Instrumento de Bobina Móvil con Imanes Permanentes o Instrumento PMMC

Definición

Los instrumentos que utilizan un imán permanente para generar un campo magnético estacionario dentro del cual se mueve una bobina se conocen como instrumentos de Bobina Móvil con Imán Permanente (PMMC). Funcionan sobre el principio de que se ejerce un par sobre una bobina móvil situada en el campo magnético de un imán permanente. Los instrumentos PMMC proporcionan resultados precisos para mediciones de corriente directa (DC).

Construcción del Instrumento PMMC

La bobina móvil y el imán permanente son los componentes clave de un instrumento PMMC. A continuación, se explica detalladamente las partes de un instrumento PMMC.

Bobina Móvil

La bobina es el componente conductor de la corriente del instrumento que se mueve libremente dentro del campo magnético estacionario del imán permanente. Cuando pasa corriente por la bobina, hace que esta se desvíe, permitiendo determinar la magnitud de la corriente o el voltaje. La bobina está montada en un soporte rectangular hecho de aluminio. Este soporte mejora el campo magnético radial y uniforme en el espacio entre los polos magnéticos. La bobina está enrollada con hilo de cobre recubierto de seda entre los polos de un imán.

Sistema de Imán

En un instrumento PMMC, se utiliza un imán permanente para crear el campo magnético estacionario. Se emplean materiales Alcomax y Alnico para fabricar el imán permanente debido a su alta fuerza coercitiva (la fuerza coercitiva afecta la propiedad de magnetización del imán). Además, estos imanes poseen altas intensidades de campo.

Control

En un instrumento PMMC, el par de control se proporciona mediante resortes. Estos resortes están hechos de bronce fósforo y están posicionados entre dos rodamientos de joya. Los resortes también sirven como camino para que la corriente de alimentación fluya hacia y desde la bobina móvil. El par de control se debe principalmente a la suspensión de cinta.

Amortiguamiento

El par de amortiguamiento se utiliza para mantener el movimiento de la bobina en un estado de reposo. Este par de amortiguamiento se induce por el movimiento del núcleo de aluminio cuando se desplaza entre los polos del imán permanente.

Puntero y Escala

El puntero está conectado a la bobina móvil. Indica el desvío de la bobina, y la magnitud de este desvío se muestra en la escala. El puntero está hecho de material ligero, lo que permite que se desvíe fácilmente con el movimiento de la bobina. A veces, ocurre un error de paralaje en el instrumento, que se puede minimizar fácilmente alinear correctamente la hoja del puntero.

Ecuación de Par para el Instrumento PMMC

El par de desvío se induce por el movimiento de la bobina. Se expresa mediante la siguiente ecuación.

• N – Número de vueltas de la bobina

• B – densidad de flujo en el espacio entre polos

• L, d – la longitud vertical y horizontal del lado

• I – corriente a través de la bobina

El resorte proporciona el par de restauración a la bobina móvil, que se expresa como 

Donde K = constante del resorte.

Para el desvío final, 

Al sustituir el valor de la ecuación (1) y (3) obtenemos,

La ecuación anterior indica que el par de desvío es directamente proporcional a la corriente que fluye a través de la bobina.

Errores en los Instrumentos PMMC

En los instrumentos PMMC, los errores surgen debido a los efectos del envejecimiento y la temperatura. Los principales componentes del instrumento que contribuyen a estos errores son el imán, el resorte y la bobina móvil. A continuación, se detallan los diferentes tipos de errores:

1. Imán

El calor y la vibración acortan la vida útil del imán permanente y también reducen su magnetismo, que es la propiedad de atracción o repulsión. Un imán debilitado resulta en un menor desvío de la bobina.

2. Resortes

Un resorte debilitado aumenta el desvío de la bobina móvil dentro del imán permanente. Como resultado, incluso para un pequeño valor de corriente, la bobina muestra un gran desvío. El resorte se debilita debido a los efectos de la temperatura; un aumento de un grado en la temperatura reduce la vida útil del resorte en un 0,004 por ciento.

3. Bobina Móvil

Cuando el rango de la bobina se extiende más allá del límite especificado utilizando un derivador, se producen errores. Esto se debe a un cambio en la resistencia de la bobina en relación con la resistencia del derivador. Dado que la bobina está hecha de hilo de cobre con alta resistencia del derivador y el hilo del derivador está hecho de Manganin con baja resistencia, esta discrepancia causa errores.

Para mitigar este error, se conecta una resistencia de saturación en serie con la bobina móvil. Una resistencia de saturación es un resistor con un coeficiente de temperatura bajo, que reduce el impacto de la temperatura en la bobina móvil.

Ventajas de los Instrumentos PMMC

A continuación, se enumeran las ventajas de los instrumentos PMMC:

• La escala de los instrumentos PMMC está calibrada con precisión.

• El consumo de energía de estos dispositivos es muy bajo.

• Los instrumentos PMMC tienen alta precisión debido a su alta relación de par a peso.

• Un solo dispositivo puede medir diferentes rangos de voltaje y corriente utilizando multiplicadores y derivadores.

• Los instrumentos PMMC utilizan imanes con blindaje, que son beneficiosos para aplicaciones aeroespaciales.

Desventajas de los Instrumentos PMMC

A continuación, se enumeran las desventajas de los instrumentos PMMC:

• Los instrumentos PMMC son adecuados solo para corriente directa. La corriente alterna varía con el tiempo, y la variación rápida de la corriente cambia el par de la bobina. Sin embargo, el puntero no puede seguir las rápidas inversiones y desviaciones del par, por lo que no se puede usar para CA.

• El costo de los instrumentos PMMC es significativamente mayor en comparación con otros instrumentos de bobina móvil.

• La bobina móvil en sí misma proporciona amortiguamiento electromagnético. Este amortiguamiento electromagnético se opone al movimiento de la bobina como resultado de la interacción entre las corrientes de Foucault y el campo magnético.