Stały Magnet Przenoszący się Cewka (PMMC)
Co to jest cewka poruszająca się w stałym polu magnetycznym (PMMC)?
Mierznik z cewką poruszającą się w stałym polu magnetycznym (PMMC) – znany również jako mierznik D’Arsonvala lub galwanometr – to przyrząd, który pozwala na pomiar prądu przez cewkę poprzez obserwację kątowego odchylenia cewki w jednorodnym polu magnetycznym.
Mierznik PMMC umieszcza cewkę drutową (tj. przewodnik) między dwoma stalaktytami magnetycznymi, aby stworzyć nieruchome pole magnetyczne. Zgodnie z Prawami Faradaya indukcji elektromagnetycznej, przewodnik niosący prąd umieszczony w polu magnetycznym będzie doświadczał siły w kierunku określonym przez regułę lewej dłoni Fleminga.
Wielkość (siła) tej siły będzie proporcjonalna do ilości prądu płynącego przez drut. Do końca drutu jest przymocowany wskaźnik, który umieszczany jest wzdłuż skali.
Gdy momenty są zrównoważone, cewka poruszająca się zatrzymuje się, a jej kątowe odchylenie można zmierzyć za pomocą skali. Jeśli pole magnetyczne stałe jest jednorodne, a sprężyna liniowa, to odchylenie wskaźnika również jest liniowe. Możemy więc użyć tego liniowego związku do określenia ilości prądu elektrycznego przepływającego przez drut.
Przyrządy PMMC (tj. mierzniki D’Arsonvala) są używane tylko do pomiaru prądu stałego (DC). Jeśli użylibyśmy prądu zmiennego (AC), kierunek prądu zostałby odwrócony podczas ujemnej półfali, co spowodowałoby odwrócenie kierunku momentu. To prowadzi do średniej wartości momentu równiej zero – zatem nie ma żadnego ruchu przeciwko skali.
Mimo to, mierzniki PMMC mogą dokładnie mierzyć prąd stały.
Konstrukcja PMMC
Mierznik PMMC (lub mierznik D’Arsonvala) składa się z 5 głównych komponentów:
Stała część lub system magnetyczny
Poruszająca się cewka
System sterujący
System tłumienia
Licznik
Stała część lub system magnetyczny
Obecnie używamy magnesów o wysokich natężeniach pola i wysokiej sile koercytywnej zamiast U-kształtnych trwałych magnesów z miękkimi żelaznymi biegunami. Magnesy, które obecnie używamy, są wykonane z materiałów takich jak alcomax i alnico, które zapewniają wysokie natężenie pola.
Poruszająca się cewka
Poruszająca się cewka może swobodnie poruszać się między dwoma trwałymi magnesami, jak pokazano na poniższym rysunku. Cewka jest nawinięta z wielu okręgów miedzianego drutu i umieszczona na prostokątnym aluminium, które opiera się na klejnotowych łożyskach.
System sterujący
Sprężyna ogólnie działa jako system sterujący dla przyrządów PMMC. Sprężyna pełni również inną ważną funkcję, dostarczając ścieżkę do wprowadzania i wyprowadzania prądu z cewki.
System tłumienia
Siła tłumienia, a więc moment, jest generowana przez ruch aluminiowej formy w polu magnetycznym stworzonym przez trwałe magnesy.
Licznik
Licznik tych przyrządów składa się z lekkiego wskaźnika, aby zapewnić swobodny ruch, oraz skali, która jest liniowa lub jednorodna i zmienia się z kątem.
Równanie momentu PMMC
Wywiedźmy ogólne wyrażenie na moment w przyrządach z cewką poruszającą się w stałym polu magnetycznym (PMMC). Wiemy, że w przyrządach z poruszającą się cewką moment odchylenia jest dany przez wyrażenie:
Td = NBldI, gdzie N to liczba okręgów,
B to gęstość strumienia magnetycznego w powietrzu,
l to długość poruszającej się cewki,
d to szerokość poruszającej się cewki,
I to prąd elektryczny.
Teraz dla przyrządu z poruszającą się cewką moment odchylenia powinien być proporcjonalny do prądu, matematycznie możemy zapisać Td = GI. Porównując, mówimy, że G = NBIdl. W stanie ustalonym zarówno moment sterujący, jak i moment odchylenia są równe. Tc to moment sterujący, porównując moment sterujący z momentem odchylenia, mamy
GI = K.x, gdzie x to odchylenie, zatem prąd wynosi
Ponieważ odchylenie jest proporcjonalne do prądu, potrzebujemy jednolitej skali na liczniku do pomiaru prądu.
Teraz omówimy podstawowy schemat obwodowy amperomierza. Rozważmy obwód, jak pokazano poniżej:
Prąd I dzieli się na dwa składniki w punkcie A. Składniki to Is i Im. Przed komentarzem na temat wartości tych prądów, poznamy więcej o konstrukcji oporu szeregowego. Podstawowe właściwości oporu szeregowego są podane poniżej,
Opor elektryczny tych oporników nie powinien różnić się przy wyższych temperaturach, powinien posiadać bardzo niską wartość współczynnika temperaturowego. Ponadto opór powinien być niezależny od czasu. Najważniejszą własnością, jaką powinien posiadać, jest zdolność do przeprowadzania dużych wartości prądu bez znacznego wzrostu temperatury. Zwykle do produkcji oporników DC używa się manganinu. Możemy więc stwierdzić, że wartość Is jest znacznie większa niż wartość Im, ponieważ opór szeregowy jest niski. Z tego mamy,
Gdzie, Rs to opór szeregowy, a Rm to opór elektryczny cewki.
