Dauermagnet-Spuleninstrument oder PMMC-Instrument

Definition

Instrumente, die einen Permanentmagneten verwenden, um ein stehendes Magnetfeld zu erzeugen, in dem eine Spule sich bewegt, werden als Permanentmagnet-Ruhespulen-Instrumente (PMMC) bezeichnet. Sie funktionieren nach dem Prinzip, dass ein Drehmoment auf eine sich im Magnetfeld eines Permanentmagneten befindende bewegliche Spule ausgeübt wird. PMMC-Instrumente liefern genaue Ergebnisse für Gleichstrom-Messungen (DC).

Aufbau des PMMC-Instruments

Die bewegliche Spule und der Permanentmagnet sind die wesentlichen Komponenten eines PMMC-Instruments. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erklärung der Teile eines PMMC-Instruments.

Bewegliche Spule

Die Spule ist der stromführende Teil des Instruments, der sich frei innerhalb des stehenden Magnetfelds des Permanentmagneten bewegt. Wenn Strom durch die Spule fließt, verursacht dies eine Abweichung der Spule, was es ermöglicht, die Größe des Stroms oder der Spannung zu bestimmen. Die Spule ist auf einem rechteckigen Träger aus Aluminium montiert. Dieser Träger verstärkt das radiale und gleichmäßige Magnetfeld in der Luftspalt zwischen den Magnetpolen. Die Spule wird mit seidenummanteltem Kupferdraht zwischen den Polen eines Magneten gewickelt.

Magnetsystem

In einem PMMC-Instrument wird ein Permanentmagnet verwendet, um das stehende Magnetfeld zu erzeugen. Alcomax- und Alnico-Materialien werden zur Herstellung des Permanentmagneten eingesetzt, da sie über eine hohe Zwangskraft (die Zwangskraft beeinflusst die Magnetisierungseigenschaft des Magneten) verfügen. Darüber hinaus besitzen diese Magnete hohe Feldstärken.

Regelung

In einem PMMC-Instrument wird das regelnde Drehmoment durch Federn bereitgestellt. Diese Federn bestehen aus Phosphorbronze und sind zwischen zwei Juwelenlagern positioniert. Die Federn dienen auch als Leitungsweg für den Eingangs- und Ausgangsstrom der beweglichen Spule. Das regelnde Drehmoment resultiert hauptsächlich aus der Bandfeder-Aufhängung.

Dämpfung

Das Dämpfungsdrehmoment wird verwendet, um die Bewegung der Spule in einen Ruhezustand zu bringen. Dieses Dämpfungsdrehmoment wird durch die Bewegung des Aluminiumkerns verursacht, der sich zwischen den Polen des Permanentmagneten bewegt.

Zeiger & Skala

Der Zeiger ist mit der beweglichen Spule verbunden. Er zeigt die Abweichung der Spule an, und die Größe dieser Abweichung wird auf der Skala angezeigt. Der Zeiger besteht aus leichtem Material, sodass er leicht mit der Bewegung der Spule abgelenkt werden kann. Manchmal tritt im Instrument ein Parallaxenfehler auf, der durch eine korrekte Ausrichtung der Zeigerspitze leicht minimiert werden kann.

Drehmomentgleichung für PMMC-Instrumente

Das ablenkende Drehmoment wird durch die Bewegung der Spule verursacht. Es wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.

• N – Anzahl der Windungen der Spule

• B – Flussdichte im Luftspalt

• L, d – die vertikale und horizontale Länge der Seite

• I – Strom durch die Spule

Die Feder liefert das rückstellende Drehmoment für die bewegliche Spule, das durch folgende Gleichung ausgedrückt wird:

Wobei K = Federkonstante.

Für die endgültige Ablenkung gilt:

Durch Einsetzen der Werte der Gleichungen (1) und (3) erhalten wir:

Die obige Gleichung zeigt, dass das ablenkende Drehmoment direkt proportional zum Strom ist, der durch die Spule fließt.

Fehler in PMMC-Instrumenten

Bei PMMC-Instrumenten treten Fehler aufgrund von Alterungs- und Temperaturwirkungen auf. Die Hauptkomponenten des Instruments, die zu diesen Fehlern beitragen, sind der Magnet, die Feder und die bewegliche Spule. Im Folgenden werden die verschiedenen Arten von Fehlern detailliert beschrieben:

1. Magnet

Hitze und Vibration verkürzen die Lebensdauer des Permanentmagneten und reduzieren auch seine Magnetisierung, welche die Eigenschaft der Anziehung oder Abstoßung ist. Ein geschwächter Magnet führt zu einer verringerten Abweichung der Spule.

2. Federn

Eine geschwächte Feder erhöht die Abweichung der beweglichen Spule innerhalb des Permanentmagneten. Als Ergebnis zeigt die Spule auch bei geringen Stromwerten eine große Abweichung. Die Feder schwächt sich aufgrund von Temperaturwirkungen ab; eine Steigerung der Temperatur um ein Grad reduziert die Lebensdauer der Feder um 0,004 Prozent.

3. Bewegliche Spule

Wenn der Bereich der Spule über den spezifizierten Grenzwert hinaus mittels eines Schunts erweitert wird, treten Fehler auf. Dies liegt an der Änderung des Spulenwiderstands im Verhältnis zum Schuntwiderstand. Da die Spule aus Kupferdraht mit hohem Schuntwiderstand und der Schunt aus Manganin mit niedrigem Widerstand besteht, führt dieses Ungleichgewicht zu Fehlern.

Um diesen Fehler zu reduzieren, wird ein Schwemm-Widerstand in Serie mit der beweglichen Spule verbunden. Ein Schwemm-Widerstand ist ein Widerstand mit niedrigem Temperaturkoeffizienten, der den Einfluss der Temperatur auf die bewegliche Spule reduziert.

Vorteile von PMMC-Instrumenten

Im Folgenden sind die Vorteile von PMMC-Instrumenten aufgeführt:

• Die Skala von PMMC-Instrumenten ist präzise kalibriert.

• Der Energieverbrauch dieser Geräte ist sehr gering.

• PMMC-Instrumente haben eine hohe Genauigkeit dank ihres hohen Drehmoment-Gewichts-Verhältnisses.

• Ein einzelnes Gerät kann verschiedene Spannungs- und Strombereiche messen, indem Multiplikatoren und Schunts verwendet werden.

• PMMC-Instrumente verwenden Regalabschirmungsmagnete, die für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt vorteilhaft sind.

Nachteile von PMMC-Instrumenten

Im Folgenden sind die Nachteile von PMMC-Instrumenten aufgeführt:

• PMMC-Instrumente sind nur für Gleichstrom geeignet. Wechselstrom variiert mit der Zeit, und die schnelle Variation des Stroms ändert das Drehmoment der Spule. Allerdings kann der Zeiger die schnellen Umkehrungen und Ablenkungen des Drehmoments nicht verfolgen, weshalb es nicht für Wechselstrom verwendet werden kann.

• Die Kosten von PMMC-Instrumenten sind im Vergleich zu anderen Ruhespuleninstrumenten erheblich höher.

• Die bewegliche Spule selbst bietet elektromagnetische Dämpfung. Diese elektromagnetische Dämpfung steht der Bewegung der Spule entgegen, da sie das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Wirbelströmen und dem Magnetfeld ist.