מד מפוח סיבובים עם מגנט קבוע

מהו סליל נע עם מגנט קבוע (PMMC)?

מגנט סליל נע עם מגנט קבוע (PMMC) – גם ידוע כ-מד חשמל ד'ארסונבל או גלבנומטר – הוא מכשיר המאפשר למדוד זרם דרך סליל באמצעות צפייה בזווית הסטייה של הסליל בשדה מגנטי אחיד.

מכשיר PMMC ממקם סליל של תיל (כלומר מוליך) בין שני מגנטים קבועים כדי ליצור שדה מגנטי סטטי. על פי חוקי פראדיי של השראה אלקטרומגנטית, מוליך נושא זרם הממוקם בשדה מגנטי יתמודד עם כוח בכיוון הנקבע על ידי כלל היד השמאלית של פלימינג.

הגודל (הכוח) של כוח זה יהיה פרופורציונלי לכמות הזרם דרך התיל. מחוג מתחבר לקצה התיל ומוקם לאורך סולם.

כאשר המומנטים מאוזנים הסליל הנע יפסיק, והזווית של הסטייה יכולה להימדד על ידי הסולם. אם השדה המגנטי הקבוע אחיד והקפיץ ליניארי, אז הסטייה של המחוג היא גם כן ליניארית. לכן ניתן להשתמש ביחס הליניארי הזה כדי לקבוע את כמות הזרם החשמלי העובר דרך התיל.

מכשירי PMMC (כלומר מד חשמל ד'ארסונבל) משמשים רק למדידת זרם ישיר (DC). אם נשתמש בזרם חילופין (AC), כיוון הזרם ישתנה במהלך מחזור החצי שלילי, ולכן כיוון המומנט ישתנה גם כן. הדבר מוביל לממוצע של מומנט אפס – כלומר אין תנועה נטו נגד הסולם.

למרות זאת, מכשירי PMMC יכולים למדוד במדויק זרם DC.

בניית מכשיר PMMC

מכשיר PMMC (או מד חשמל ד'ארסונבל) בנוי מ-5 רכיבים עיקריים:

• החלק הסטטי או מערכת המגנטים
  

• סליל נע
  

• מערכת הבקרה
  

• מערכת הדämpפנות
  

• המכשיר
  

החלק הסטטי או מערכת המגנטים

בימינו משתמשים במגנטים בעלי עוצמת שדה גבוהה וכח קוארציבי גבוה במקום מגנטים קבועים בצורת U עם חלקים קטושיים ברזל רך. המגנטים שנמצאים בשימוש כיום מיוצרים מחומרים כמו אלקומקס ואלניקו המספקים עוצמת שדה גבוהה.

סליל נע

הסליל הנע יכול לנוע חופשיות בין שני המגנטים הקבועים כפי שמוצג בתמונה שלהלן. הסליל מתפתל עם מספר רב של סיבובים של תיל נחושת ונמצא על אלומיניום מלבני שנדבק על גירוס נחמדים.

מערכת הבקרה

הקפיץ בדרך כלל פועל כמערכת בקרה עבור מכשירי PMMC. הקפיץ מספק גם תפקיד חשוב נוסף בכך שהוא מספק נתיב לזרם להיכנס ולצאת מהסליל.

מערכת הדämpפנות

הכוח הדמפף, לכן המומנט, מסופק על ידי תנועת האלומיניום המחזיק בשדה המגנטי שנוצר על ידי המגנטים הקבועים.

המכשיר

המכשיר כולל מחוג קל משקל לתנועה חופשית וסולם שמאופיין ב_uniformity_ ומשתנה עם הזווית.

משוואת המומנט של מכשיר PMMC

ננתח את הביטוי הכללי למומנט במכשירי סליל נע עם מגנט קבוע או מכשירי PMMC. אנו יודעים כי במכשירי סליל נע המומנט המניע נתון על ידי הביטוי:

• Td = NBldI כאשר N הוא מספר הסיבובים,

• B הוא צפיפות השדה המגנטי בפריצה האוויר,

• l הוא אורך הסליל הנע,

• d הוא רוחב הסליל הנע,

• I הוא הזרם החשמלי.

עבור מכשירי סליל נע המומנט המניע צריך להיות פרופורציונלי לזרם, מתמטית ניתן לכתוב Td = GI. לכן בהשוואה אנחנו אומרים G = NBIdl. במצב יציב יש לנו את שני המומנטים המניע והבקר שווים. Tc הוא המומנט המבקר, בהשוואה בין המומנט המבקר למומנט המניע יש לנו

GI = K.x כאשר x הוא הסטייה, לכן הזרם נתון על ידי

מאחר שהסטייה היא פרופורציונלית לזרם, אנו צריכים סולם אחיד על המכשיר למדידת הזרם.

עכשיו נדבר על תרשים המעגל הבסיסי של האממטר. נניח מעגל כמו המוצג להלן:

הזרם I מוצג והוא מתפצל לשני רכיבים בנקודה A. שני הרכיבים הם Is ו-Im. לפני שאומר על הערכים המagnitude של הזרמים הללו, נלמד יותר על בניית ההתנגדות המשנית. התכונות הבסיסיות של ההתנגדות המשנית כתובות להלן,

ההתנגדות החשמלית של ההתקנים המשניים לא צריכה להשתנות בטמפרטורה גבוהה, הם צריכים להכיל מקדם טמפרטורה מאוד נמוך. בנוסף, ההתנגדות צריכה להיות בלתי תלויה בזמן. התכונה האחרונה והכי חשובה שהם צריכים להחזיק היא שהם צריכים להיות מסוגלים לשאת ערך גבוה של זרם ללא עלייה משמעותית בטמפרטורה. בדרך כלל משתמשים במנגנין לייצור התנגדות DC. לכן אפשר לומר שהערך של Is גדול בהרבה מהערך של Im בשל ההתנגדות הנמוכה של ההתקן המשני. מכאן יש לנו,

כאשר, Rs היא ההתנגדות של ההתקן המשני ו-Rm היא ההתנגדות החשמלית של הסליל.

מהמשוואות לעיל ניתן לכתוב,

כאשר, m הוא כ