Elektriska mätinstrument

Digitala och analoga mätinstrument

När man skall mäta elektriska storheter är det numera vanligast att man använder sig av digitala mätinstrument. Dessa omvandlar analoga mätetal av storheter som exempelvis spänning, ström eller resistans till digitalform. Digitala instrument redovisar mätvärdena i siffror (eng. digits). I digitala mätsystem görs det en kvantisering av mätetalen. Gemensamt för digitala mätinstrument är att de behöver ett batteri för att fungera. Olika extrafunktioner kan vara belyst display eller möjlighet att lagra mätdata. En annan användbar funktion är automatisk avstängning.

Det vanligaste analoga mätinstrumentet är vridspoleinstrumentet (eller galvanometern), som är en känslig elektromekanisk anordning för att mäta svagström eller lågspänning. Ett vridspoleinstrument består i regel av en plan liten koppartrådslindad spole som kan vrida sig i ett magnetfält. På spolen är det monterat en visarnål. När en ström passerar genom spolen, påverkas spolen av ett kraftmoment på grund av det magnetiska fältet. Denna vridning motverkas mekaniskt av en spiralfjäder, eller ett spännband, i vilket spolen är upphängd. Systemet kommer att ställa in sig i ett jämviktsläge och visaren, som sitter fast i spolen, gör då ett utslag. Visarens utslag är proportionellt mot strömmen genom instrumentet. Ju större ström, desto större vridkraft och desto större utslag. En skala på instrumentet är graderad för varje mätområde och funktion. Analoga mätinstrument behöver i allmänhet ingen strömförsörjning för att mäta spänning eller ström. Men, för att mäta resistans måste instrumentet ha ett batteri eller annan strömmatning, då instrumentet mäter spänningen över resistansen vid en känd ström. Ett analogt instrument kan vara användbart och lättare att läsa av vid tillfällen med snabba förändringar.

Ett vridspoleinstrument kan vara graderat med skaldelar. Eftersom sambandet mellan strömmen och vridspolesystemets utslag är linjärt, är också skalans gradering linjär. Den ström som ger fullt utslag kallas för instrumentets märkström. Det antal skaldelar som motsvarar märkströmmen kallas för märkvisning. Kvoten mellan märkström och märkvisning är instrumentets skalfaktor för strömmätning. Den spänning över mätinstrumentet då det passeras av märkströmmen är instrumentets märkspänning. Vid strömmätning multipliceras antalet skaldelar som visarens utslag ger, med instrumentets skalfaktor för strömmätning. Motsvarande gäller vid spänningsmätning.

Vridspoleinstrument_1 Vridspoleinstrument



Voltmeter

En voltmeter används för att mäta potentialskillnaden mellan två punkter i en elektrisk krets. Elektrisk spänning mäts i volt [V]. Voltmetern kan vara ett digitalt eller ett analogt instrument. När man mäter spänningen över en belastning parallellkopplas voltmetern med belastningsmotståndet. Den inre resistansen i en voltmeter bör vara stor, för att instrumentets egenförbrukning skall bli liten. En ideal voltmeter har oändligt stor resistans. Om man skall mäta högre spänningar än vad instrumentet är konstruerat för, kan man utöka dess mätområde genom att koppla ett motstånd i serie med instrumentet, ett s.k. förkopplingsmotstånd.

voltmeter

Amperemeter

En amperemeter används till att mäta strömmen i en elektrisk krets. Elektrisk ström mäts i ampere [A]. En amperemeter bestående av en vridspole kopplas i serie med en belastning. Den ström som passerar genom belastningsmotståndet kommer också att gå igenom vridspoleinstrumentet. Spolen i instrumentet har en egen resistans, vilken utgör amperemeterns s.k. inre resistans. I en amperemeter bör den inre resistansen vara så liten som möjligt, för att undvika att instrumentet i sig ska påverka mätningen. En ideal amperemeter har resistansen noll.

När man skall mäta elektrisk ström är det viktigt att tänka sig för så att instrumentet inte skadas. Om strömmen som skall mätas är större än vridspoleinstrumentets märkström (den ström som instrumentet ger fullt utslag för) kan spolen i amperemetern bränna sönder. För att förhindra att instrumentet förstörs kopplar man därför en resistor parallellt med vridspolesystemet. En sådan resistor kallas för shunt eller shuntmotstånd.

amperemeter

En tångamperemeter kan mäta växelström genom en kabel utan att man behöver bryta upp kretsen. En hovtångliknande anordning sluts då runt kabeln. Tången är gjord av ett magnetiskt material och bildar kärnan i en transformator där kabeln man mäter över utgör primärspolen. Med hjälp av en spole som är lindad kring tångens inre del kan man indirekt avläsa strömmen genom kabeln. Det finns även tångamperemetrar för likström. Dessa fungerar med hjälp av halleffekten.

Tångamperemetrar mäter normalt strömmar i storleksordningen ampere, medan traditionella vridspoleinstrument klarar betydligt svagare strömmar, ner mot storleksordningen mikroampere. Elektroniska instrument kan mäta picoampere och mindre, och kallas för elektrometer.

Universalinstrument / multimeter

Ett universalinstrument eller en multimeter är ett instrument som kan användas till att mäta flera olika sorters storheter. Vanligen kan man mäta ström, spänning och resistans. Ett universalinstrument är uppbyggt kring ett vridspolesystem med olika förkopplingsresistorer och shuntmotstånd. Instrumentet är försett med en omkopplare för val av funktion och mätområde.

Amperetimmätare

En amperetimmätare är ett instrument för mätning av mängden elektrisk laddning som passerat en ledare sedan en given tidpunkt. Mängden laddning uttrycks i amperetimmar [Ah]. Instrumentet består typiskt av en strömmätare, kombinerad med en styrenhet som integrerar värdet för den uppmätta strömmen i tiden. I båtar, eller husbilar, används en amperetimmätare ofta som en "tankmätare" för elektriska ackumulatorer. I denna tillämpning jämförs det integrerade värdet, uttryckt i Ah, med ett förinställt värde för den nominella totala kapaciteten hos ackumulatorsystemet, och kan på så sätt presentera hur stor andel av den tillgängliga kapaciteten som förbrukats.