Измерительные механизмы приборов
Все электромеханические приборы состоят из измерительной цепи и измерительного механизма.
Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины х в некоторую промежуточную электрическую величину у, функционально связанную с величиной х, т. е. у = f (х).
Измерительный механизм является преобразователем подведенной к нему электрической энергии в механическую энергию, необходимую для перемещения его подвижной части относительно неподвижной, т.е. у = f (х).
Электромеханические приборы делятся на следующие виды систем: магнитоэлектрические, электродинамические, электромагнитные и другие.
а) Магнитоэлектрические механизмы.
Работа механизмов основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной.
Магнитоэлектрический механизм с внешним магнитом:
1 – сильный постоянный магнит; 2 – катушка (рамка) прямоугольной формы; 3 – полюсные наконечники; 4 – цилиндрический сердечник; 5 – магнитопровод; 6 – грузики; 7 – стрелка, 8 – растяжки.
Ток к рамке подводится через две спиральные пружины, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. Момент, создаваемый пружиной, пропорционален углу закручивания, поэтому 
, где k2 – постоянный коэффициент; α – угол поворота рамки (равный углу закручивания пружины).
Учитывая, что в момент отсчета, когда стрелка неподвижна, 
, получаем 
. Из этого равенства находим 
.
Таким образом, угол поворота рамки и стрелки-указателя пропорционален току, т.е. прибор, может быть отградуирован как амперметр, и иметь равномерную шкалу.
На основании закона Ома имеем 
, где U – напряжение на зажимах прибора; Rп – электрическое сопротивление рамки прибора.
После подстановки получаем
.
Поскольку отношение k/Rп для данного прибора – величина постоянная, последнее выражение показывает, что прибор может быть отградуирован как вольтметр.
Успокоение в механизме магнитоиндукционное.
Достоинства магнитоэлектрического механизма:
1. большая чувствительность;
2. малое собственное потребление мощности;
3. малое влияние внешних магнитных полей;
4. имеет равномерную шкалу.
Недостатки:
1. сложность конструкции;
2. чувствительность к перегрузкам;
3. пригодность работы только на постоянном токе.
б) Электродинамические механизмы.
Работа механизмов основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами – неподвижной 1 и подвижной 2.
Электродинамический измерительный механизм
Подвижная катушка, укрепленная на оси или растяжках, может поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов i1 и i2 возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки подвижной и неподвижной катушек совпали.
Успокоение - воздушное или магнитоиндукционное.
Достоинства электродинамических механизмов:
1. одинаковые показания на постоянном и переменном токе;
2. стабильность показаний во времени.
Недостатки:
1. невысокая чувствительность;
2. большое собственное потребление мощности;
3. чувствительность к перегрузкам;
4. влияние внешних магнитных полей;
5. влияние температуры окружающей среды.
в) Ферродинамические механизмы.
Механизмы ферродинамической системы отличаются от электродинамических механизмов тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого листового материала.
Существует две конструкции ферродинамических механизмов – одно- и двухкатушечные.
Успокоение – жидкостное и магнитоиндукционное.
Достоинства ферродинамических механизмов:
1. малая восприимчивость к внешним магнитным полям;
2. малое собственное потребление мощности;
3. большой вращающий момент.
Недостатки:
1. низкий частотный диапазон;
2. низкая точность.
г) Электромагнитные механизмы.
Работа механизмов основана на взаимодействии магнитного поля, созданного неподвижной катушкой, по обмотке которой протекает измеряемый ток с ферромагнитным сердечником, эксцентрично укрепленным на оси.
Электромагнитный механизм с плоской катушкой: 1 – плоская катушка; 2 – сердечник; 3 – опоры или растяжки.
Вращающий момент пропорционален квадрату тока, так как магнитные поля катушки и сердечника создаются одним и тем же измеряемым током, протекающим по катушке:
Последнее выражение показывает, что угол отклонения стрелки пропорционален квадрату тока или напряжения. Шкала прибора квадратичная, сжатая в начале, т.е. неравномерная.
Достоинства электромагнитных механизмов:
1. пригодность для работы на постоянном и переменном токе;
2. устойчивость к токовым перегрузкам;
3. простота конструкции.
Недостатки:
1. неравномерность шкалы;
2. влияние внешних магнитных полей;
3. большое собственное потребление мощности.
д) Электростатические механизмы.
Перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников и связано с изменением емкости системы.
Электростатический измерительный механизм:
1 - электроды; 2 – секторообразная пластина; 3 – указатель.
Достоинства электростатических механизмов:
1. не влияют частота и форма кривой приложенного напряжения;
2. не влияют температура и внешние магнитные поля.
Недостатки:
1. оказывают влияние внешние электрические поля;
2. малая чувствительность.