Принцип дії магнітоелектричних приладів заснований на взаємодії магнітного потоку постійного магніту і поля контуру зі струмом. Обертаючий момент який виникає при цьому повертає рухому частину (котушку або постійний магніт) відносно нерухомої. Конструктивно механізми таких приладів виконують з рухомою котушкою або з рухомим постійним магнітом.

Однорамкові прилади. Магнітоелектричні прилади з рухомим магнітом мають великий (в порівнянні з приладами з нерухомим магнітом і рухомою котушкою) діапазон вимірювань, малі габарити і невисоку вартість. Однак, невисокі точність і чутливість, а також залежність обертаючого моменту від кута переміщення рухомої частини обмежують їх застосування.

Велике розповсюдження унаслідок високої чутливості і точності отримали однорамкові прилади з рухомою котушкою (із зовнішнім магнітом). Механізм таких приладів складається (рис. 2.5) з постійного магніту 3 з полюсними наконечниками 7, між якими розташований нерухомий сердечник 8 з магнітом’якого матеріалу.

Рис. 2.5. Схема устрою магнітоелектричного прибору: а – з рухомим магнітом; б – з рухомою котушкою; 1 – стрілка; 2 – нерухома котушка; 3 – постійний магніт; 4 – спіральна пружина; 5 – циліндр; 6 – шунт; 7 – полюсні наконечники; 8 – нерухомий сердечник; 9 – рухома котушка.

 

Магніт, полюсні наконечники і сердечник необхідні для створення радіального магнітного поля. В просторі між сердечником і полюсними наконечниками розташовані прямокутна рухома котушка 9 з тонкого дроту, іноді намотаного на алюмінієвий каркас. Струм, що вимірюється, підводиться до котушки через дві спіральні пружини 4, створюючи протидіючий момент. Покажчик (стрілка) 1 і шкала утворюють відліковий пристрій приладу.

Теплові вимірювальні прилади. Основні елементи теплових вимірювальних приладів — термоелектричний перетворювач і магнітоелектричний вимірювальний механізм. Термоелектричний перетворювач складається з провідника, по якому протікає струм, що виміряється, і термопари. Для виготовлення перетворювача застосовують сплави ніхрому або константану, допускаючи тривалий нагрів під дією протікаючого струму.

Рис. 2.6. Термоелектричні прилади з контактним (а), безконтактним (б) перетворювачами і з перетворювачем, включеним по мостовій схемі (в).

 

Термопара є з'єднанням двох різнорідних металів, яка дає можливість одержувати термо-ЕРС залежно від нагріву. Значення термо-ЕРС, яка виникає під дією струму що протікає, пропорційне різниці температур сполучених і вільних кінців термопари:

де α_Т — температурний коефіцієнт термопари;  і  — температура сполучених і вільних кінців термопари відповідно.

Переміщення рухомої частини (відповідно і покажчика) такого приладу пропорційно квадрату сили струму, що виміряється:

а_у = kI² 

де k — коефіцієнт, який  залежить від властивостей термопари і особливостей вимірювального механізму.

 

Конструктивно термоелектричні перетворювачі виконують контактними, безконтактними або у вигляді термобатарей (послідовне з'єднання декількох термопар). Застосування контактних перетворювачів не дозволяє сполучати їх послідовно для збільшення загальної термо-ЕРС. Послідовне включення безконтактних перетворювачів дає можливість збільшити загальну термо-ЕРС, але при цьому зменшується чутливість приладу. Від цього недоліку вільна мостова схема включення термопар.

Для зменшення впливів зовнішньої температури кожну термопару приладу поміщають в скляний балон, з якого викачано повітря. Вакуум зменшує теплопередачу нагрівача термопарі і дозволяє зменшити потужність, яка споживається перетворювачем з вимірювального ланцюга.

Переваги теплових вимірювальних приладів — висока точність вимірювань у великому частотному діапазоні і незалежність показників від форми кривої струму. Недоліки приладу — низькі чутливість і перевантажувальна здатність, велике власне споживання потужності і вплив змін зовнішньої температури.

Рис. 2.7. Схема пристрою електромагнітного приладу: 1 — котушка: 2 — сердечник; 3 — вісь: 4 — спіральна пружина: 5 — стрілка.

 

Теплові вимірювальні прилади використовують в основному для вимірювання сили струму і (рідше) напруги в ланцюгах з несинусоїдальною формою струму промислової і підвищеної   частот.