Stały Magnes Ruchome Cewki lub Instrument PMMC

Definicja

Instrumenty wykorzystujące stałe magnesy do generowania nieruchomego pola magnetycznego, w którym porusza się cewka, nazywane są instrumentami z cewką poruszającą się w stałym polu magnetycznym (PMMC). Działają one na zasadzie, że moment obrotowy działa na poruszającą się cewkę umieszczoną w polu magnetycznym stałego magnesu. Instrumenty PMMC zapewniają dokładne wyniki dla pomiarów prądu stałego (DC).

Konstrukcja instrumentu PMMC

Poruszająca się cewka i stały magnes to kluczowe elementy instrumentu PMMC. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie części instrumentu PMMC.

Poruszająca się cewka

Cewka jest komponentem przewodzącym prąd, który swobodnie porusza się w nieruchomym polu magnetycznym stałego magnesu. Gdy prąd przepływa przez cewkę, powoduje on jej odchylenie, co pozwala określić wielkość prądu lub napięcia. Cewka jest zamontowana na prostokątnym formie z aluminium. Ta forma wzmacnia promieniowe i jednorodne pole magnetyczne w szczelinie powietrznej między biegunami magnetycznymi. Cewka jest nawinięta z miedzianego drutu okrytego jedwabiem między biegunami magnesu.

System magnetyczny

W instrumentach PMMC stosowany jest stały magnes do tworzenia nieruchomego pola magnetycznego. Do produkcji stałych magnesów używane są materiały Alcomax i Alnico ze względu na ich wysoką siłę koercytywną (siła koercytywna wpływa na właściwości namagnesowania magnesu). Dodatkowo, te magnesy mają wysokie intensywności pola.

Kontrola

W instrumentach PMMC moment obrotowy kontrolujący jest zapewniany przez sprężyny. Te sprężyny wykonane są z brązu fosforowego i są umieszczone między dwoma podłożami klejnotowymi. Sprężyny pełnią również funkcję ścieżki dla prądu naprowadzającego do i z poruszającej się cewki. Moment obrotowy kontrolujący jest głównie rezultatem zawieszenia taśmy.

Tłumienie

Moment obrotowy tłumienia służy do utrzymania ruchu cewki w stanie spoczynku. Ten moment obrotowy tłumienia jest indukowany przez ruch rdzenia aluminiowego, który porusza się między biegunami stałego magnesu.

Wskaźnik i skala

Wskaźnik jest połączony z poruszającą się cewką. Wskazuje on odchylenie cewki, a wielkość tego odchylenia jest wyświetlana na skali. Wskaźnik wykonany jest z lekkiego materiału, co pozwala mu łatwo odchylić się wraz z ruchem cewki. Czasami występuje błąd paralaksy w instrumencie, który można łatwo zminimalizować poprzez odpowiednie ustawienie ostrza wskaźnika.

Równanie momentu obrotowego dla instrumentu PMMC

Moment obrotowy odchylenia jest indukowany przez ruch cewki. Wyraża go następujące równanie.

• N – Liczba zwojów cewki

• B – gęstość strumienia magnetycznego w szczelinie powietrznej

• L, d – pionowa i pozioma długość boku

• I – prąd przepływający przez cewkę

Sprężyna zapewnia moment obrotowy przywracający dla poruszającej się cewki, który wyraża się jako

Gdzie K = Stała sprężyny.

Dla końcowego odchylenia,

Podstawiając wartości równania (1) i (3) otrzymujemy,

Powyższe równanie wskazuje, że moment obrotowy odchylenia jest proporcjonalny do prądu przepływającego przez cewkę.

Błędy w instrumentach PMMC

W instrumentach PMMC błędy powstają w wyniku wpływu starzenia i temperatury. Głównymi elementami instrumentu, które przyczyniają się do tych błędów, są magnes, sprężyna i poruszająca się cewka. Poniżej przedstawione są różne typy błędów:

1. Magnes

Ciepło i wibracje skracają żywotność stałego magnesu i zmniejszają jego magnetyzm, czyli właściwość przyciągania lub odpierania. Osłabiony magnes powoduje zmniejszenie odchylenia cewki.

2. Sprężyny

Osłabiona sprężyna zwiększa odchylenie poruszającej się cewki w stałym magnesie. W rezultacie nawet dla małej wartości prądu, cewka pokazuje duże odchylenie. Sprężyna osłabia się pod wpływem temperatury; jeden stopień wzrostu temperatury skraca żywotność sprężyny o 0,004 procenta.

3. Poruszająca się cewka

Gdy zakres cewki jest rozszerzany poza określony limit za pomocą szunty, powstają błędy. Jest to spowodowane zmianą oporu cewki względem oporu szunty. Ponieważ cewka jest wykonana z miedzianego drutu o wysokim oporze szunty, a drut szunty jest wykonany z Manganinu o niskim oporze, ta niezgodność powoduje błędy.

Aby zredukować ten błąd, do poruszającej się cewki podłączony jest opór zanurzający. Opór zanurzający to rezystor o niskim współczynniku temperaturowym, który zmniejsza wpływ temperatury na poruszającą się cewkę.

Zalety instrumentów PMMC

Poniżej przedstawione są zalety instrumentów PMMC:

• Skala instrumentów PMMC jest dokładnie skalibrowana.

• Zużycie energii tych urządzeń jest bardzo niskie.

• Instrumenty PMMC charakteryzują się wysoką dokładnością dzięki wysokiemu stosunkowi momentu obrotowego do masy.

• Jedno urządzenie może mierzyć różne zakresy napięcia i prądu za pomocą mnożników i szunt.

• Instrumenty PMMC wykorzystują magnesy z ekranami półek, co jest korzystne w aplikacjach lotniczych i kosmicznych.

Wady instrumentów PMMC

Poniżej przedstawione są wady instrumentów PMMC:

• Instrumenty PMMC są odpowiednie tylko dla prądu stałego. Prąd zmienny zmienia się w czasie, a szybkie zmiany prądu zmieniają moment obrotowy cewki. Jednak wskaźnik nie może nadążyć za szybkimi odwrotnościami i odchyleniami momentu, dlatego nie mogą być używane dla prądu zmiennego.

• Koszt instrumentów PMMC jest znacznie wyższy w porównaniu do innych instrumentów z cewką poruszającą się.

• Sama poruszająca się cewka zapewnia tłumienie elektromagnetyczne. To tłumienie elektromagnetyczne przeciwstawia się ruchowi cewki w wyniku oddziaływania prądów wirowych i pola magnetycznego.