Công tơ cuộn dây từ vĩnh cửu (PMMC)

Định nghĩa về cuộn dây di chuyển trong từ trường vĩnh cửu (PMMC)?

Máy đo cuộn dây di chuyển trong từ trường vĩnh cửu (PMMC) – còn được gọi là máy đo D’Arsonval hoặc galvanometer – là một thiết bị cho phép bạn đo dòng điện thông qua một cuộn dây bằng cách quan sát sự lệch góc của cuộn dây trong một từ trường đồng nhất.

Máy đo PMMC đặt một cuộn dây (tức là một dẫn thể) giữa hai nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường tĩnh. Theo Luật cảm ứng điện từ Faraday, một dẫn thể có dòng điện đặt trong từ trường sẽ trải qua một lực theo hướng xác định bởi quy tắc tay trái Fleming.

Mức độ (độ mạnh) của lực này tỷ lệ thuận với lượng dòng điện qua dây. Một con trỏ được gắn vào cuối dây và được đặt dọc theo một thang đo.

Khi các mômen cân bằng, cuộn dây di chuyển sẽ dừng lại, và góc lệch của nó có thể được đo bằng thang đo. Nếu từ trường nam châm vĩnh cửu đồng đều và lò xo tuyến tính, thì sự lệch của con trỏ cũng tuyến tính. Do đó, chúng ta có thể sử dụng mối quan hệ tuyến tính này để xác định lượng dòng điện đi qua dây.

Các thiết bị PMMC (tức là máy đo D’Arsonval) chỉ được sử dụng để đo dòng điện một chiều (DC). Nếu chúng ta sử dụng dòng điện xoay chiều (AC), hướng của dòng điện sẽ đảo ngược trong nửa chu kỳ âm, và do đó hướng mômen cũng sẽ đảo ngược. Điều này dẫn đến giá trị trung bình của mômen là không, do đó không có chuyển động tổng cộng đối với thang đo.

Bất chấp điều này, máy đo PMMC có thể đo chính xác dòng điện DC.

Xây dựng PMMC

Máy đo PMMC (hoặc máy đo D’Arsonval) được xây dựng từ 5 thành phần chính:

• Phần cố định hoặc Hệ thống nam châm
  

• Cuộn dây di chuyển
  

• Hệ thống kiểm soát
  

• Hệ thống giảm xóc
  

• Máy đo
  

Phần cố định hoặc Hệ thống nam châm

Ngày nay, chúng ta sử dụng nam châm có cường độ từ trường cao, lực cưỡng chế cao thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu hình chữ U có cực sắt mềm. Nam châm mà chúng ta đang sử dụng hiện nay được làm từ vật liệu như alcomax và alnico, cung cấp cường độ từ trường cao.

Cuộn dây di chuyển

Cuộn dây di chuyển có thể di chuyển tự do giữa hai nam châm vĩnh cửu như được hiển thị trong hình dưới đây. Cuộn dây được quấn bằng nhiều vòng dây đồng và được đặt trên khung nhôm hình chữ nhật, được neo trên ổ bi quý.

Hệ thống kiểm soát

Lò xo thường đóng vai trò là hệ thống kiểm soát cho các thiết bị PMMC. Lò xo cũng thực hiện chức năng quan trọng khác là cung cấp đường dẫn cho dòng điện vào và ra khỏi cuộn dây.

Hệ thống giảm xóc

Lực giảm xóc, do đó mômen, được cung cấp bởi sự di chuyển của khung nhôm trong từ trường được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu.

Máy đo

Máy đo của các thiết bị này bao gồm con trỏ nhẹ để di chuyển tự do và thang đo tuyến tính hoặc đồng đều, thay đổi theo góc.

Phương trình mômen PMMC

Hãy cùng tìm hiểu biểu thức tổng quát cho mômen trong các thiết bị cuộn dây di chuyển trong từ trường vĩnh cửu hoặc thiết bị PMMC. Chúng ta biết rằng trong các thiết bị cuộn dây di chuyển, mômen lệch được cho bởi biểu thức:

• Td = NBldI, trong đó N là số vòng,

• B là mật độ dòng từ thông trong khe hở không khí,

• l là chiều dài cuộn dây di chuyển,

• d là chiều rộng cuộn dây di chuyển,

• I là dòng điện.

Với một thiết bị cuộn dây di chuyển, mômen lệch nên tỷ lệ thuận với dòng điện, toán học chúng ta có thể viết Td = GI. Do đó, khi so sánh, chúng ta nói G = NBIdl. Ở trạng thái ổn định, cả mômen kiểm soát và mômen lệch đều bằng nhau. Tc là mômen kiểm soát, khi cân bằng mômen kiểm soát với mômen lệch, chúng ta có

GI = K.x, trong đó x là độ lệch, do đó dòng điện được cho bởi

Do độ lệch tỷ lệ thuận với dòng điện, do đó chúng ta cần một thang đo đồng đều trên máy đo để đo dòng điện.

Bây giờ chúng ta sẽ thảo luận về sơ đồ mạch cơ bản của ammeter. Hãy xem xét một mạch như sau:

Dòng điện I được hiển thị, chia thành hai thành phần tại điểm A. Hai thành phần này là Is và Im. Trước khi tôi bình luận về giá trị của các dòng điện này, hãy tìm hiểu thêm về cấu tạo của điện trở shunt. Các đặc tính cơ bản của điện trở shunt được viết dưới đây,

điện trở của các shunt này không nên thay đổi ở nhiệt độ cao, chúng nên có hệ số nhiệt rất thấp. Ngoài ra, điện trở nên độc lập với thời gian. Đặc tính quan trọng nhất là chúng phải có khả năng chịu dòng điện lớn mà không tăng nhiệt độ đáng kể. Thông thường, manganin được sử dụng để làm điện trở DC. Do đó, chúng ta có thể nói rằng giá trị của Is lớn hơn nhiều so với giá trị của Im do điện trở shunt thấp. Từ đó, chúng ta có,

Trong đó, Rs là điện trở của shunt và Rm là điện trở của cuộn dây.

Từ hai phương trình trên, chúng ta có thể viết,

Ủng hộ​