Mierniki magnetoelektryczne
Mierniki magnetoelektryczne to urządzenia, w których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku współdziałania pola magnetycznego magnesu trwałego z ruchomą cewką, przez którą płynie prąd. Magnes trwały, wyposażony w nabiegunniki wykonane z miękkiej stali magnetycznej, stanowi nieruchomy element miernika. Ruchomą część stanowi cewka, nawinięta cienkim, izolowanym przewodem miedzianym, osadzona w taki sposób, aby jej oś obrotu pokrywała się z osią szczeliny obwodu magnetycznego. Do cewki przymocowana jest wskazówka.
Gdy przez cewkę płynie prąd stały (I), wytwarzane przez nią pole magnetyczne wchodzi w interakcję z polem magnesu trwałego. Siła (F) działająca na cewkę jest opisana wzorem: F = B I l, gdzie:
- B to indukcja magnetyczna,
- l to długość przewodu cewki w polu magnetycznym,
- I to natężenie prądu.
Jeśli liczba zwojów cewki wynosi N, to siła wynosi F = B I l N. Siła ta działa na oba boki cewki, tworząc moment napędowy (M), który określa się wzorem: M = F a, gdzie a oznacza szerokość cewki.
Kąt nachylenia cewki jest proporcjonalny do natężenia przepływającego przez nią prądu, a jego wartość można odczytać za pomocą przesuwającej się wskazówki. Mierniki magnetoelektryczne działają na prąd stały, reagując na kierunek przepływu prądu, dlatego zaznacza się biegunowość zacisków (np. plus +). Mierniki tego typu mogą być używane jako amperomierze lub woltomierze. Do ich zalet należą: duża czułość, niskie zużycie energii oraz wysoka dokładność.
Mierniki elektrodynamiczne
Mierniki elektrodynamiczne to przyrządy, w których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku oddziaływania dwóch cewek, przez które płyną prądy. Cewka ruchoma, przymocowana do osi z wskazówką, znajduje się wewnątrz cewki nieruchomej. Oddziaływanie między cewkami wytwarza siły powodujące moment napędowy, który równoważony jest przez moment sił sprężystych dwóch spiralnych sprężyn, jednocześnie doprowadzających prąd do cewki ruchomej.
Mierniki elektrodynamiczne służą do pomiaru prądu stałego i prądu przemiennego jako amperomierze, woltomierze oraz watomierze. Charakteryzują się one wysoką dokładnością, ale ich konstrukcja jest delikatna, dlatego są głównie stosowane w laboratoriach jako przyrządy wysokiej klasy (klasy 0,1; 0,2; 0,5).
W watomierzach elektrodynamicznych cewka nieruchoma pełni rolę cewki prądowej, podłączonej do obwodu jak amperomierz, a cewka ruchoma pełni rolę cewki napięciowej, podłączonej jak woltomierz. Jeśli cewka nieruchoma jest nawinięta na rdzeń z materiału ferromagnetycznego, siła oddziaływania między cewkami wzrasta. Takie przyrządy nazywane są miernikami ferrodynamicznymi. Mierniki te mają większy moment napędowy i są stosowane jako mierniki tablicowe, przenośne oraz rejestrujące.
Mierniki elektromagnetyczne
Zasada działania mierników elektromagnetycznych opiera się na oddziaływaniu pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę przewodzącą prąd na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony w tym polu. Wskazówka, połączona z rdzeniem, wskazuje wartość prądu przepływającego przez cewkę. Im większe natężenie prądu, tym większa siła przyciągająca rdzeń, co powoduje większy moment napędowy i większe odchylenie wskazówki.
Mierniki elektromagnetyczne mogą mierzyć zarówno prąd stały, jak i wartość skuteczną prądu przemiennego. Są używane jako amperomierze i woltomierze. Ich prosta budowa oraz niezawodność sprawiają, że są powszechnie stosowane w wielu aplikacjach.