I. Direct Current Meters

A. Ayrton Shunt

  A  shunt  used to  increase the range of  a  galvanometer  without  changing  the damping. Also known as universal shunt. 

An  Ayrton   shunt  used  with   an   ammeter   consists   of   several series   connected   resistors  all   connected   in  parallel  with   the PMMC   instrument.   Range   change   is   effected   by   switch between resistor junctions

B. Ohmmeter

Is an electrical instrument that measures electrical resistance, which is known as the opposition to an electric current. The unit of measurement for resistance is ohms (Ω).

The  original  design  of  an  ohmmeter   is   supplied  by  a   small   battery   to  apply a voltage to a resistance. It uses a galvanometer to measure the electric current through 

the resistance. The scale of the galvanometer was marked in ohms, because the fixed voltage from the battery assured that as resistance is decreased, the current through the meter would increase.

A  more   accurate   type   of   ohmmeter   has   an   electronic   circuit   that   passes   a constant   current   (I)   through   the   resistance,   and   another   circuit   that  measures   the voltage   (V)   across   the   resistance.   According   to   the   following   equation,   derived from Ohm's Law, the value of the resistance (R) is given by:

C. Multimeter

Also   known   as   a volt/ohm meter or VOM,   is   an electronic measuring instrument that   combines   several   measurement   functions   in   one   unit.   A   typical multimeter   may   include   features   such   as   the   ability   to measure voltage, current and resistance. Multimeters may use analog or digital  circuits—analog multimeters and digital multimeters (often   abbreviated DMM or DVOM.) Analog instruments are usually based on a microammeter whose pointer moves over a scale   calibrated   for   all   the   different   measurements   that   can   be   made;   digital 

instruments usually display digits, but may display a bar of length proportional to the quantity measured.

A multimeter can be a hand-held device useful for basic fault finding and field service  work   or   a   bench   instrument  which   can  measure   to   a   very   high   degree   of accuracy.  They   can  be  used   to   troubleshoot  electrical  problems   in  a  wide  array  of industrial and household devices such aselectronic equipment, motor controls, domestic appliances, power supplies, and wiring systems.

The first moving-pointer current-detecting device was the galvanometer. These were   used   to   measure   resistance   &   voltage   by   using   awheatstone   bridge,   and comparing the unknown quantity to a reference voltage or resistance. While usable in a lab, the technique was very slow and impractical in the field. These galvanometers were bulky and delicate.

The   D'Arsonval/Weston  meter  movement   used   a   fine  metal   spring   to   give proportional  measurement   rather   than   just   detection,   and   built-in   permanent   field magnets  made deflection  independent  of   the position of   the meter.  These  features enabled dispensing with Wheatstone bridges, and made measurement quick and easy. By adding a series or shunt resistor, more than one range of voltage or current could be measured with one movement.

Multimeters   were   invented   in   the   early   1920s   as radio receivers   and other vacuum tube electronic devices became more common. The invention of the first multimeter   is   attributed   to   Post   Office   engineer   Donald   Macadie,   who   became dissatisfied   with   having   to   carry   many   separate   instruments   required   for   the maintenance of the telecommunication circuits. Macadie invented an instrument which could  measure   amperes,   volts   and   ohms,   so   the  multifunctional   meter   was   then named Avometer.[2] The meter comprised a moving coil  meter,  voltage and precision resistors, and switches & sockets to select the range.

D. Other Meters1. Electrometer

An electrometer is  an electrical instrument   for  measuring electric  charge or electrical potential   difference.   There   are   many   different   types,   ranging   from historical  hand-made mechanical  instruments to high-precision electronic devices. Modern electrometers based on vacuum tube or solid state technology can be used to make voltage and charge measurements with very low leakage currents, down to 1 femtoampere.   A   simpler   but   related   instrument,   the electroscope,   works   on similar principles but only indicates the relative magnitudes of voltages or charges.

2. Hall Effect Sensor

A Hall effect sensor is a transducer that varies its output voltage in response to   changes   in magnetic   field.   Hall   sensors   are   used   for   proximity   switching, positioning, speed detection, and current sensing applications.

In its simplest form, the sensor operates as an analogue transducer, directly returning a voltage. With a known magnetic field, its distance from the Hall plate can be determined. Using groups of sensors, the relative position of the magnet can be deduced.

Electricity carried   through  a  conductor  will  produce  a  magnetic  field   that varies with current, and a Hall sensor can be used to measure the current without interrupting the circuit.  Typically,   the sensor   is   integrated with a  wound core or permanent magnet that surrounds the conductor to be measured.

II. Alternating Current Meters

A. D’Arsonval Meter Movement in AC

A galvanometer is   a   type   of ammeter:   an   instrument   for   detecting   and measuring electric   current.   It   is   an analog electromechanical   transducer    that produces   a   rotary   deflection   of   some   type   of   pointer   in   response   to electric current flowing through its coil. The term has expanded to include uses of the same mechanism in recording, positioning, and servomechanism equipment.

By connecting a rectifier to a d'Arsonval  meter movement,  an alternating current measuring device is created.

When ac is converted to pulsating dc, the d'Arsonval movement will react to the average value of the pulsating dc (which is the average value of one-half of the sine wave).  Another  characteristic  of  using  a  rectifier  concerns  the  fact   that   the d'Arsonval meter movement is capable of indicating current in only one direction. If the d'Arsonval meter movement were used to indicate alternating current without a rectifier, or direct current of the wrong polarity, the movement would be severely damaged. The pulsating dc  is current  in a single direction, and so the d'Arsonval meter movement can be used as long as proper polarity is observed.

B. Electrodynanometer movement

 An electrodynamometer   is  an  instrument used for measuring the electric power. The basic principle was laid out in an 1848 paper by Wilhelm Weber (1804-1891): when the same current passes through two concentric coils placed at right angles to each other, the resulting torque depends on the square of the current. 

The electrical inventor and entrepreneur, Werner von Siemens (1816-1892), used this principle in his electrodynamometer, first described in 1880. In order to measure the power dissipated in an electrical load, it is necessary to measure the current through the load and the potential drop across it. In the Siemens instrument, the stationary coil is made of relatively few turns of heavy wire and is connected in series with the circuit. The rotating coil consists of many turns of fine wire, and is connected across the load with a multiplier resistance in series with it to measure the   potential   drop.   The   currents   through   the   two   coils   are   I   and   a   current proportional to V, and the product of the two currents is proportional to the power dissipated in the load. 

C. Iron-vane Meter movement

The moving iron vane movement can be used to measure both AC current and voltage.By changing the meter scale calibration, the movement can be used to measure  DC  current  andvoltage.    The  moving   iron  vane  meter  operates  on   the principle  of  magnetic   repulsion  betweenlike  poles.    The  measured current  flows through a field coil which   produces a magnetic fieldproportional to the magnitude of current.    Suspended in this field are two iron vanes attached toa pointer.    The two   iron   vanes   consist   of   one   fixed   and   one  moveable   vane.    The  magnetic fieldproduced by the current flow magnetizes the two iron vanes with the same polarity regardlessof the direction of current through the coil.   Since like poles repel one another, the moving ironvane pulls away from the fixed vane and moves the meter pointer.   This motion exerts a forceagainst a spring.   The distance the moving iron vane will travel against the spring depends onthe strength of the magnetic field. The strength of the magnetic field depends on the magnitudeof current flow.

D. Thermocouple meter

For typical metals used in thermocouples, the output voltage increases almost linearly with the temperature difference (ΔT) over a bounded range of temperatures. For precise measurements or measurements outside of the linear temperature range, non-linearity must be corrected. The nonlinear relationship between the temperature difference (ΔT) and the output voltage (mV) of a thermocouple can be approximated by a polynomial:

The coefficients an are given for n from 0 to between 5 and 13 depending upon the metals. In some cases better accuracy is obtained with additional non-polynomial terms[4].   A   database   of   voltage   as   a   function   of   temperature,   and   coefficients   for computation   of   temperature   from   voltage   and   vice-versa   for   many   types   of thermocouple is available online[4].

In modern equipment the equation is usually implemented in a digital controller or stored in a look-up table;[5] older devices use analog circuits.

Piece-wise linear approximations are an alternative to polynomial corrections.

E. AC Voltmeter

AC  electromechanical meter movements come in two basic arrangements: those based on DC movement designs, and those engineered specifically for AC use. Permanent-magnet moving coil (PMMC) meter movements will not work correctly if directly   connected   to   alternating   current,   because   the   direction   of   needle movement will  change with each half-cycle of the AC. (Figure below) Permanent-magnet  meter  movements,   like   permanent-magnet  motors,   are   devices   whose motion depends on the polarity of the applied voltage (or, you can think of it   in terms of the direction of the current).

In order to use a DC-style meter movement such as the D'Arsonval design, the alternating current must be rectified into DC. This is most easily accomplished through the   use   of   devices   called diodes.   We   saw   diodes   used   in   an   example   circuit demonstrating the creation of harmonic frequencies from a distorted (or rectified) sine wave. Without going into elaborate detail over how and why diodes work as they do, just remember that they each act like a one-way valve for electrons to flow: acting as a conductor for one polarity and an insulator for another. Oddly enough, the arrowhead in each diode symbol points against the permitted direction of electron flow rather than with   it   as  one  might   expect.   Arranged   in   a   bridge,   four  diodes  will   serve   to   steer AC through the meter movement in a constant direction throughout all portions of the AC cycle.

Passing AC through this Rectified AC meter movement will drive it in one direction.

Another   strategy   for   a   practical   AC meter   movement   is   to   redesign   the movement without the inherent polarity sensitivity of the DC types. This means avoiding the use of permanent magnets. Probably the simplest design is to use a non-magnetized iron vane to move the needle against spring tension, the vane being attracted toward a stationary coil of wire energized by the AC quantity to be measured.

F. Other Meters1. Gauss Meter

This meter measures the level of ELF magnetic field radiation from power lines, computers, kitchen appliances, and more! The easy to read scale, unique built-in audio signal  and auto shut-off make  it  simple to use and a great  way to find hidden sources of ELF frequency magnetic fields.

Most experts  agree that chronic  exposure to more than 2.5 milli-Gauss  is inadvisable. This meter will show you which areas are above or below 2.5 milli-Gauss in the 50 - 60 Hz frequency range.

Hand-held, lightweight and durable, with two easy to read scales (0-1 mG, & 0-10  mG),  and  dramatic  audio   signal.  Our   favorite  meter   for  demonstrating   the presence  of   dangerous   EMFs   to  others   and  paranormal  work.   Requires  one  9V battery (not included). Calibrated at 50-60 Hz.

2. EMF Meter

This 3-axis AC gaussmeter is very unique, especially the 60 Hz filtering switch. Flip this switch to SUM to measure a wide range of frequencies (20 Hz to 100KHz). Flip to FILTER and 60 Hz signals ((±10 Hz to 3 dB, common powerline and household electricity) are NOT included in the detection. This feature combined with the LED output  and  switchable  sound  make   this  an  excellent  choice   for  paranormal  and routine work. Readout is easy to see and hear in low light conditions, even by a group of people. 7 LED display will show 1 LED in DOT mode, or include all lower level LEDs in BAR mode. ±10% Accuracy at 60 Hz. Uses 9V battery