Permanent Magnet Moving Coil of PMMC Instrument

Definitie

Instrumenten die een permanente magneet gebruiken om een stationair magnetisch veld te genereren waarin een spoel beweegt, worden Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) instrumenten genoemd. Ze werken op het principe dat er een koppel wordt uitgeoefend op een bewegende spoel in het magnetische veld van een permanente magneet. PMMC-instrumenten geven nauwkeurige resultaten voor stroomstroom (DC)-metingen.

Constructie van PMMC Instrument

De bewegende spoel en de permanente magneet zijn de belangrijkste componenten van een PMMC-instrument. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg van de delen van een PMMC-instrument.

Bewegende Spoel

De spoel is het stroomdragende onderdeel van het instrument dat vrijelijk binnen het stationaire magnetische veld van de permanente magneet beweegt. Wanneer er stroom door de spoel loopt, veroorzaakt dit een afwijking van de spoel, waardoor de grootte van de stroom of spanning kan worden bepaald. De spoel is gemonteerd op een rechthoekig frame gemaakt van aluminium. Dit frame versterkt het radiale en uniforme magnetische veld in de luchtgap tussen de magnetische polen. De spoel is gewikkeld met zijde-omhulde koperdraad tussen de polen van een magneet.

Magneetsysteem

In een PMMC-instrument wordt een permanente magneet gebruikt om het stationaire magnetische veld te creëren. Alcomax en Alnico materialen worden gebruikt voor het maken van de permanente magneet vanwege hun hoge coërcitieve kracht (de coërcitieve kracht beïnvloedt de magnetisatie-eigenschap van de magneet). Bovendien hebben deze magneten hoge veldintensiteiten.

Regeling

In een PMMC-instrument wordt het regelkoppel door veertjes geleverd. Deze veertjes zijn gemaakt van fosfor-brons en staan tussen twee juweel-lagers. De veertjes dienen ook als pad voor de leidingsstroom om in en uit de bewegende spoel te stromen. Het regelkoppel is voornamelijk het resultaat van de lintopspanning.

Demping

Het dempkoppel wordt gebruikt om de beweging van de spoel in een staat van rust te houden. Dit dempkoppel wordt veroorzaakt door de beweging van de aluminium kern terwijl deze zich tussen de polen van de permanente magneet beweegt.

Wijzer & Schaal

De wijzer is verbonden met de bewegende spoel. Hij geeft de afwijking van de spoel aan, en de grootte van deze afwijking wordt weergegeven op de schaal. De wijzer is gemaakt van licht materiaal, waardoor hij gemakkelijk kan worden afgebogen met de beweging van de spoel. Soms treedt parallaxfout op in het instrument, wat eenvoudig kan worden verminderd door de wijzerblad goed uit te lijnen.

Koppeling Vergelijking voor PMMC Instrument

Het afwijkkoppel wordt veroorzaakt door de beweging van de spoel. Het wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking.

• N – Aantal windingen van de spoel

• B – fluxdichtheid in de luchtgap

• L, d – de verticale en horizontale lengte van de zijde

• I – stroom door de spoel

De veer levert het terugbrengend koppel aan de bewegende spoel, dat wordt uitgedrukt als 

Waarbij K = veerconstante.

Voor de finale afwijking, 

Door de waarden van vergelijking (1) en (3) in te vullen krijgen we,

De bovenstaande vergelijking geeft aan dat het afwijkkoppel recht evenredig is met de stroom door de spoel.

Fouten in PMMC Instrumenten

In PMMC-instrumenten ontstaan fouten door de effecten van ouderdom en temperatuur. De belangrijkste componenten van het instrument die bijdragen aan deze fouten zijn de magneet, de veer en de bewegende spoel. Hieronder staan de verschillende soorten fouten beschreven:

1. Magneet

Hitte en trilling verkleinen de levensduur van de permanente magneet en verminderen ook zijn magnetisme, wat de eigenschap van aantrekking of afstoting is. Een verzwakte magneet resulteert in een verminderde afwijking van de spoel.

2. Veertjes

Een verzwakt veertje verhoogt de afwijking van de bewegende spoel in de permanente magneet. Als gevolg hiervan toont de spoel zelfs voor een kleine stroomwaarde een grote afwijking. Het veertje verzwakt door temperatuureffecten; een stijging van één graad in temperatuur vermindert de levensduur van het veertje met 0,004 procent.

3. Bewegende Spoel

Wanneer het bereik van de spoel buiten de gespecificeerde limiet wordt uitgebreid met behulp van een shunt, ontstaan fouten. Dit komt door de verandering in de spoelweerstand ten opzichte van de shuntweerstand. Omdat de spoel is gemaakt van koperdraad met hoge shuntweerstand en de shunt van Manganin met lage weerstand, veroorzaakt deze onovereenstemming fouten.

Om deze fout te verminderen, wordt een swamping-weerstand in serie met de bewegende spoel aangesloten. Een swamping-weerstand is een weerstand met een lage temperatuurcoëfficiënt, die de invloed van temperatuur op de bewegende spoel vermindert.

Voordelen van PMMC Instrumenten

De volgende zijn de voordelen van PMMC-instrumenten:

• De schaal van PMMC-instrumenten is nauwkeurig gekalibreerd.

• Het energieverbruik van deze apparaten is zeer laag.

• PMMC-instrumenten hebben een hoge nauwkeurigheid dankzij hun hoge koppel-tot-gewichtsverhouding.

• Een enkel apparaat kan verschillende spannings- en stroombereiken meten door gebruik te maken van multipli's en shunts.

• PMMC-instrumenten gebruiken shelf-shielding magneten, die nuttig zijn voor ruimtevaarttoepassingen.

Nadelen van PMMC Instrumenten

De volgende zijn de nadelen van PMMC-instrumenten:

• PMMC-instrumenten zijn alleen geschikt voor gelijkstroom. Wisselstroom varieert met de tijd, en de snelle variatie van de stroom verandert het koppel van de spoel. Echter, de wijzer kan de snelle omslag en afwijkingen van het koppel niet volgen, dus het kan niet worden gebruikt voor AC.

• De kosten van PMMC-instrumenten zijn significant hoger vergeleken met andere bewegende-spoelinstrumenten.

• De bewegende spoel zelf levert elektromagnetische demping. Deze elektromagnetische demping verzet zich tegen de beweging van de spoel als gevolg van de interactie tussen wervelstromen en het magnetisch veld.