Medidor de Bobina Móvel com Ímã Permanente (PMMC)

O que é um Coil de Movimento Permanente com Ímã (PMMC)?

Um Coil de Movimento Permanente com Ímã (PMMC) – também conhecido como medidor D’Arsonval ou galvanômetro – é um instrumento que permite medir a corrente através de um coil observando o deslocamento angular do coil em um campo magnético uniforme.

Um medidor PMMC coloca um coil de fio (ou seja, um condutor) entre dois ímãs permanentes para criar um campo magnético estacionário. De acordo com as Leis de Faraday da indução eletromagnética, um condutor que carrega corrente, colocado em um campo magnético, experimentará uma força na direção determinada pela regra da mão esquerda de Fleming.

A magnitude (força) desta força será proporcional à quantidade de corrente no fio. Um ponteiro é anexado ao final do fio e é colocado ao longo de uma escala.

Quando os torques estão equilibrados, o coil móvel parará, e seu deslocamento angular pode ser medido pela escala. Se o campo magnético permanente for uniforme e a mola for linear, então o deslocamento do ponteiro também será linear. Portanto, podemos usar esta relação linear para determinar a quantidade de corrente elétrica passando pelo fio.

Instrumentos PMMC (ou seja, medidores D’Arsonval) são usados apenas para medir corrente contínua (DC). Se usássemos corrente alternada (AC), a direção da corrente seria invertida durante o ciclo negativo, resultando em uma média de torque zero – portanto, sem movimento líquido contra a escala.

Apesar disso, os medidores PMMC podem medir corrente DC com precisão.

Construção do PMMC

Um medidor PMMC (ou medidor D’Arsonval) é construído com 5 componentes principais:

• Parte Estacionária ou Sistema de Ímãs
  

• Coil Móvel
  

• Sistema de Controle
  

• Sistema de Amortecimento
  

• Medidor
  

Parte Estacionária ou Sistema de Ímãs

Na atualidade, usamos ímãs de alta intensidade de campo e alta força coerciva, em vez de ímãs permanentes em forma de U com peças de pólo de ferro macio. Os ímãs que usamos hoje são feitos de materiais como alcomax e alnico, que fornecem alta intensidade de campo.

Coil Móvel

O coil móvel pode se mover livremente entre os dois ímãs permanentes, conforme mostrado na figura abaixo. O coil é enrolado com muitas voltas de fio de cobre e é colocado em um alumínio retangular que está pivotado em rolamentos de joias.

Sistema de Controle

A mola geralmente atua como sistema de controle para instrumentos PMMC. A mola também serve outra função importante, fornecendo o caminho para levar a corrente para dentro e para fora do coil.

Sistema de Amortecimento

A força de amortecimento, e, portanto, o torque, são fornecidos pelo movimento do formador de alumínio no campo magnético criado pelos ímãs permanentes.

Medidor

O medidor desses instrumentos consiste em um ponteiro leve para ter movimento livre e uma escala que é linear ou uniforme e varia com o ângulo.

Equação de Torque do PMMC

Vamos derivar uma expressão geral para o torque em instrumentos de coil móvel com ímã permanente ou instrumentos PMMC. Sabemos que, em instrumentos de coil móvel, o torque de deflexão é dado pela expressão:

• Td = NBldI onde N é o número de voltas,

• B é a densidade de fluxo magnético na abertura de ar,

• l é o comprimento do coil móvel,

• d é a largura do coil móvel,

• I é a corrente elétrica.

Agora, para um instrumento de coil móvel, o torque de deflexão deve ser proporcional à corrente. Matematicamente, podemos escrever Td = GI. Assim, comparando, dizemos que G = NBIdl. No estado estacionário, temos ambos, o torque de controle e o torque de deflexão, iguais. Tc é o torque de controle. Igualando o torque de controle com o torque de deflexão, temos

GI = K.x onde x é a deflexão, assim a corrente é dada por

Como a deflexão é diretamente proporcional à corrente, precisamos de uma escala uniforme no medidor para a medição da corrente.

Agora vamos discutir sobre o diagrama básico do circuito do amperímetro. Consideremos um circuito como mostrado abaixo:

A corrente I é mostrada, que se divide em dois componentes no ponto A. Os dois componentes são Is e Im. Antes de comentar sobre os valores de magnitude dessas correntes, vamos conhecer mais sobre a construção da resistência de deriva. As propriedades básicas da resistência de deriva são escritas abaixo,

A resistência elétrica desses shunts não deve diferir em temperatura elevada, devem possuir um valor muito baixo de coeficiente de temperatura. Além disso, a resistência deve ser independente do tempo. A última e a propriedade mais importante que devem possuir é que devem ser capazes de suportar alto valor de corrente sem grande aumento de temperatura. Geralmente, o manganin é usado para fazer resistências DC. Assim, podemos dizer que o valor de Is é muito maior que o valor de Im, pois a resistência do shunt é baixa. Daí temos,

Onde, Rs é a resistência do shunt e Rm é a resistência elétrica do coil.

Das duas equações acima, podemos escrever,