Permanent Magnet Moving Coil eller PMMC Instrument

Definition

Instrumenter, der anvender en permanent magnet til at generere et stående magnetfelt, hvor en spole bevæger sig, kaldes Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) instrumenter. De fungerer på principperne om, at et drejningsmoment udføres på en bevægelig spole, der er placeret i feltet fra en permanent magnet. PMMC instrumenter giver præcise resultater for målinger af direkte strøm (DC).

Konstruktion af PMMC Instrument

Den bevægelige spole og den permanente magnet er de vigtigste komponenter i et PMMC instrument. Følgende er en detaljeret forklaring af delene i et PMMC instrument.

Bevægelig Spole

Spolen er den strømførende komponent i instrumentet, der kan bevæge sig frit inden for det stående magnetfelt fra den permanente magnet. Når strøm passerer gennem spolen, forårsager det, at spolen drejer, hvilket gør det muligt at bestemme størrelsen på strømmen eller spændingen. Spolen er monteret på en rektangulær former lavet af aluminium. Denne former forbedrer det radielle og uniforme magnetfelt i luftlommen mellem magnetpolerne. Spolen er vendt med silkebelagt kobbertråd mellem polerne af en magnet.

Magnet System

I et PMMC instrument bruges en permanent magnet til at skabe det stående magnetfelt. Alcomax og Alnico materialer anvendes til at lave den permanente magnet pga. deres høje coercitive kraft (coercitive kraft påvirker magnetiseringsegenskaberne af magneten). Desuden har disse magneter høje feltintensiteter.

Kontrol

I et PMMC instrument gives kontrolleringsdrejningsmomentet af fjeder. Disse fjedre er lavet af fosforbronze og er placeret mellem to juvellejer. Fjederne fungerer også som vej for ledstrømmen til at flyde ind og ud af den bevægelige spole. Kontrolleringsdrejningsmomentet skyldes hovedsageligt båndets ophængning.

Demping

Dempningsdrejningsmomentet bruges til at holde spolens bevægelse i ro. Dette dempningsdrejningsmoment induceres af bevægelsen af aluminiumskernen, da den bevæger sig mellem polerne af den permanente magnet.

Pegepind & Skala

Pegepinden er forbundet med den bevægelige spole. Den angiver spolens drejning, og størrelsen af denne drejning vises på skalaen. Pegepinden er lavet af let materiale, hvilket gør, at den nemt kan drejes med spolens bevægelse. Nogle gange opstår parallaksfejl i instrumentet, hvilket let kan minimiseres ved korrekt justering af pegepindbladet.

Drejningsmoment Ligning for PMMC Instrument

Drejningsmomentet induceres af spolens bevægelse. Det udtrykkes ved følgende ligning.

• N – Antal vindinger af spolen

• B – fluxtæthed i luftlommen

• L, d – den lodrette og vandrette længde af siden

• I – strøm gennem spolen

Fjederen giver den bevægelige spole et genskabende drejningsmoment, som udtrykkes som

Hvor K = Fjederkonstant.

For endelig drejning,

Ved at erstatte værdien af ligning (1) og (3) får vi,

Den ovenstående ligning indikerer, at drejningsmomentet er proportional med strømmen, der løber gennem spolen.

Fejl i PMMC Instrumenter

I PMMC instrumenter opstår fejl på grund af aldring og temperatur. De vigtigste komponenter i instrumentet, der bidrager til disse fejl, er magneten, fjederen og den bevægelige spole. Følgende detaljerer de forskellige typer fejl:

1. Magnet

Varme og vibration forkorter levetiden af den permanente magnet og reducerer også dens magnetisme, som er egenskaben for attraktion eller afvisning. En svækket magnet resulterer i en mindre drejning af spolen.

2. Fjedre

En svækket fjeder øger drejningen af den bevægelige spole i den permanente magnet. Som resultat viser spolen en stor drejning selv for en lille strømværdi. Fjederen svækkes pga. temperatur effekter; en enkelt grad stigning i temperaturen reducerer fjederens levetid med 0,004 procent.

3. Bevægelig Spole

Når spolens rækkevidde udvides uden for den specificerede grænse ved hjælp af en shunt, opstår der fejl. Dette skyldes ændringen i spolens resistans i forhold til shunt-resistansen. Da spolen er lavet af kobbertråd med høj shunt-resistans, og shunt-tråden er lavet af Manganin med lav resistans, forårsager dette mismatch fejl.

For at mindske denne fejl er en swamping-resistans forbundet i serie med den bevægelige spole. En swamping-resistans er en resistor med en lav temperaturkoefficient, hvilket reducerer effekten af temperatur på den bevægelige spole.

Fordele ved PMMC Instrumenter

Følgende er fordelene ved PMMC instrumenter:

• Skalaen på PMMC instrumenter er præcist kalibreret.

• Strømforbruget hos disse enheder er meget lavt.

• PMMC instrumenter har høj præcision pga. deres høje drejningsmoment-præcisionsforhold.

• Et enkelt instrument kan måle forskellige spændings- og strøm-intervaller ved hjælp af multiplikatorer og shunts.

• PMMC instrumenter bruger regal-skjoldede magneter, som er gavnlige til aerospace-applikationer.

Ulemper ved PMMC Instrumenter

Følgende er ulemperne ved PMMC instrumenter:

• PMMC instrumenter er kun egnet til direkte strøm. Alternativ strøm varierer over tid, og den hurtige variation af strømmen ændrer drejningsmomentet af spolen. Imidlertid kan pegepinden ikke følge de hurtige omvendelser og drejninger af drejningsmomentet, så den kan ikke bruges til AC.

• Prisen på PMMC instrumenter er betydeligt højere sammenlignet med andre bevægelige spoleinstrumenter.

• Den bevægelige spole selv giver elektromagnetisk demping. Denne elektromagnetiske demping modarbejder spolens bevægelse som resultat af interaktionen mellem eddystrømme og magnetfeltet.