Opisz i omów zasady działania przyrządów pomiarowych

Opisz i omów zasady działania przyrządów pomiarowych:
a) magnetoelektryczny
b) elektromagnetyczny
c) elektrodynamiczny i ferrodynamiczny

1. Miernik magnetoelektryczny:

Zasada działania miernika magnetoelektrycznego polega na oddziaływaniu pola magnesu na uzwojenie z prądem elektrycznym.
Organem ruchomym miernika może być też miniaturowy magnes trwały umieszczony na osi wewnątrz nieruchomej cewki z prądem. Najczęściej stosuje się magnez trwały, który wraz z nabiegunnikami 9 i rdzeniem 8 z materiału ferromagnetycznego miękkiego, stanowią nieruchome cięższe elementy. Te elementy służą do wytworzenia w szczelinie powietrznej 12 promieniowego pola magnetycznego o stałej wartości indukcji B, niezależnej od kąta wychylenia alfa cewki( rys c). Organem ruchomym jest cewka 1 nawinięta na ramce aluminiowej 2 i przymocowana do osi 6. Cewka jest nawinięta cienkim (0,02 ; 0,1 mm) izolowanym przewodem miedzianym i jest tak ułożyskowana, aby jej oś obrotu pokrywała się z geometryczną osia symetrii szczeliny promieniowego pola magnetycznego. Do osi jest przymocowana również wskazówka 3 i masy dodatkowe 5 tak dobrane, aby środek ciężkości organu ruchomego znajdował się możliwie dokładnie w osi cewki. Dwie spiralne sprężyny 4 lub taśmy zawieszenia 14 wytwarzają moment zwrotny i równocześnie doprowadzają prąd do cewki. Bocznikiem magnetycznym 13 można w niewielkim zakresie zmieniać wartość indukcji w szczelinie w celu dokładnego ustalenia stałej miernika. Korektor zera 10 służy do nastawienia wskazówki dokładnie w pozycji zero.

Organ ruchomy miernika magnetoelektrycznego:

a) widok z góry
b) przekrój w płaszczyźnie równoległej do cewki
c) widok z góry na cewkę, rdzeń i nabiegunniki
d) ά =1f(I)

1- uzwojenie
2- ramka aluminiowa
3- wskazówka
4- sprężyny
5- masy równoważące
6- oś
7- łożyska
8- rdzeń ferromagnetyczny
9- nabiegunniki magnesu trwałego

2. Miernik elektromagnetyczny

Zasada działania miernika elektromagnetycznego polega na wzajemnym przyciąganiu lub odpychaniu się rdzeni (blaszek) z materiału ferromagnetycznego miękkiego.
Rdzenie (stały i ruchomy) są magnesowane polem magnetycznym, wytwarzanym przez cewkę z prądem elektrycznym. Ponieważ kierunek siły działającej na rdzenie jest niezależny od kierunku prądu w cewce, więc miernik elektromagnetyczny można stosować do pomiaru prądu stałego i przemiennego. Jednak ze względu na pobieraną dużą moc (do kilku VA) stosuje się go przede wszystkim do pomiarów w obwodach prądu przemiennego dużej mocy. Jeżeli organ ruchomy jest zawieszony na taśmach sprężystych ,to moc pobierana przez przetwornik jest mniejsza i wynosi kilkadziesiąt (mVA).

Najczęściej wytwarza się przetworniki dwurdzeniowe o cewce okrągłej. Ponieważ jednoimienne bieguny magnesów się odpychają więc nieruchomy rdzeń 2 przymocowany do cewki 1 odpycha, tak samo magnesowany, ruchomy rdzeń 3 połączony z osią 7 przetwornika. Oś jest osadzona w łożyskach 6. Do osi jest przymocowana wskazówka 9, tłumik 4 oraz początek spirali wytwarzający moment zwrotny. Koniec spirali 8 jest przymocowany do korektora zera 5.

Mierniki elektromagnetyczne są stosowane do pomiarów prądu i napięcia małej częstotliwości (amperomierze do 1500 Hz, woltomierze do 1kHz) obiektów o mocy ponad
500 (VA).

Schemat funkcjonalne czterozakresowego elektromagnetycznego: a) amperomierza; b) woltomierza. Najmniejszy zakres prądowy wynosi 1mA, największy 30A. Najmniejszy zakres napięciowy wynosi 6V, największy 600V, klasy dokładności: 0,5; 1; 1,5. Są wypierane zarówno przez mierniki cyfrowe, jak również przez przetwornikowe mierniki magnetoelektryczne.

3. Miernik elektrodynamiczny i ferrodynamiczny

Zasada działania mierników elektrodynamicznego i ferrodynamicznego polega na wzajemnym oddziaływaniu dwóch cewek, w uzwojeniach których płyną prądy.

Cewka 2 wewnętrzna jest ruchoma, a prąd jest doprowadzony do niej poprzez sprężyny spiralne wytwarzające moment zwrotny podobnie jak w miernikach magnetoelektrycznych. W zależności od przeznaczenia miernika elektrodynamicznego, cewki są połączone szeregowo, równolegle lub przez każdą z nich przepływa prąd z różnych obwodów elektrycznych.

Mierniki: a) elektrodynamiczny; b) ferrodynamiczny:
1- cewka nieruchoma, 2- cewka ruchoma, 3- rdzeń ferromagnetyczny

Mierniki elektrodynamiczne mierzą poprawnie skuteczną wartość prądu o dowolnym przebiegu. Są stosowane w przyrządach laboratoryjnych klasy 0,1 i 0,2, takich jak: amperomierz i woltomierz skutecznej wartości prądu przemiennego, małej częstotliwości amperomierze do 2kHz, woltomierze do 1kHz, watomierze prądu stałego i przemiennego oraz waromierze prądu przemiennego.