Zasada działania mierników magnetoelektrycznych
Mierniki magnetoelektryczne to urządzenia służące do pomiaru natężenia prądu elektrycznego stałego. Ich działanie opiera się na wzajemnym oddziaływaniu pola magnetycznego magnesu trwałego z polem magnetycznym wytwarzanym przez prąd płynący w ruchomej cewce, połączonej ze wskazówką. Dzięki temu zjawisku możliwe jest nie tylko mierzenie prądu, ale również innych wielkości fizycznych, które można przetworzyć na prąd elektryczny.
Wzajemne oddziaływanie pól generuje moment obrotowy, który jest równoważony przez moment sił zwrotnych, wynikających z sprężystego montażu cewki. Położenie równowagi między momentami jest proporcjonalne do natężenia prądu płynącego w cewce. Organem ruchomym w mierniku jest cewka nawinięta cienkim, izolowanym przewodem miedzianym, która obraca się w polu magnetycznym magnesu.
Siła działająca na cewkę, przez którą płynie prąd o natężeniu "I", zależy od indukcji magnetycznej "B" i głębokości zanurzenia cewki w polu magnetycznym "l". Siła "F" można wyrazić wzorem: F = B I l. Na skutek tego powstaje moment napędowy ustroju pomiarowego, który powoduje odchylenie wskazówki na skali.
Kąt nachylenia cewki jest proporcjonalny do natężenia prądu, co umożliwia dokładne odczytanie wartości na tarczy miernika. Z powodu czułości na kierunek prądu, w miernikach magnetoelektrycznych zaznacza się biegunowość zacisków, na przykład poprzez oznaczenie zacisku plus (+). Mierniki te są wykorzystywane jako amperomierze lub woltomierze. Do ich zalet należą duża czułość, dokładność oraz niski pobór mocy.
Zastosowanie
Dzięki zaletom ustroju magnetoelektrycznego, mierniki te znalazły również zastosowanie do pomiaru prądu przemiennego. Ponieważ nie reagują bezpośrednio na przepływ prądu przemiennego (średnia wartość prądu przemiennego wynosi zero), konieczne jest jego wyprostowanie przed doprowadzeniem do cewki miernika. Wykorzystuje się w tym celu prostowniki, najczęściej oparte na diodach germanowych. W układach tych stosuje się zazwyczaj mostek prostowniczy składający się z czterech diod.
Ze względu na zmiany rezystancji prostowników wynikające ze wzrostu temperatury, układ często zawiera szeregowo podłączony opornik. Mierniki magnetoelektryczne prostownikowe stosuje się powszechnie jako mierniki uniwersalne, które mogą mierzyć zarówno prąd stały, jak i przemienny. Posiadają one bocznik wielozakresowy oraz opornik szeregowy wielozakresowy, które są umieszczone w obudowie miernika. Chociaż mierniki te charakteryzują się niskim poborem mocy, ich dokładność jest ograniczona.
Rodzaje mierników magnetoelektrycznych
1. Amperomierz – Urządzenie do pomiaru natężenia prądu elektrycznego, włączane do obwodu szeregowo. Jego kluczową cechą jest niewielka oporność wewnętrzna, aby nie wpływać na przepływ prądu. Amperomierze dzielą się ze względu na rodzaj prądu (stały lub przemienny), wartość mierzonego prądu (mikro-, mili-, kiloamperomierze) oraz konstrukcję (magnetoelektryczne, elektromagnetyczne, cieplne). Mogą być również analogowe lub cyfrowe.
2. Woltomierz – Przyrząd służący do pomiaru napięcia elektrycznego, włączany do obwodu równolegle. Jego działanie polega na pomiarze natężenia prądu przepływającego przez woltomierz. Dzięki dużej oporności wewnętrznej możliwe jest precyzyjne określenie napięcia. Woltomierze są używane do pomiaru prądu stałego i zmiennego, a ich konstrukcja może być zarówno analogowa, jak i cyfrowa.