Серед розмаїття електромеханічних систем найбільш широкого поширення набули прилади магнітоелектричної системи, в яких крутний момент рамки з покажчиком створюється взаємодією між полем постійного магніту і одним або декількома провідниками (на рамці) з струмом. Магнітоелектричні прилади виготовляються з рухомою рамкою, але є конструкції і з рухомим магнітом.
До переваг даної системи слід віднести високу чутливість і точність, рівномірну шкалу, щодо невеликий вплив зовнішніх полів.
До недоліків - неможливість вимірювання в колах зі змінним струмом без додаткових пристроїв і чутливість до перевантажень.
З метою уніфікації маркування типономиналов приладів систему, до якої відноситься вимірювальний механізм, позначають наступними літерними індексами:
М - магнітоелектрична; Е - електромагнітна; Д - електродинамічна;
Для характеристики основних режимів і умов роботи приладів безпосереднього відліку, на їх шкалах в зонах вільного простору від робочої частини, є умовні позначення. Найбільш вживані з них наведені в табл. 1.
Табл. 3.1. Умовні позначення.
1. Цифра 1 в умовному позначенні показує, що в разі вбудованих перетворювачів позначення F-18, F-19, F-20 і F-22 поєднуються з позначенням приладу, наприклад з F-1.
У разі зовнішніх перетворювачів позначення F-18, F-19, F-20 і F-22 поєднуються з позначеннями F-35.
2. Цифра 2 в умовному позначенні - дивись додаткові вказівки в паспорті і інструкції по експлуатації.
Крім типу вимірювальної системи, в групі знаків умовних позначень вказують стійкість приладу до кліматичних впливів (А - прилади для роботи в закритих сухих, опалюваних приміщеннях; Б, Б1. Б2. Б3 - для роботи в закритих неопалюваних приміщеннях; В, B1. В2. В3 - для роботи в польових і морських умовах), клас точності, величина випробувального напруги і інші відомості.
Як приклад на рис. 3.1 показана шкала приладу магнітоелектричної системи М4202, що використовується в якості вольтметра. У лівій частині, внизу вказані тип вимірювального приладу і логотип заводу. У правій - умови застосування для вимірювань в ланцюгах постійного струму з можливістю роботи в польових умовах і при підвищеній вологості; клас точності 2,5; вимірювальна ланцюг ізольована від корпусу і випробувана напругою 2 кВ, відповідає вимогам ГОСТ 8711-60.
Мал. 3.1. Шкала приладу магнітоелектричної системи.
Про можливе застосування приладу для тих чи інших вимірів можна судити за такими його характеристиками, як клас точності і чутливість.
По класу точності існують прилади класів: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1: 1,5; 2,5; 4. Ці числа виражають основну, найбільшу допустиму, наведену відносну похибка приладів. Найбільш точними є прилади класу 0,05. Похибка виражається у відсотках щодо максимального значення робочої частини шкали приладу.
Приклад. Межа вимірювання миллиамперметра 100 мА, число поділок на шкалі 100, клас точності приладу 1 (що відповідає ± 1%). У цьому випадку різниця між показанням приладу і щирим значенням вимірюваної величини може бути не більше ± 1 мА.
Для приладів з двосторонньою шкалою, тобто з нулем посередині, похибка виражається у відсотках від суми кінцевих значень робочої частини шкали.
Якщо у другого миллиамперметра з такою ж довжиною шкали граничне значення вимірюваної величини 10 мА, число поділок на шкалі теж 100, то для першого приладу на інтервал вимірювання величини в 1 мА доводиться одну поділку шкали, в для другого приладу 10. Це означає, що другим приладом можна виміряти значення параметрів з точністю до 0,1, а першим - тільки до 1 мА, т. е. у другого приладу роздільна здатність вище. Ця здатність вимірювального пристрою характеризує його чутливість, яка визначається кількістю одиниць вимірюваної величини, що обчислюються на одну поділку.
До основних електричним параметрам, що визначає можливість використання приладу для даних умов роботи, відносяться ток повного відхилення (Iп.о.). т. е. найбільший струм, при якому стрілка відхиляється до кінцевої позначки шкали і опір рамки приладу (Rп).
Значення першого параметра визначається максимальним значенням шкали приладу. Так, наприклад, якщо є міліамперметр з кінцевої відміткою шкали 100, то це відповідає току повного відхилення 100 мА. Такий прилад можна включати тільки в ті ланцюги, струми в яких не перевищують 100 м А.
Величину другого параметра (Rп) часто вказують на шкалі приладу.
Якщо значення параметрів для конкретного приладу невідомі, можна визначити самостійно. Для цього буде потрібно гальванічний елемент, зразковий міліамперметр, змінний резистор з опором в кілька кОм, додатковий постійний резистор (R1д) для обмеження струму в вимірюваної ланцюга. Опір резистора R 1д розраховується, виходячи з напруги джерела живлення і відомого струму повного відхилення зразкового міліамперметра, згідно із законом Ома. Досліджуваний вимірювальний прилад (ІП) Рх включається відповідно до схеми, наведеної на рис. 3.2. Змінним резистором R 2д регулюють струм в ланцюзі до такого значення, при якому стрілка Рх встановиться проти кінцевої позначки шкали. Значення цього струму, відраховані за шкалою зразкового приладу Ро, і буде струмом повного відхилення стрілки досліджуваного приладу.
Мал. 3.2. Схема включення вимірювального механізму для визначення струму повного відхилення стрілки і його внутрішнього опору.
Для визначення опору рамки досліджуваного вимірювального приладу скористатися тією ж схемою на рис. 3.2. До неї додатково підключимо шунт (резистор R3ш), паралельно обмотці рамки. В даному випадку опір шунта вибрано в межах 1 ÷ 2,0 кОм. Зміною його опору домагаються зменшення свідчення Рх вдвічі. Потім змінним резистором R2д по зразковому міліамперметру Ро відновлюють певне раніше значення струму повного відхилення. Послідовної неодноразової регулюванням R 2д і R3 ш домагаються відповідності струму в ланцюзі, рівного початкового, т. Е. Току повного відхилення ІП, а струм безпосередньо через вимірювальний прилад повинен бути вдвічі меншим. Коли буде досягнуто такий стан, струм через ІП і R3 ш стає однаковим, отже, і опору паралельних гілок теж однакові. Вимірявши омметром опір робочої частини R3 ш (за схемою між середнім і нижнім висновками), знаходимо другий невідомий параметр.
Застосування шунтів дозволяє розширити межі показань міліамперметра або амперметра (але при цьому погіршуються роздільна здатність, чутливість при вимірах). Розрахунок опору шунта виробляють за формулою:
де R ш. Rп - відповідно опору шунта і приладу без шунта. Ом;
n - число, що показує, у скільки разів повинен бути збільшений межа вимірювань.
Залежно від опору шунта в якості цього елемента можуть бути використані мідний дріт на котушці, металева пластина, нормалізований (стандартний) резистор з малим допуском відхилення опору.
Вітчизняною промисловістю випускаються калібровані зовнішні шунти (НШ), розраховані на певні номінальні струми і падіння напруги на них (45,60,75,100 і 300 мВ).
Для вимірювання миллиамперметром напруги послідовно з приладом слід включити додатковий резистор. У цьому випадку вхідний опір отриманого вольтметра буде складатися з опорів рамки стрілочного приладу і додаткового резистора (ДС). Останнє для наявного приладу і необхідною вимірюваної величини напруги можна визначити за формулою:
де Uп - найбільше значення напруги даного межі вимірювань. В;
Iп.о - струм повного відхилення приладу. А; R п - опір рамки приладу. Ом.
Вхідний опір вольтметра на різних межах вимірювань різний, тому зручніше оцінювати вольтметр його вхідним опором, віднесеним до 1 В вимірюваної величини (відносне опір, Ом / В). Чим більше відносне вхідний опір, тим менше прилад впливає на параметри вимірюваного ланцюга і тим точніше (за інших рівних умов) будуть вироблені вольтметром вимірювання.
Деякі типи приладів магнітоелектричної системи (найбільш поширених в практиці вимірювань) і їх характеристики наведені в табл. 1.2. В даній таблиці для кожного типу приладів вказані види вимірюваної величини, а для кожного виду вимірювань клас точності виробленого приладу і верхня межа вимірювання. Для кожного вимірника струму наведені його внутрішній опір (або інтервал опорів, в межах яких може бути виготовлена рамка в залежності від чутливості приладу), а для вимірників напруги струм повного відхилення стрілочного приладу.
Приклад. Прилад типу М900:
- мікроамперметра - випускаються з класом точності 1,0 і 1,5; межі вимірювань, мкА - 5 ÷ 0 ÷ 5 (шкала приладу з нулем посередині), 0 ÷ 10, 10 ÷ 0 ÷ 10, 0 ÷ 15, 0 ÷ 20, 0 ÷ 25 (в таблиці дані значення тільки мінімального і максимального меж вимірювань - 5 мкА і 25 мкА); внутрішній опір приладу з межею вимірювання 5 мкА - 5000 Ом, 25 мкА - 800 Ом;
- мілівольтметри - випускаються з класом точності 1,0 і 1,5; межі вимірювань, мВ - 5 ÷ 0 ÷ 5, 0 ÷ 10, 10 ÷ 0 ÷ 10, 0 ÷ 15, 0 ÷ 20, 0 ÷ 25; Iп.о = 1 мА.
Табл. 3.2. Прилади магнітоелектричної системи (найбільш поширені в практиці вимірювань) і їх характеристики.