутри которой располагается подвижная. Принцип действия заключается во взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек, по которым протекают измеряемые токи.

Энергия, запасенная в обеих катушках, определяется как ,

где – взаимная индуктивность между катушками. Из выражения для W_ЭМ можно вывести формулу для вращающего момента и угла отклонения:

.

Для переменного тока , где – фазовый сдвиг между действующими значениями тока.

Достоинства электродинамических приборов:

– возможность перемножать измеряемые величины, т.е. измерять мощность;

– малая погрешность, так как в механизме нет магнитных элементов.

Недостатки:

– малая чувствительность;

– значительное потребление мощности;

– сложность конструкции;

– недопустимость перегрузок.