Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) Måler
Hvad er en Permanent Magnet Moving Coil (PMMC)?
En Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) meter – også kendt som en D’Arsonval-meter eller galvanometer – er et instrument, der gør det muligt at måle strømmen gennem en spole ved at observere spolens vinkelafvigelse i et uniformt magnetfelt.
En PMMC-meter placerer en spole af tråd (altså en leder) mellem to permanente magnetstyrker for at skabe et stillestående magnetfelt. Ifølge Faradays love om elektromagnetisk induktion vil en strømledende leder, der er placeret i et magnetfelt, opleve en kraft i retningen, der er bestemt af Flemings venstre hånds regel.
Størrelsen (styrken) af denne kraft vil være proportional med mængden af strøm gennem tråden. En pejler er fastgjort til spolens ende og placeret langs en skala.
Når momentene er i ligevægt, stopper den bevægende spole, og dens vinkelafvigelse kan måles ved hjælp af skalaen. Hvis permanentmagnetfeltet er uniformt og fjederen lineær, så er pejlernes afvigelse også lineær. Derfor kan vi bruge dette lineære forhold til at bestemme mængden af elektrisk strøm, der passerer gennem tråden.
PMMC-instrumenter (altså D’Arsonval-metre) bruges kun til at måle direkte strøm (DC). Hvis vi skulle bruge alternativ strøm (AC), ville strømretningen blive vendt om under den negative halvcyklus, og dermed ville retningen af momentet også blive vendt om. Dette resulterer i en gennemsnitlig værdi på nul moment – altså ingen netto bevægelse mod skalaen.
Til trods herfor kan PMMC-metre præcist måle DC-strøm.
PMMC-konstruktion
En PMMC-meter (eller D’Arsonval-meter) er konstrueret af 5 hovedkomponenter:
Stillestående del eller magnetsystem
Bevægende spole
Kontrolsystem
Dempningssystem
Meter
Stillestående del eller magnetsystem
I nutid bruger vi magneeter med høj feltintensitet og høj coercitiv kraft i stedet for U-formede permanente magneeter med bløde jernpolstykker. De magneeter, vi bruger i dag, er lavet af materialer som alcomax og alnico, hvilket giver høj feltstyrke.
Bevægende spole
Den bevægende spole kan frit bevæge sig mellem de to permanente magneeter, som vist på figuren nedenfor. Spolen er vindet med mange vindinger af kobbertråd og er placeret på en rektangulær aluminiumsplate, der er pivoted på smykkelejer.
Kontrolsystem
Fjederen fungerer generelt som kontrolsystem for PMMC-instrumenter. Fjederen har også en anden vigtig funktion ved at give vejen for strøm ind og ud af spolen.
Dempningssystem
Dempningskraften, og dermed momentet, er givet af bevægelsen af aluminiumsformeren i magnetfeltet, der er oprettet af de permanente magneeter.
Meter
Meteret for disse instrumenter består af en let pejler for at have fri bevægelse og en skala, der er lineær eller uniform og varierer med vinklen.
PMMC-momentligning
Lad os udlede en generel udtryk for moment i permanente magnetbevægende spoleinstrumenter eller PMMC-instrumenter. Vi ved, at i bevægende spoleinstrumenter er defleksionsmomentet givet ved udtrykket:
Td = NBldI, hvor N er antallet af vindinger,
B er magnetflugtdensitet i luftgapet,
l er længden af den bevægende spole,
d er bredden af den bevægende spole,
I er elektrisk strøm.
Nu skal defleksionsmomentet for et bevægende spoleinstrument være proportionalt med strømmen, matematisk kan vi skrive Td = GI. Ved sammenligning siger vi G = NBIdl. I rotilstand har vi både kontrollerende og defleksionsmomenter, der er ens. Tc er kontrollerende moment, ved at sætte kontrollerende moment lig med defleksionsmoment får vi
GI = K.x, hvor x er defleksion, og strømmen er givet ved
Eftersom defleksionen er direkte proportional med strømmen, har vi brug for en uniform skala på meteret for at måle strømmen.
Nu skal vi diskutere den grundlæggende kredsløbsdiagram for ammeteren. Lad os overveje en kredsløb som vist nedenfor:
Strømmen I vises, der opdeles i to komponenter ved punktet A. De to komponenter er Is og Im. Før jeg kommenterer på størrelsesværdierne af disse strømme, lad os vide mere om konstruktionen af shuntmodstanden. De grundlæggende egenskaber for shuntmodstanden er skrevet nedenfor,
Elektriske modstand for disse shunts bør ikke ændre sig ved højere temperatur, de bør have meget lav temperaturkoefficient. Modstanden bør også være uafhængig af tid. Sidste og mest vigtige egenskab, de bør have, er, at de kan føre høj strøm uden betydelig temperaturstigning. Normalt bruges manganin til at lave DC-modstand. Så kan vi sige, at værdien af Is er meget større end værdien af Im, da shuntmodstanden er lav. Fra dette har vi,
Hvor Rs er shuntmodstanden og Rm er den elektriske modstand for spolen.
