Dauermagnet-Spulenstrommesser (PMMC)

Was ist eine Dauermagnet-Bewegungsspule (PMMC)?

Ein Dauermagnet-Bewegungsspule-Meter – auch bekannt als D’Arsonval-Meter oder Galvanometer – ist ein Instrument, das es Ihnen ermöglicht, den Strom durch eine Spule zu messen, indem Sie die Winkelabweichung der Spule in einem homogenen Magnetfeld beobachten.

Ein PMMC-Meter platziert eine Drahtspule (d.h. einen Leiter) zwischen zwei Dauermagneten, um ein stationäres Magnetfeld zu erzeugen. Gemäß den Faradayschen Gesetzen der elektromagnetischen Induktion wird ein stromführender Leiter, der in ein Magnetfeld gelegt wird, eine Kraft in der Richtung erfahren, die durch die Flemingsche Linkshandregel bestimmt wird.

Die Stärke dieser Kraft ist proportional zur Stromstärke im Draht. An dem Ende des Drahtes ist ein Zeiger angebracht, der entlang einer Skala positioniert wird.

Wenn die Drehmomente ausbalanciert sind, stoppt die bewegliche Spule, und ihre Winkelabweichung kann anhand der Skala gemessen werden. Wenn das permanente Magnetfeld homogen und die Feder linear ist, dann ist die Zeigerabweichung ebenfalls linear. Daher können wir diese lineare Beziehung nutzen, um die Menge des elektrischen Stroms, der durch den Draht fließt, zu bestimmen.

PMMC-Instrumente (d.h. D’Arsonval-Meter) werden nur zum Messen von Gleichstrom (DC) Strom verwendet. Wenn wir Wechselstrom (AC) verwenden würden, würde die Stromrichtung während der negativen Halbwelle umgekehrt, und daher auch die Drehmomentrichtung. Dies führt zu einem Durchschnittswert von null Drehmoment – daher keine Netzbewegung gegen die Skala.

Trotzdem können PMMC-Meter Gleichstrom genau messen.

Aufbau eines PMMC

Ein PMMC-Meter (oder D’Arsonval-Meter) besteht aus 5 Hauptkomponenten:

• Stationärer Teil oder Magnetsystem
  

• Bewegliche Spule
  

• Regelsystem
  

• Dämpfungssystem
  

• Messgerät
  

Stationärer Teil oder Magnetsystem

Heutzutage verwenden wir Magnete mit hoher Feldintensität und hoher Kofazierkraft, anstatt U-förmige Dauermagnete mit weicheisenpole. Die Magnete, die wir heute verwenden, sind aus Materialien wie Alcomax und Alnico hergestellt, die ein hohes Feldstärke bieten.

Bewegliche Spule

Die bewegliche Spule kann frei zwischen den beiden Dauermagneten bewegen, wie in der unten dargestellten Abbildung zu sehen. Die Spule ist mit vielen Windungen aus Kupferdraht gewickelt und auf einem rechteckigen Aluminiumrahmen montiert, der auf Edelsteinlager gelagert ist.

Regelsystem

Die Feder dient in der Regel als Regelsystem für PMMC-Instrumente. Die Feder erfüllt eine weitere wichtige Funktion, indem sie den Weg für den Strom in und aus der Spule bereitstellt.

Dämpfungssystem

Die Dämpfungskraft, und damit das Drehmoment, wird durch die Bewegung des Aluminiumrahmens im Magnetfeld erzeugt, das von den Dauermagneten erzeugt wird.

Messgerät

Das Messgerät dieser Instrumente besteht aus einem leichtgewichtigen Zeiger, der sich frei bewegen kann, und einer Skala, die linear oder gleichmäßig ist und mit dem Winkel variiert.

Drehmomentgleichung für PMMC

Lassen Sie uns einen allgemeinen Ausdruck für das Drehmoment in Dauermagnet-Bewegungsspulen-Instrumenten oder PMMC-Instrumenten herleiten. Wir wissen, dass in Bewegungsspuleninstrumenten das ablenkende Drehmoment durch den Ausdruck gegeben ist:

• Td = NBldI, wobei N die Anzahl der Windungen ist,

• B die magnetische Flussdichte im Luftspalt ist,

• l die Länge der beweglichen Spule ist,

• d die Breite der beweglichen Spule ist,

• I der elektrische Strom ist.

Für ein Bewegungsspuleninstrument sollte das ablenkende Drehmoment proportional zum Strom sein, mathematisch können wir schreiben Td = GI. Bei Vergleich sagen wir G = NBIdl. Im Gleichgewichtszustand sind beide, das steuernde und das ablenkende Drehmoment, gleich. Tc ist das steuernde Drehmoment, bei Gleichsetzung des steuernden und ablenkenden Drehmoments haben wir

GI = K.x, wobei x die Ablenkung ist, somit ist der Strom gegeben durch

Da die Ablenkung direkt proportional zum Strom ist, benötigen wir eine gleichmäßige Skala am Messgerät zur Strommessung.

Nun werden wir das grundlegende Schaltbild eines Ampermeters besprechen. Betrachten wir den folgenden Schaltkreis:

Der Strom I teilt sich am Punkt A in zwei Komponenten. Die beiden Komponenten sind Is und Im. Bevor ich auf die Größenordnung dieser Ströme eingehe, lernen wir mehr über den Aufbau des Shunts. Die grundlegenden Eigenschaften des Shunts sind unten aufgelistet,

Die elektrische Widerstand dieser Shunts sollte bei höheren Temperaturen nicht variieren, sie sollten also einen sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten besitzen. Auch der Widerstand sollte zeitabhängig sein. Die wichtigste Eigenschaft, die sie besitzen sollten, ist, dass sie hohe Stromstärken ohne signifikante Temperaturerhöhung tragen können. Üblicherweise wird Manganin für DC-Widerstände verwendet. Somit können wir sagen, dass der Wert von Is viel größer als der Wert von Im ist, da der Widerstand des Shunts gering ist. Aus diesem Grund haben wir,

Wobei, Rs der Widerstand des Shunts und Rm der elektrische Widerstand der Spule ist.