Любой электромеханический прибор состоит из 2х узлов - из измерительного преобразователя и измерительного механизма.
Измерительный преобразователь преобразует измеряемую величину Х в некоторую промежуточную электрическую величину Y, связанную с Х известной функциональной зависимостью .
Измерительный механизм является преобразователем подведённой к нему электрической энергии в механическую, необходимую для перемещения его подвижной части относительно неподвижной .
В зависимости от вида преобразователя различают приборы, которые условно обозначают следующим образом:
- магнитоэлектрическая система
- электромагнитная система
- электродинамическая система
- электростатическая система.
Любой механизм измерительной системы состоит из подвижной и неподвижной части, на которые действуют механические силы, пропорционально измеряемой величине. Эти силы создают вращающий момент М, поворачивающий подвижную систему в сторону возрастающих показаний указателя (стрелки).
,
где Wэ – полная энергия, сосредоточенная в измерительном механизме,
- угол отклонения стрелки.
В общем случае
.
Под действием вращающего момента М стрелка отклоняется. Для того, чтобы каждому значению измеряемой величины соответствовало лишь одно значение указателя в измерительном механизме создаётся противодействующий момент, направленный навстречу вращательному моменту. Противодействующий момент можно получить за счёт механических (обычно это специальные спиральные пружинки, служащие так же в качестве токоподвода) или электрических сил.
Механический противодействующий момент равен
,
где W – удельный противодействующий момент, зависящий от свойств упругого элемента.
Стрелка прибора прекращает своё движение когда наступает равенство моментов . В некоторых приборах - создаётся за счёт сил электрического происхождения, такие приборы называют логометрами.
В любом измерительном приборе имеется ещё устройство, предназначенное для ускорения процесса затухания колебаний подвижной части прибора. Это устройство создаёт момент ускорения:
,
где р – коэффициент успокоения, зависящий от типа и конструкции успокоителя,
- угловая скорость перемещения подвижной части.
Наиболее распространёнными на практике являются воздушные, жидкостные и индукционные успокоители.
Для оценки качеств электроизмерительных приборов вводят следующие параметры:
1. Чувствительность прибора – это способность прибора реагировать на изменение измеряемой величины. Она оценивается отношением изменения величины на выходе прибора к изменению величины Х на входе:
.
Если шкала равномерная, то . Различают чувствительность по току, , по напряжению и по мощности . Величина обратная чувствительности прибора называется постоянной прибора С.
или ,
где n – число делений шкалы прибора.
2. Точность прибора характеризуется величинами (абсолютная погрешность), (относительная погрешность), (приведенная погрешность), К (класс точности).
3. Собственное потребление энергии – это параметр, характеризующий способность прибора потреблять мощность от источника измеряемого сигнала. На практике эта мощность находится в пределах от 10-11 до 10-5 Вт.
4. Время упокоения – это время от момента включения измеряемой величины до момента, когда колебания стрелки указателя не будут превышать значение абсолютной погрешности. Для всех приборов .