2.3.1. Амперметры

Для измерения силы тока обе катушки соединяют параллельно или последовательно:

а) при последовательном соединении , где – чувствительность по току;

б) при параллельном соединении пределы измерения тока больше, чем при последовательном.

2.3.2. Вольтметры

При последовательном соединении обеих катушек угол отклонения составит , где – чувствительность прибора по напряжению.

Для расширения пределов измерения постоянного напряжения применяют добавочное сопротивление, которое вычисляется из выражения .

2.4. Ферродинамические приборы

Ферродинамические приборы являются разновидностью электродинамических, от которых они отличаются только конструктивно. Для увеличения чувствительности неподвижная катушка имеет магнитно-мягкий сердечник – магнитопровод, между полюсами которого размещается подвижная катушка. Однако использование магнитных элементов с нелинейными характеристиками снижает точность прибора и ухудшает частотные свойства. Ферродинамические приборы широко применяются в качестве щитовых ваттметров, амперметров и вольтметров в цепях промышленной частоты.

2.5. Электростатические приборы

Принцип действия приборов электростатической системы основан на взаимодействии двух электрически заряженных тел. Конструктивно они выполняются в виде неподвижной и подвижной пластин, к которым прикладывается измеряемое напряжение.

Энергия электрического поля для рассматриваемой системы составит , а возникающий вращающий момент – . При движении одной из пластин емкость изменяется, тогда . Видно, что электростатические приборы могут служить в качестве вольтметров, пригодных для измерения постоянного и переменного напряжения. Шкала, отградуированная на постоянное напряжение, справедлива для действующего значения переменного напряжения любой формы.

Достоинства электростатических приборов:

• большие пределы измерения (до 30 МВ);

• значительное (более сотни МОм) входное сопротивление постоянному току и, как следствие, малое потребление мощности из измеряемой цепи;

• широкий диапазон частот измеряемых напряжений (до 30 МГц).

Недостатки:

• малая чувствительность;

• изменение емкости в процессе измерения;

• малая надежность;

• нелинейность шкалы;

• влияние температуры и внешнего электрического поля.

2.6. Индукционные приборы

Индукционный прибор состоит из одного или нескольких неподвижных электромагнитов и подвижной части, выполненной обычно из алюминиевого диска. Переменные магнитные потоки, направленные перпендикулярно плоскости диска, пронизывая его, индуцируют в нем вихревые токи. Взаимодействие магнитных потоков с токами в диске вызывает перемещение подвижной части. Наиболее часто такие приборы применяют для учета потребляемой электрической энергии (рис. 2.3).

Д ля представленной на рис. 2.3 системы вращающий момент пропорционален мощности переменного тока:

,

где k – постоянный коэффициент. Тормозящий момент составит , где k₁ – постоянная. Из равенства вращающего и тормозящего моментов можно вывести выражение для , интегрируя которое в интервале времени от 0 до Δt, можно вычислить число оборотов N алюминиевого диска:

,

где k₂ – коэффициент редукции механического счетного механизма, – постоянная счета, – энергия, прошедшая через счетчик за время Δt.

В заключении раздела, посвященного электромеханическим измерительным преобразователям, приведем их основные характеристики (табл. 2.1), достоинства и недостатки. К основным достоинствам рассмотренных преобразователей, кроме вышеперечисленных, можно отнести удобство считывания и стабильность показаний, высокую надежность, в том числе в экстремальных условиях (например, в высокоинтенсивных радиационных полях, в которых электронные приборы, как правило, выходят из строя).

Таблица 2.1.
Основные характеристики электромеханических измерительных преобразователей.
Параметр	Магнитоэлек-трические	Электромагнит-ные	Электродинамические	Электростати- ческие
Угол отклонения
Верхняя частота	0 (до 20 кГц с выпрямителем)	1,5 кГц	1,5 кГц	30 МГц
Нижняя частота	0	0	0	0
Входное сопротивление	мало (катушка + пружины)	мало (катушка)	мало (катушки)	> 100 МОм
Диапазон токов	3∙10-11 А – 50 мА с внут. шунтом – до 50 А, с наруж. шунтом – до 10 кА	1мА – 500 А, с изм. транс. – до 15 кА	(5 мА) 0.1 – 10 (200) А, с изм. трансф. – до 6 кА	–
Диапазон напряжений	1 мкВ – 50 В, с доб. сопр. – до 1.5 кВ	0.1 В – 250 В, с доб. сопр. – 750 В, с изм. транс. – до 15 кВ	до 300 (600) В, с изм. трансф. – до 30 кВ	до 1 МВ
Что измеряет	Постоянные токи и напряжения	Постоянные и переменные токи и напряжения	Постоянные и переменные токи и напряжения; мощность; фаза	Постоянное и переменное напряжение

Существенным недостатком большинства электромеханических преобразователей является сложность изготовления и, как следствие, высокая себестоимость.