Misuratore a Magnete Permanente e Bobina Mobile (PMMC)
Cos'è una bobina mobile a magnete permanente (PMMC)?
Un misuratore a bobina mobile a magnete permanente (PMMC) – anche noto come misuratore D’Arsonval o galvanometro – è uno strumento che ti permette di misurare la corrente attraverso una bobina osservando la deflessione angolare della bobina in un campo magnetico uniforme.
Un misuratore PMMC colloca una bobina di filo (cioè un conduttore) tra due magneti permanenti per creare un campo magnetico stazionario. Secondo le leggi di Faraday dell'induzione elettromagnetica, un conduttore portatore di corrente posto in un campo magnetico sperimenta una forza nella direzione determinata dalla regola della mano sinistra di Fleming.
L'intensità (forza) di questa forza sarà proporzionale all'ammontare di corrente attraverso il filo. Un indicatore è attaccato all'estremità del filo e viene posizionato lungo una scala.
Quando i momenti sono bilanciati, la bobina mobile si fermerà e la sua deflessione angolare può essere misurata sulla scala. Se il campo magnetico permanente è uniforme e la molla lineare, allora la deflessione dell'indicatore è anch'essa lineare. Pertanto, possiamo utilizzare questa relazione lineare per determinare l'ammontare di corrente elettrica che passa attraverso il filo.
Gli strumenti PMMC (cioè i misuratori D’Arsonval) vengono utilizzati solo per misurare la corrente continua (DC). Se utilizzassimo la corrente alternata (AC), la direzione della corrente sarebbe invertita durante il semiciclo negativo, e quindi la direzione del momento sarebbe anche invertita. Ciò comporta un valore medio nullo del momento – quindi nessun movimento netto contro la scala.
Nonostante ciò, i misuratori PMMC possono misurare con precisione la corrente continua.
Costruzione PMMC
Un misuratore PMMC (o misuratore D’Arsonval) è costruito con 5 componenti principali:
Parte fissa o sistema magnetico
Bobina mobile
Sistema di controllo
Sistema di smorzamento
Misuratore
Parte fissa o sistema magnetico
Al giorno d'oggi utilizziamo magneti ad alta intensità di campo e ad alta forza coercitiva invece di utilizzare un magnete permanente a U con pezzi polari di ferro dolce. I magneti che utilizziamo oggi sono realizzati con materiali come alcomax e alnico, che forniscono un'elevata intensità del campo.
Bobina mobile
La bobina mobile può muoversi liberamente tra i due magneti permanenti, come mostrato nella figura sottostante. La bobina è avvolta con molte spire di filo di rame e è posizionata su un supporto rettangolare di alluminio che è montato su cuscinetti gioiello.
Sistema di controllo
La molla generalmente agisce come sistema di controllo per gli strumenti PMMC. La molla svolge anche un'altra funzione importante fornendo il percorso per far entrare e uscire la corrente dalla bobina.
Sistema di smorzamento
La forza di smorzamento, e quindi il momento, è fornita dal movimento del supporto di alluminio nel campo magnetico creato dai magneti permanenti.
Misuratore
Il misuratore di questi strumenti è costituito da un indicatore leggero per avere un movimento libero e da una scala che è lineare o uniforme e varia con l'angolo.
Equazione del momento PMMC
Deriviamo un'espressione generale per il momento negli strumenti a bobina mobile a magnete permanente o strumenti PMMC. Sappiamo che negli strumenti a bobina mobile il momento deviatore è dato dall'espressione:
Td = NBldI dove N è il numero di spire,
B è la densità di flusso magnetico nell'aria,
l è la lunghezza della bobina mobile,
d è la larghezza della bobina mobile,
I è la corrente elettrica.
Ora, per uno strumento a bobina mobile, il momento deviatore dovrebbe essere proporzionale alla corrente, matematicamente possiamo scrivere Td = GI. Quindi, confrontando, diciamo G = NBIdl. Allo stato stabile, abbiamo sia il momento di controllo che il momento deviatore uguali. Tc è il momento di controllo, uguagliando il momento di controllo con il momento deviatore, otteniamo
GI = K.x dove x è la deflessione, quindi la corrente è data da
Poiché la deflessione è direttamente proporzionale alla corrente, abbiamo bisogno di una scala uniforme sul misuratore per la misurazione della corrente.
Ora discuteremo lo schema di base del amperometro. Consideriamo un circuito come mostrato di seguito:
La corrente I è mostrata e si divide in due componenti al punto A. I due componenti sono Is e Im. Prima di commentare sui valori di queste correnti, conosciamo di più sulla costruzione della resistenza shunt. Le proprietà basilari della resistenza shunt sono elencate di seguito,
La resistenza elettrica di questi shunt non dovrebbe variare a temperature elevate, dovrebbero possedere un coefficiente di temperatura molto basso. Inoltre, la resistenza dovrebbe essere indipendente dal tempo. L'ultima e più importante proprietà che dovrebbero possedere è quella di poter trasportare valori elevati di corrente senza un aumento significativo di temperatura. Solitamente, per la realizzazione di resistenze DC, viene utilizzato il manganino. Quindi, possiamo dire che il valore di Is è molto maggiore del valore di Im poiché la resistenza dello shunt è bassa. Da ciò, abbiamo,
Dove, Rs è la resistenza dello shunt e Rm è la resistenza elettrica della bobina.
Dalle due equazioni sopra, possiamo scrivere,
