Danas je nabavljen voltmetar oznake FL0125 i ampermetar oznake FL0120 slovenskog proizvođača ISKRA iz 1975. godine. Spomenimo da se isti takvi tipovi instrumenta i danas nude u katalogu mađarske tvrtke GANZ pod oznakom HLA za ampermetar, odnosno HLV za voltmetar iz njihove serije “Classic” instrumenata sa pomičnom željezom.
Kao što je već spomenuto, zakretni mehanizam kazaljke kod oba instrumenta radi na principu pomičnog željeza. To znači da instrument nema nikakvih permanentnih magneta, zavojnica je fiksni element u statoru, a pomični zakretni dio (rotor) predstavlja komadić željeznog listića unutar te zavojnice na koji je pričvršćena kazaljka. U uobičajenoj izvedbi pomični željezni listić rotora i nepomični željezni listić statora u početnoj su poziciji postavljeni međusobno paralelno na udaljenosti oko 1 mm.
Postoje dvije vrste instrumenata sa pomičnim željezom: privlačni i odbijajući. Kako sama riječ govori, u prvom slučaju pod djelovanjem magnetskih polja uzrokovanih električnom strujom željezni listići se međusobno privlače, dok se u drugom slučaju međusobno odbijaju, stvarajući tako pomak koji se prenosi na kazaljku instrumenta.
Naš instrument konstruiran je na principu odbijajućih željeza, a i ovdje postoje dvije donekle različite konstrukcijske izvedbe: sa koncentrično (koaksijalno) postavljenim listićima ili kao u našem slučaju radijalno postavljenim željeznim listićima.
Najveća prednost instrumenta sa pomičnim željezom je ta što se ovakav tip instrumenta može izravno koristiti za mjerenje izmjenične i istosmjerne struje gdje ne treba paziti na polaritet spajanja. Naime, kakva god struja teče kroz zavojnicu uvijek se javlja samo međusobno odbijanje spomenutih željeznih listića, pa je i zakretanje kazaljke uvijek u jednom smjeru. Možemo zamisliti kako se dva paralelno postavljena željezna listića unutar magnetskog polja zavojnice magnetiziraju (postaju magneti), a pošto su međusobno jednako orijentirani (paralelni su) imati će i jednake polove. Znamo da se istoimeni polovi odbijaju pa će tako i pokretni listić željeza uvijek biti odbijen od nepokretnog.
Kod izmjenične struje prikazuje se uvijek njena efektiva vrijednost bez obzira na valni oblik. Međutim, zbog pojave histereze, vrtložnih struja i nelinearnosti krivulje magnetiziranja u željezu, a veličine čega izravno ovise o frekvenciji kod izmjeničnih struja, ovi instrumenti imaju deklariranu točnost samo u određenom rasponu frekvencija. Spomenimo još da su dobre strane instrumenata za pomičnim željezom i velika dozvoljena preopteretivost te jednostavna i jeftina konstrukcija jer nema pokretnih dijelova koji vode struju. Konstrukcijske prednosti su i te što se isti mehanizam može koristiti za izradu voltmetra i ampermetra, te se uz jednostavnu prilagodbu zavojnice na statoru može pokriti širok mjerni opseg instrumenta. Iako skala instrumenta može imati raspon do 240° najveći nedostatak ovih instrumenata je nelinearnost skale (što se donekle može ispraviti posebnom konstrukcijom otklonskih željeznih elemenata) i relativno velika potrošnja struje kod mjerenja. Stoga, iako razred točnosti kod ovih instrumenata može biti i 0.1 uglavnom se koriste kao pogonski instrumenti.
Na skali instrumenta ispisano je kolika je potrošnja struje kod mjerenja na pojedinim opsezima (vrijednosti se odnose na puni otklon skale instrumenta). Testiranjem je potvrđeno da ukoliko izvor ne može dati toliko struje na pojedinom opsegu mjerenje će biti potpuno netočno (već kod pomanjkanja struje od 10% javlja se drastičan pad napona). Na prvih 20% skala je najviše zbijena pa tu treba izbjegavati mjerenje, a dobro je izbjegavati i kraj skale (puni otklon) zbog veće potrošnje struje. Najbolje je očitanja vrštiti oko sredine skale.
Oznake frekvencije na skali (desno dolje) označavaju u kojem rasponu frekvencija instrument ostaje u deklariranom razredu točnosti. Testiranje je izvršeno generatorom sinusnog napona koji na izlazu može dati 5 V efektivnog napona te je utvrđeno da instrument na tom naponu zadržava kazaljku na mjestu u rasponu frekvencija od 7 Hz (gdje prestaje titranje kazaljke zbog niske frekvencije) pa sve do gotovo 1000 Hz, nakon čega počinje značajan pad zakretnog momenta instrumenta s porastom frekvencije. No, za očekivati je da na višim naponima ovaj raspon frekvencija ipak ne bi bio toliko širok. Ostale oznake znače da je razred točnosti instrumenta 0.5 (pogreška na cijelom mjernom opsegu nije veća od 0,5 %), da se instrument može koristiti za mjerenje istosmjerne i izmjenične struje, zatim da se radi o instrumentu s pomičnim željezom, da je predviđen za korištenje u horizontalnom položaju i da je ispitni napon dielektrične čvrstoće kućišta instrumenta 2 kV.
Za svaki mjerni opseg također je navedena vrijednost predotpora. Ovo ujedno predstavlja ukupni unutrašnji otpor instrumenta na pojedinom opsegu (zavojnice imaju omski otpor cca 2,5Ω i ugrađene u jezgru induktivitet od cca 2,4 mH). Shema prikazuje kako se kod pojedinih opsega preklapaju dvije zavojnice koje instrument ima na jezgri statora sa potrebnim predotporima. Na opsegu mjerenja do 3V zavojnice se spajaju paraleno sa pripadajućim otpornicima od 30Ω (što daje ukupno 15Ω omskog otpora), dok se na ostalim opsezima zavojnice i otpori spajaju serijski. Kondenzatori vezani serijski sa zavojnicama instrumenta služe za kompenzaciju jalove snage (induktivnog pomaka) koja bi dodatno opterećivala mjereni strujni krug.
Prvi pogled na konstrukciju instrumenta nakon skidanja poklopca…
Skinuta skala instrumenta i zaštitni lim na zakretnom mehanizmu… Ogledalo koje služi za korekciju paralakse oka kod očitanja kazaljke je pravo stakleno ogledalo (obično se susreću sjajni limovi). Uočavaju se izvodi dviju zavojnica i poklopac komore za zračno prigušenje kazaljke instrumenta. Kazaljka je napravljena od elastičnog plastičnog materijala (obično su metalne) što joj povećava otpornost na mehanička izobličenja.
Mehanizam izvučen iz ležišta… Uočava se metalni lonac kao jezgra zavojnica smještenih unutar njega.
Pogled s druge strane… Uočava se oznaka “BRAĆA KAZIĆ” JASTREBARSKO. Vjerojatno se radi o srednjoškolskom centru koji je pod tim nazivom radio u Jastrebarskom u razdoblju od 1977-1991. godine, a instrumenti su bili dio inventara nekog tadašnjeg tehničkog školskog laboratorija.
Zavojnice izvučene iz lonca… Otkriven je i zakretni mehanizam sa željeznim listićima smješten u centru zavojnica.
Pogled izbliza na srce mehanizma. Nepomični željezni listić desno i pomićni listić u sredini na kojeg je pričvršćena kazaljka. Lijevo je traka nosača (zatezača) pomičnog listića.
I na kraju komora za prigušenje kazaljke. Na zakretnom mehanizmu na posebnoj polugi nalazi se lagani metalni limić koji se zajedno s kazaljkom kreće unutar svoje zračne komore. Otpor koji zrak unutar komore pruža gibanju limića prigušuje naglo kretanje kazaljke pod utjecajem magnetskih polja kako bi se ista što prije smirila na konačnoj vrijednosti.
Pogled na sklopku i komponente voltmetra prema gornjoj shemi. Mjerni otpornici izvedeni su od posebne otporne žice namotane na nemagnetsko tijelo. Time je induktivitet zanemarivo mali, a dodavanjem ili oduzimanjem navoja kod izrade ovakvih mjernih otpornika može se jednostavno i precizno dobiti željeni otpor. Kondenzatori su bipolarnog tipa za izmjeničnu struju. Sklopka ima puno neiskorištenih pinova, ali to je zato jer proizvođač za čitavu seriju različitih instrumenata koristi isto kućište, sklopku i instrument. Time se pojednostavlje proizvodnja i olakšava servis.
Mjerni otpornici s bočne strane…
Na slici ispod vidimo instrument ampermetra. Uočava se da se radi o identičnom mehanizmu kao i kod voltmetra. Razlika je samo u zavojnicama koje su umetnute u željeznu jezgru (stator) instrumenta. Kod voltmetra to su bile dvije zavojnice (2 x 2,5Ω / 2,4 mH), a kod ampermetra imamo četiri zavojnice: dvije od 1Ω / 0,65 mH i dvije od 22Ω / 12 mH. Serijskom i paralelnom kombinacijom ovih zavojnica preko sklopke za mjerne opsege dobivaju se vrijednosti potrebne za pojedine opsege koje su naznačene na skali instrumenta.
Linearnost skale kao i ostale oznake na skali ampermetra identične su kao i kod voltmetra.
Ampermetar nema ugrađenih shuntova, svi mjerni opsezi dobivaju se kombinacijom zavojnica na statoru zakretnog mehanizma. Kod voltmetra smo imali relativno mali unutarnji otpor, a isto tako kod ampermetra je on relativno veliki za ovakvu vrstu instrumenata, posebno na manjim mjernim opsezima. To znači da ovi instrumenti dosta opterećuju krug koji mjere pa nisu pogodni za mjerenje unutar svih strujnih krugova.
Ukratko da ponovimo: Prednost instrumenta sa pomičnim željezom pred drugim tipovima instrumenata je to što se ne mora paziti na vrstu i polaritet struje, iako je precizan samo u određenom rasponu frekvencija izmjeničnih struja. Druga prednost je mogućnost velikog otklona zakretnog mehanizma čime se dobije velika i precizna skala, ali je ona (bez posebnih zahvata na mehanizmu) nelinearna. Instrument je jednostavan i jeftin za proizvodnju i otporan na mehanička i električna preopterećenja ali u radu troši puno struje i time opterećuje mjerni krug. Za nas pak je najveća prednost ovog instrumenta to da smo ga imali priliku rastaviti i zaviriti u njegov mehanizam koji je prije toga većina nas vidjela samo na crtežima. A nedostatak pak je to što će nakon ove objave vjerojatno završiti na izložbenoj polici gdje možda više nikad neće izmjeriti niti jedan napon ni struju. A možda to baš tako i mora biti, da i instrumenti ponekad moraju u prijevremenu mirovinu, kad ih pomalo pregazi vrijeme, ma koliko god još bili željni novih napona i struja 🙂