Voltmetre de Bobina Mòbil amb Magnet Permanent (PMMC)
Què és una Bobina Mòbil de Magnet Permanent (PMMC)?
Un metre de Bobina Mòbil de Magnet Permanent (PMMC) – també conegut com a metre de D’Arsonval o galvanòmetre – és un instrument que et permet mesurar la corrent a través d'una bobina observant l'angle de desviació de la bobina en un camp magnètic uniforme.
Un metre PMMC col·loca una bobina de fil (és a dir, un conductor) entre dos magnets permanents per crear un camp magnètic estacionari. Segons les Lleis de Faraday de l'inducció electromagnètica, un conductor que porta corrent i es troba en un camp magnètic experimentarà una força en la direcció determinada per la regla de la mà esquerra de Fleming.
La magnitud (força) d'aquesta força serà proporcional a la quantitat de corrent a través del fil. Un punter es connecta al final del fil i s'ajusta a una escala.
Quan els torsos estan equilibrats, la bobina mòbil aturarà, i la seva desviació angular es pot mesurar amb l'escala. Si el camp magnètic permanent és uniforme i la molla és lineal, llavors la desviació del punter també és lineal. Per tant, podem utilitzar aquesta relació lineal per determinar la quantitat de corrent elèctrica que passa pel fil.
Els instruments PMMC (és a dir, els metres de D’Arsonval) només s'utilitzen per mesurar la corrent contínua (CC). Si utilitzéssim corrent alternada (CA), la direcció de la corrent es revertiria durant la meitat de cicle negativa, i, per tant, la direcció del torque també es revertiria. Això resulta en un valor mitjà de torque zero, per tant, no hi hauria cap moviment net contra l'escala.
Malgrat això, els metres PMMC poden mesurar la corrent CC amb precisió.
Construcció PMMC
Un metre PMMC (o metre de D’Arsonval) es construeix de 5 components principals:
Part Estacionària o Sistema de Magnets
Bobina Mòbil
Sistema de Control
Sistema d'Amortigament
Metre
Part Estacionària o Sistema de Magnets
En l'actualitat, utilitzem magnets amb intensitats de camp elevades i forçes coercitives altes en lloc de magnets permanents en forma de U amb peces polars de ferro dolc. Els magnets que utilitzem avui en dia estan fets de materials com l'alcomax i l'alnico, que proporcionen una forta intensitat de camp.
Bobina Mòbil
La bobina mòbil es pot moure lliurement entre els dos magnets permanents, com es mostra en la figura següent. La bobina està envoltada amb molts torns de fil de cobre i es col·loca en un alumini rectangular que pivota sobre rodaments de joies.
Sistema de Control
La molla generalment actua com a sistema de control per als instruments PMMC. La molla també serveix una altra funció important proporcionant el camí per portar la corrent a la bobina i en sortir d'aquesta.
Sistema d'Amortigament
La força d'amortigament, i per tant el torque, es proporciona pel moviment de l'anterior d'alumini en el camp magnètic creat pels magnets permanents.
Metre
El metre d'aquests instruments consta d'un punter lleuger per tenir un moviment lliure i una escala que és lineal o uniforme i varia amb l'angle.
Equació de Torque PMMC
Derivem una expressió general per al torque en instruments de bobina mòbil de magnet permanent o instruments PMMC. Sabem que en instruments de bobina mòbil, el torque de desviació es dóna per l'expressió:
Td = NBldI on N és el nombre de torns,
B és la densitat de flux magnètic en l'espai d'aire,
l és la longitud de la bobina mòbil,
d és l'amplada de la bobina mòbil,
I és la corrent elèctrica.
Per a un instrument de bobina mòbil, el torque de desviació hauria de ser proporcional a la corrent, matemàticament podem escriure Td = GI. Així, en comparar, diem G = NBIdl. En estat estacionari, tenim que els torques de control i de desviació són iguals. Tc és el torque de control, en igualar el torque de control amb el de desviació tenim
GI = K.x on x és la desviació, així la corrent es dóna per
Com que la desviació és directament proporcional a la corrent, necessitem una escala uniforme en el metre per a la mesura de la corrent.
Ara parlarem del diagrama de circuit bàsic de l'amperímetre. Considerem un circuit com el que es mostra a continuació:
La corrent I es mostra i es divideix en dos components al punt A. Els dos components són Is i Im. Abans de comentar sobre els valors de magnitud d'aquestes corrents, coneguem més sobre la construcció de la resistència de derivació. Les propietats bàsiques de la resistència de derivació són les següents,
La resistència elèctrica d'aquestes derivacions no hauria de variar a temperatures més altes, haurien de tenir un coeficient de temperatura molt baix. També la resistència hauria de ser independent del temps. L'última i més important propietat que haurien de tenir és que haurien de poder portar un valor alt de corrent sense un augment significatiu de temperatura. Normalment, es fa servir mangani per fer resistències DC. Així, podem dir que el valor de Is és molt més gran que el valor de Im ja que la resistència de derivació és baixa. A partir d'això, tenim,
On, Rs és la resistència de derivació i Rm és la resistència elèctrica de la bobina.
A partir de les dues equacions anteriors, podem escriure,
