Typy i zastosowanie mierników

Jedną z grup mierników stanowią mierniki magnetoelektryczne. Są to urządzenia, które wykorzystuje się do pomiaru natężenia prądu stałego. Mogą też dokonywać pomiarów innych wielkości , które mogą być z prądem powiązane różnymi zależnościami. W miernikach magnetoelektrycznych prąd płynący w uzwojeniu generuje pole magnetyczne, które oddziałuje magnetoelektrycznych polem wytworzonym przez magnes trwały.

Za element nieruchomy tego urządzenia służy trwały magnes łącznie z nabiegunnikami. Nabiegunniki zbudowane są ze stali magnetycznie miękkiej. Natomiast wymieniona wcześniej cewka stanowi element ruchomy miernika magnetoelektrycznego. Cewka przyjmuje takie położenie, aby oś geometryczna szczeliny obwodu magnetycznego pokrywała się z jej własną osią obrotu.

Cewka połączona jest ze spiralnymi sprężynami, które doprowadzają do niej prąd elektryczny. Powstający w sprężynie moment sił sprężystych powoduje równoważenie momentu sił magnetycznych. Na skutek tego cewka ulega odchyleniu dany kąt odpowiadający odpowiedniej wartości natężeniu prądu elektrycznego. Wartość mierzonego prądu pokazuje wskazówka, która jest przymocowana do cewki. Wynik można odczytać na odpowiedniej skali.

Mierniki magnetoelektryczne mogą być stosowane jako amperomierze, woltomierze i omomierze.

Woltomierz jest miernikiem, stosowanym do wyznaczania napięcia elektrycznego. Włączany jest do obwodu równolegle. Każdy woltomierz zbudowany jest z mikroamperomierza i opornika o dużym oporze właściwym. W trakcie przepływu prądu przez woltomierz urządzenie mierzy natężenie prądu przy dużej oporności właściwej woltomierza. Woltomierze również mogą służyć do pomiarów napięcia prądu stałego jak i zmiennego. Dla prądu zmiennego wyznaczają wartość skuteczną napięcia.

Amperomierz natomiast to urządzenie, które stosuje się do pomiarów natężenia prądu elektrycznego płynącego w obwodzie. Amperomierze włącza się do obwodu szeregowo. Dzięki temu, że charakteryzują się one małym oporem właściwym nie dochodzi do zmian wartości mierzonego natężenia prądu. Amperomierze mogą być stosowane do pomiarów natężenia zarówno prądu stałego jak i zmiennego. W przypadku prądu zmiennego dokonują pomiarów wartości skutecznej natężenia prądu.

Coraz częściej stosuje się uniwersalne mierniki magnetoelektryczne. Mają one tę zaletę, że mogą mierzyć zarówno natężenie jak i napięcie prądu. Pomiary takie mogą dotyczyć zarówno prądu stałego jak i zmiennego. Dzieje się tak dzięki posiadaniu przez nie specjalnych przełączników.

Drugim rodzajem mierników elektromagnetyczne przyrządy pomiarowe. Opierają się na oddziaływaniu między polem magnetycznym generowanym przez cewkę z prądem, a ferromagnetycznym rdzeniem, który znajduje się w tym polu. Wartość natężenia prądu, który płynie przez cewkę można odczytać na specjalnej skali dzięki wskazówce przymocowanej do rdzenia.

Wraz ze wzrostem natężenia prądu w cewce ferromagnetyczny rdzeń podlega coraz silniejszemu wciąganiu w obszar pola. Proporcjonalnie do tej zmiany następuje wychylenie wskaźnika. Mierniki elektromagnetyczne mogą być wykorzystywane zarówno dla prądu stałego jak i przemiennego. Wartości mierzone dla prądu zmiennego to tzw. wartości skuteczne.

Mierników elektromagnetycznych używa się do pomiaru wartości prądu charakteryzującego się mała częstotliwością. I tak amperomierzy można używać do 1.5 kHz, a woltomierzy do 1 kHz.

Ostatnia grupę mierników stanowią mierniki elektrodynamiczne.

Głównymi składnikami takich mierników są dwie cewki. Jedna z nich stanowi element ruchomy, a druga element nieruchomy miernika.

Ruchoma cewka ulega odchyleniu na skutek oddziaływań elektromagnetycznych zachodzących między obydwoma cewkami. Miernik skonstruowany jest tak, że ruchoma cewka umieszczona jest wewnątrz cewki nieruchomej. Znajduje się ona na osi, na końcu której umieszczona jest wskazówka. Prąd do cewki ruchomej doprowadzany jest przez spiralne sprężyny.

Ponieważ przez każdą z cewek płynie prąd elektryczny dlatego dochodzi do pojawienia się oddziaływań elektrodynamicznych między nimi. Powoduje to pojawienie się momentu napędowego. Ale dochodzi również do powstania tzw. momentu zwracającego sprężyn spiralnych. Ten moment zwracający równoważy moment napędowy.

Mierniki elektrodynamiczne mogą być stosowane jako amperomierze, woltomierze, lub watomierze. Ważne, że mogą być stosowane zarówno przy prądzie stałym jak i zmiennym. Dla prądu zmiennego dokonują pomiarów wartości skutecznych napięcia i natężenia.

Dla mierników elektrodynamicznych charakterystyczne jest to, że są one bardzo dokładne. Z tym wiąże się niestety niekorzystne zjawisko, a mianowicie duża wrażliwość na czynniki zewnętrzne. Stąd mierniki te nie znajdują się w powszechnym użytku, raczej służą do pomiarów w warunkach laboratoryjnych.

Jak już zostało wyżej wspomniane miernik elektrodynamiczny może być stosowany jako watomierz. W takim przypadku dokonuje on pomiaru wielkości zwanej mocą czynną. Składa się on z dwóch cewek : nieruchomej cewki prądowej oraz ruchomej cewki napięciowej. Cewka nieruchoma charakteryzuje się małym oporem, a cewka ruchoma dużym. Cewka nieruchoma jest włączana do obwodu z wykorzystaniem zacisków prądowych, w sposób szeregowy. Natomiast cewka ruchoma włączana jest do obwodu na sposób równoległy. W urządzeniu tym znajdują się przełączniki, za pomocą których można nastawiać zakresy: prądowy i napięciowy w sposób niezależny od siebie. Iloczyn tych dwóch zakresów równy jest całkowitemu zakresowi watomierza.