elektriske måleinstrumenter

Dreiespoleinstrumentet er det tradisjonelle analoge instrumentet for måling av strøm og spenning. Det kan føres tilbake til en oppfinnelse av William Sturgeon fra 1836. Instrumentet består av en strømspole som er opphengt slik at den kan dreie seg i feltet fra en permanent magnet. Spolen kan enten lagres opp i mineralske dreielagre (juvellagre) og holdes i likevektsstilling av spiralfjærer som også strømmen sendes inn gjennom, eller spolen kan være hengt opp i en tråd eller i et metallbånd og holdes i likevektsstilling av torsjonskreftene i tråden eller båndene.

Når strøm sendes gjennom spolen, vil den dreie seg i magnetfeltet, og utslaget avleses enten ved en viser som er forbundet med spolen, eller ved speilavlesning (lysflekk på en skala). Viseravlesning er vanlig i forbindelse med instrumenter med opplagrede spoler (amperemeter eller voltmeter), mens lysflekkavlesning brukes ved spoler med trådopphengning, f.eks. i galvanometer. Instrumentet er følsomt, og den lette spolen tåler lite strøm. Man bruker derfor shunt og seriemotstand for å begrense strømmen.

Universalinstrumenter er vanligvis dreiespoleinstrumenter utstyrt med likerettere slik at de kan brukes både for like- og vekselstrøm. Ved brytere kan man velge ut serie- og shuntmotstander slik at samme instrument kan brukes for en rekke forskjellige strøm- og spenningsområder. De har gjerne innebygd batteri, slik at de også kan brukes som ohmmeter for resistansmålinger.

Følsomhetsområdet for dreiespoleamperemeteret kan gå ned til noen mikroampere (mikroamperemeter), og for voltmetre ned til noen millivolt (millivoltmeter). Galvanometre kan brukes til målinger av strømmer av størrelsen nanoampere (10−9A), og ved spesielle konstruksjoner som avviker noe fra prinsippet for dreiespoleinstrumentet, helt ned i pikoampere (10−12A)-området.

Dreiejerns- eller bløtjernsinstrumenter er robuste og mindre følsomme, de er derfor ikke så godt egnet til presisjonsmålinger. Instrumentet består av en fast spole som strømmen sendes gjennom, og en stav eller anker av bløtt jern, som enten trekkes inn i spolen eller rettes inn i retning av det induserte magnetfelt når det går strøm i spolen.

En variasjon av dette instrumentet har to jernstaver eller skiver som er anbrakt ved siden av hverandre inne i spolen. Den ene staven eller skiven ligger fast mens den andre kan bevege seg. Ved strømgjennomgang blir begge magnetene likt magnetisert og frastøter derfor hverandre.

I alle bløtjernsinstrumenter er utslaget bestemt ved kvadratet av amperevindingstallet i spolen. Siden man ikke har noe permanent magnetfelt, må det induserte felt være sterkere enn i dreiespoleinstrumentet, og man kan ikke i samme grad anvende shunt og seriemotstander. Som amperemeter nyttes et instrument med få tykke viklinger, mens man for å få stor indre resistans lager voltmeter med mange viklinger av tynn tråd.

I hetetrådsinstrumentet blir en tråd oppvarmet pga. strømmen som går gjennom den. Forlengelsen av tråden på grunn av oppvarmingen kan overføres mekanisk til bevegelse av en viser, og utslaget gir et mål for strømmen gjennom – eller spenningen over instrumentet.

Termo-omformerinstrumenter er basert på samme prinsipp som hetetrådsinstrumentet; dvs. oppvarming av en tråd eller stav ved strømgjennomgang, men temperaturen på staven måles ikke ved lengdeøkningen, men ved termoelementer som er festet på staven. Spenningen fra disse måles ved hjelp av et millivoltmeter.

Elektrodynamometer er et instrument med to strømførende spoler, en fast og en bevegelig. Sendes samme strøm gjennom de to spolene, kan instrumentet brukes som amperemeter eller voltmeter. Det har imidlertid sin største anvendelse som wattmeter. Effekten av vekselstrøm er bestemt ikke bare av strøm og spenning, men også av faseforskjellen mellom disse. Dersom man sender strøm som er i fase med den forbrukte strømmen gjennom den ene spolen, og strøm som er i fase med den påtrykte spenning gjennom den andre spolen, vil utslaget på instrumentet bli et mål for den aktive eller forbrukte effekt. Ved å forandre fase på den ene spolen med 90° får man målt den reaktive effekten. Brukt på denne måte kalles elektrodynamometeret for et var-meter (fork. for volt-ampere-reaktiv).

Digitalmultimetre måler forskjellige elektriske størrelser, vanligvis likestrøm, vekselstrøm, likespenning, vekselspenning og resistans.

For måling av strøm og spenning er de klassiske universalinstrumentene, basert på dreiespolesystem, nesten helt erstattet av digitalvoltmetre eller digitalmultimetre. Fullstendig informasjon om en like- eller vekselsspenning får man om man undersøker den som funksjon av tiden, f.eks. ved hjelp av et oscilloskop, der man på en skjerm kan følge tidsforløpet av en spenning.

Den enkleste metoden for å måle resistans er ved hjelp av et analogt eller digitalt multimeter som er kalibrert i ohm.

• Les mer om ohmmeter.

Til å måle forbruk av elektrisk energi bruker en kilowattimemåler. For likestrøm er energiforbruket lik produktet av strøm, spenning og tid. For vekselstrøm må det også tas hensyn til faseforskyvningen mellom strømmen og spenningen. Det er fire hovedtyper av elektrisitetsmålere som benyttes: motormåler, induksjonsmåler, amperetimemåler og elektronisk måler.

• Les mer om elektrisitetsmålere.