Permanentmagnetisk rörlig spole eller PMMC-instrument

Definition

Instrument som använder en permanent magnet för att generera ett stationärt magnetfält inom vilket en spole rör sig kallas Permanent Magnet Moving Coil (PMMC)-instrument. De fungerar enligt principen att en vridmoment utövas på en rörlig spole som placeras i det magnetiska fältet från en permanent magnet. PMMC-instrument ger exakta resultat för mätningar av likström (DC).

Konstruktion av PMMC-instrument

Den rörliga spolen och den permanenta magneten är de viktigaste komponenterna i ett PMMC-instrument. Nedan följer en detaljerad förklaring av delarna i ett PMMC-instrument.

Rörlig spole

Spolen är den strömförande komponenten i instrumentet som rör sig fritt inom det stationära magnetfältet från den permanenta magneten. När ström passerar genom spolen orsakar det att spolen avvecklas, vilket möjliggör bestämning av strömmens eller spännings storlek. Spolen monteras på en rektangulär former gjord av aluminium. Denna former förbättrar det radiella och enhetliga magnetfältet i luftgapet mellan magnetpolerna. Spolen är virad med sidenbelagd koppartråd mellan polerna av en magnet.

Magnet-system

I ett PMMC-instrument används en permanent magnet för att skapa det stationära magnetfältet. Alcomax och Alnico-material används för att tillverka den permanenta magneten på grund av deras höga coercitivitet (coercitiviteten påverkar magnetens magnetiseringsegenskaper). Dessutom har dessa magneter höga fältintensiteter.

Kontroll

I ett PMMC-instrument ges kontrollmomentet av fjädern. Dessa fjädrar är gjorda av fosforbronze och placeras mellan två juvelledningar. Fjädrarna fungerar också som vägen för ledningsströmmen att flöda in och ut ur den rörliga spolen. Kontrollmomentet beror huvudsakligen på bandets upphängning.

Dämpning

Dämpningsmomentet används för att hålla spolens rörelse i ett stillastående tillstånd. Detta dämpningsmoment uppstår genom rörelsen av aluminiumkärnan när den rör sig mellan polerna av den permanenta magneten.

Peke & Skala

Peke ansluts till den rörliga spolen. Den visar spolens avvikelse, och storleken på denna avvikelse visas på skalan. Peke är gjort av lätt material, vilket gör att det enkelt kan avvecklas med spolens rörelse. Ibland uppstår parallaxfel i instrumentet, vilket enkelt kan minimeras genom att justera pekbladet korrekt.

Vridmomentekvation för PMMC-instrument

Det avvecklande momentet uppstår genom spolens rörelse. Det uttrycks genom följande ekvation.

• N – Antal varv i spolen

• B – fluxdensitet i luftgapet

• L, d – den vertikala och horisontella längden på sidan

• I – ström genom spolen

Fjädern ger återställande moment till den rörliga spolen, vilket uttrycks som

Där K = Fjäderkonstant.

För slutlig avvikelse,

Genom att ersätta värdet av ekvation (1) och (3) får vi,

Ovanstående ekvation indikerar att det avvecklande momentet är direkt proportionellt mot strömmen som flödar genom spolen.

Fel i PMMC-instrument

I PMMC-instrument uppstår fel på grund av åldringseffekter och temperatur. De viktigaste komponenterna i instrumentet som bidrar till dessa fel är magneten, fjädern och den rörliga spolen. Nedan följer en detaljerad beskrivning av olika typer av fel:

1. Magnet

Värme och vibrationer förkortar livslängden på den permanenta magneten och minskar dess magnetism, vilket är egenskapen av attraktion eller avvisning. En svagare magnet resulterar i minskad avvikelse av spolen.

2. Fjädrar

En svagare fjäder ökar avvikelsen av den rörliga spolen inom den permanenta magneten. Som ett resultat visar spolen en stor avvikelse även för små strömvärden. Fjädern svagas på grund av temperatur-effekter; en grad stigande temperatur minskar fjäderns livslängd med 0,004 procent.

3. Rörlig spole

När spolens område utvidgas utanför det angivna gränsvärdet med hjälp av en shunt uppstår fel. Detta beror på förändringen i spolens resistans i relation till shunt-resistansen. Eftersom spolen är gjord av koppartråd med hög shunt-resistans och shunt-tråden är gjord av Manganin med låg resistans, orsakar denna missmatch fel.

För att minska detta fel ansluts en swamping-resistor i serie med den rörliga spolen. En swamping-resistor är en resistor med låg temperaturkoefficient, vilket minskar effekten av temperatur på den rörliga spolen.

Fördelar med PMMC-instrument

Följande är fördelarna med PMMC-instrument:

• Skalan på PMMC-instrument är noggrant kalibrerad.

• Energiförbrukningen hos dessa enheter är mycket låg.

• PMMC-instrument har hög precision tack vare sitt höga moment-till-vikt-förhållande.

• En enda enhet kan mäta olika spännings- och strömningsområden genom att använda multiplikatorer och shunts.

• PMMC-instrument använder hyllskyddade magneter, vilket är gynnsamt för flyg- och rymdapplikationer.

Nackdelar med PMMC-instrument

Följande är nackdelarna med PMMC-instrument:

• PMMC-instrument är bara lämpliga för likström. Alternativ ström varierar över tid, och den snabba variationen av strömmen ändrar spolens vridmoment. Emellertid kan peket inte följa de snabba vändningarna och avvikelsen av vridmomentet, så det kan inte användas för AC.

• Kostnaden för PMMC-instrument är betydligt högre jämfört med andra rörliga spolinstrument.

• Den rörliga spolen ger självmant elektromagnetisk dämpning. Denna elektromagnetiska dämpning motsätter sig spolens rörelse som ett resultat av interaktionen mellan eddyströmmar och det magnetiska fältet.