Danas su nabavljeni analogni ugradbeni (panel, profilni) mjerni instrumenti (voltmetri i ampermetri) serije FP2 slovenskog proizvođača Iskra vjerojatno iz 1980-tih godina.
Ovakvi profilni instrumenti proizvođača Iskra prikazani su u knjizi Mjerenja u elektrotehnici (Vojislav Bego) čije tiskanje je završeno u prosincu 1968. godine. Može se pretpostaviti da je ovakve serije profilnih mjernih instrumenta Iskra proizvodila u širem razdoblju od 1960-tih do 1990-tih godina.
Instrumenti imaju metalna kućišta sa plastičnom prednjom i stražnjom stanom, dimenzija 145x73x170 mm.
Sredičnji priključak je opcionalno uzemljenje (masa), a krajnja dva priključka su mjerne stezaljke.
Tvrtka ISKRA vuče korijene iz 1946. godine te je sve do danas prisutna na tržištu. Možemo reći da se radi o jednoj od najuspješnijih i najdugovječnijih tvrtki sa područja bivše Jugoslavije koja je preživjela procese restrukturiranja i privatizacije tijekom 1990-tih godina te otada bilježi tendenciju ponovnog rasta, razvoja i širenja na svjetska tržišta. Kroz čitavo razdoblje postojanja nudi širok spektar proizvoda iz područja elektronike, elektrotehnike, telekomunikacija, energetike, automatizacije i tome srodnih proizvodnih grana.
Voltmetri i ampermetri imaju skale za mjerenje visokih napona i struja, no kod tri instrumenta takva mjerenja se ne mogu vršiti izravno nego preko vanjskog mjernog transformatora:
- Ampermetar za izmjeničnu struju 0-150 A (preko mjernog transformatora 150/5 A)
- Ampermetar za izmjeničnu struju 0-400 A (preko mjernog transformatora 400/5 A)
- Voltmetar za izmjenični napon 0-500 V (izravno)
- Voltmetar za izmjenični napon 0-40 kV (preko mjernog transformatora 35/0,1 kV)
Vidimo da ampermetri mogu izravno mjeriti struju samo do 5 A, a voltmetri napon do 500 V, odnosno do 100 V.
Skala ampermetra za izmjeničnu struju 0-150 A (preko mjernog transformatora 150/5 A)
Skala ampermetra za izmjeničnu struju 0-400 A (preko mjernog transformatora 400/5 A)
Skala voltmetra za izmjenični napon 0-500 V (izravno)
Skala voltmetra za izmjenični napon 0-40 kV (preko mjernog transformatora 35/0,1 kV)
Sva četiri instrumenta se baziraju na mjernom sistemu sa pomičnim željezom (feromagnetski mjerni sistem). U objavi Pogonski voltmetar Ferranti 120 V dali smo reference na objave u kojima smo detaljni opisali princip rada te prednosti i nedostatke ovakvih mjernih sistema.
Sva četiri instrumenta se baziraju na jednakom mjernom sistemu sa pomičnim željezom. Prva dva instrumenta su voltmetri jer sadrže žičane otpornike serijski vezane zavojnici instrumenta.
Kod mjernih sistema sa pomičnim željezom unutrašnji otpor i osjetljivost instrumenta definira lako izmjenjiva (statorska) zavojnica. Za voltmetre se stavljaju zavojnice sa puno namotaja tanke žice kako bi otpor paralelno vezanog instrumenta bio što veći i time njegova potrošnja struje u mjernom krugu što manja (prve dvije slike). Za ampermetre se stavljaju zavojnice sa malim brojem namotaja i debljim presjekom žice kako bi otpor serijski vezanog instrumenta bio što manji i da time stvara što manji pad napona u mjernom krugu (druge dvije slike). Promjenom broja namotaja zavojnica mijenjaju se mjerni opsezi instrumenta.
Voltmetar za napone do 100 V (40 kV) ima unutrašnji otpor 3,5 kΩ (0,7 kΩ zavojnica i 2,8 kΩ otpornik). Voltmetar za napone do 500 V ima unutrašnji otpor 38,8 kΩ (5,7 kΩ zavojnica i 33,1 kΩ otpornik). Vidimo kako se promjenom broja namotaja zavojnice i otpora otpornika lako mijenja osjetljivost (mjerni opseg) i potrošnja instrumenta.
Usporedba voltmetra (lijevo) i ampermetra (desno). Mjerni sistem sa pomičnim željezom je kod oba instrumenta jednak, razlika je samo u zavojnici instrumenta i u serijski vezanom otporniku koji se dodaje samo kod voltmetra za povećanje ukupnog unutrašnjeg otpora.
Iako relativno jednostavne konstrukcije mjernom sistemu sa pomičnim željezom ipak mogu biti nezgodni za rastavljanje te često ne vidimo ključne dijelove sistema, a to su sami željezni listići koji međusobno stvaraju odbojne sile i tako zakreću kazaljku instrumenta. Stoga ćemo se ovdje potruditi rastaviti jedan takav sistem.
Ovdje vidimo jednostavan sistem zračnog prigušenja titranja kazaljke instrumenta. To je tijesno zatvorena komora unutar koje se kreće limić (lopatica) spregnuta sa kazaljkom. Otpor koji zrak unutar komore pruža gibanju limića prigušuje naglo kretanje kazaljke pod utjecajem magnetskih polja i zatim njeno njihanje prije nego se smiri na mjerenoj vrijednosti.
Lako izmjenjiva zavojnica mjernog sistema (ampermetar) u čije središte ulaze otklonski željezni listići.
Ovdje vidimo vanjski nepomični listić mjernog sistema. Odmah je jasno da se ovdje ne radi o radijalno, nego o aksijalno (kružno) postavljenim listićima. Uočavamo da je vanjski listić trapeznog oblika čime se kompenzira nelinearnost magnetskog odbijanja listića.
Ovdje smo izvadili vanjski fiksni aksijalni listić i sada vidimo unutrašnji pokretni aksijalni listić koji je spregnut na osovinu sa kazaljkom. Unutrašnji listić je također trapeznog oblika radi dobivanja što linearnijeg zakretanja kako linearno raste struja kroz zavojnicu i povećava se inducirani magnetski tok.
Snimci aksijalnog zakretanja unutrašnjeg pomičnog listića.
Ovdje se vidi kako su na jednoj osovini spregnuti pokretni listić mjernog sistema, kazaljka i lopatica za zračno prigušenje.
Pogonski ampermetri i voltmetri se najčešće ne izrađuju za izravno mjerenje vrlo visokih struja i napona jer bi to zahtijevalo njihovu posebnu konstrukciju i veće troškove proizvodnje i održavanja. Praktičnije je rješenje koristiti vanjske mjerne transformatore koji u točno određenom omjeru smanjuju nazivne struje i napone prije mjerenja. Time se uz različite mjerne transformatore isti mjerni instrument lako može koristiti za različite mjerene opsege gdje mu je onda samo potrebno promijeniti skalu ili navesti odgovarajući množitelj.
Mjerni sistemi sa pomičnim željezom nemaju pokretne električne dijelove (zavojnice) ni permanentne magnete pa su jednostavni i jeftini za izradu. Mogu izravno mjeriti istosmjerne i izmjenične napone i struje pa otpada potreba za ispravljačima. Nedostatak je relativno mala osjetljivost i visoka potrošnja u odnosu na primjerice instrumente sa pomičnim svitkom. Međutim, za mjerenja na mrežnim i energetskim sustavima to nema praktičnog značaja pa su instrumenti sa pomičnim željezom bili najčešće korišteni pogonski mjerni instrumenti prije pojave digitalnih mjerača.
Osim za pogonska mjerenja (klasa točnosti 1,5) usavršene tehnologije izrade instrumenta sa pomičnim željezom omogućile su ugradnju istih i u precizne laboratorijske instrumente klase točnosti 0,2 (sa mehaničkom kazaljkom) pa čak i 0,1 (sa svjetlosnom kazaljkom).
Podesnim izborom oblika, zasićenja i rasporeda željeznih listića mogu se dobiti različiti karakteri mjerne skale. Vidjeli smo da su kod naših instrumenta skale praktično linearne, osim na nekih prvih 10% gdje je ista zbijena. Za praktičnu namjenu naših instrumenta (mjerenje velikih napona i struja) to je sasvim zadovoljavajuće. Jednako tako se specifičnim konstrukcijama listića mogu dobiti skale koje su razvučene na početku, a zbijene na kraju, zatim one koje imaju kvadratičan karakter i drugi oblici skala prilagođeni nekom specifičnom mjerenju.