Różnica między miernikiem o cewce ruchomej a miernikiem o cewce ruchomej z magnesem trwałym

Różnice między licznikami z ruchomą cewką a licznikami PMMC (Permanent Magnet Moving Coil)

Liczniki z ruchomą cewką i liczniki PMMC (Permanent Magnet Moving Coil) to oba rodzaje elektromechanicznych przyrządów pomiarowych stosowanych do mierzenia wielkości elektrycznych, ale mają one wyraźne różnice w konstrukcji, działaniu i zastosowaniach. Poniżej znajduje się szczegółowe porównanie obu typów:

1. Konstrukcja

Licznik z ruchomą cewką

• Źródło pola magnetycznego: W tradycyjnym liczniku z ruchomą cewką pole magnetyczne generowane jest przez parę cewek prądonośnych (cewki polowe), które otaczają ruchomą cewkę. Te cewki polowe są zasilane tym samym prądem, który przepływa przez ruchomą cewkę.

• Ruchoma cewka: Ruchoma cewka zawieszona jest między cewkami polowymi i przeprowadza prąd do zmierzenia. Jest ona swobodna do obrotu wokół osi lub łożyska kulkowego.

• Tłumienie: Tłumienie jest zwykle zapewniane przez tarcie powietrza lub prądy wirowe, co pomaga szybko uspokoić wskazówkę po odchyleniu.

Licznik PMMC (Permanent Magnet Moving Coil)

• Źródło pola magnetycznego: W liczniku PMMC pole magnetyczne dostarczane jest przez magnes stały, który tworzy silne i stabilne pole magnetyczne. To eliminuje potrzebę zewnętrznych cewek polowych.

• Ruchoma cewka: Ruchoma cewka umieszczana jest w szczelinie magnesu stałego. Gdy prąd przepływa przez ruchomą cewkę, oddziałuje z polem magnetycznym, powodując obrót cewki.

• Tłumienie: Liczniki PMMC często używają tłumienia prądów wirowych, gdzie mała tarcza lub płat aluminiowy przyłączony do ruchomej cewki obraca się w polu magnetycznym, generując prądy wirowe, które zapewniają tłumienie.

2. Zasada działania

Licznik z ruchomą cewką

Działanie: Licznik z ruchomą cewką działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Gdy prąd przepływa przez ruchomą cewkę, tworzy pole magnetyczne, które oddziaływuje z polem wytworzonym przez cewki polowe. To oddziaływanie powoduje moment obrotowy, który powoduje obrót ruchomej cewki. Odchylenie wskazówki jest proporcjonalne do prądu przepływającego przez ruchomą cewkę.

Równanie momentu obrotowego: Moment obrotowy (M) wytworzony w liczniku z ruchomą cewką dany jest wzorem:

gdzie B to gęstość strumienia magnetycznego, I to prąd, L to długość cewki, a d to szerokość cewki.

Licznik PMMC (Permanent Magnet Moving Coil)

Działanie: Licznik PMMC działa na zasadzie efektu motorycznego. Gdy prąd przepływa przez ruchomą cewkę, oddziałuje z silnym i jednolitym polem magnetycznym dostarczanym przez magnes stały. To oddziaływanie powoduje moment obrotowy, który powoduje obrót ruchomej cewki. Odchylenie wskazówki jest bezpośrednio proporcjonalne do prądu przepływającego przez ruchomą cewkę.

Równanie momentu obrotowego: Moment obrotowy (M) wytworzony w liczniku PMMC dany jest wzorem:

gdzie B to gęstość strumienia magnetycznego, I to prąd, N to liczba zwitków cewki, a A to powierzchnia cewki.

3. Zalety i wady

Licznik z ruchomą cewką

Zalety:

Może mierzyć zarówno prądy przemiennego, jak i stałego, ponieważ pole magnetyczne generowane jest przez prąd sam w sobie. Nie ma potrzeby magnesu stałego, co może obniżyć koszt i złożoność.

Wady:

• Mniej dokładny niż liczniki PMMC ze względu na wahania siły pola magnetycznego.

• Cewki polowe zużywają energię, co może wprowadzać błędy w obwodach o niskiej mocy.

• Pole magnetyczne nie jest tak jednolite jak w licznikach PMMC, co prowadzi do mniej liniowego odchylenia.

Licznik PMMC (Permanent Magnet Moving Coil)

Zalety:

• Bardzo dokładny i czuły, szczególnie do mierzenia prądów stałych.

• Jednolite pole magnetyczne dostarczane przez magnes stały zapewnia liniowe odchylenie i wysoką precyzję.

• Niska zużycie energii, ponieważ nie wymagane są zewnętrzne cewki polowe.

• Długa żywotność i niezawodność dzięki braku cewek polowych.

Wady:

• Może mierzyć tylko prądy stałe, ponieważ kierunek pola magnetycznego jest ustalony przez magnes stały.

• Droższy niż liczniki z ruchomą cewką ze względu na użycie magnesów stałych.

• Czuły na zmiany temperatury, które mogą wpływać na właściwości magnetyczne magnesu stałego.

4. Zastosowania

Licznik z ruchomą cewką

Zastosowania:

• Stosowany w ogólnych amperometrach i woltometrach, które muszą mierzyć zarówno prądy przemienne, jak i stałe.

• Odpowiedni dla zastosowań, gdzie koszt i prostota są ważne, a umiarkowana dokładność jest wystarczająca.

• Często stosowany w starszych lub prostszych instrumentach.

Licznik PMMC (Permanent Magnet Moving Coil)

Zastosowania:

• Szeroko stosowany w precyzyjnych pomiaramach prądów stałych, takich jak w laboratoryjnych instrumentach, multimetrach i panelowych licznikach.

• Powszechnie spotykany w cyfrowych multimetrach (DMM) do pomiaru napięcia i prądu stałego.

• Stosowany w systemach sterowania przemysłowego, instrumentach samochodowych i innych zastosowaniach wymagających wysokiej dokładności i niezawodności.

5. Skala i odchylenie

Licznik z ruchomą cewką

• Skala: Skala licznika z ruchomą cewką jest zwykle nieliniowa, zwłaszcza przy większych odchyleniach, ze względu na nieregularne pole magnetyczne wytworzone przez cewki polowe.

• Odchylenie: Odchylenie jest proporcjonalne do prądu, ale relacja może nie być doskonale liniowa, zwłaszcza przy wyższych poziomach prądu.

Licznik PMMC (Permanent Magnet Moving Coil)

• Skala: Skala licznika PMMC jest liniowa, ponieważ pole magnetyczne jest jednolite i nie zmienia się w zależności od położenia ruchomej cewki.

• Odchylenie: Odchylenie jest bezpośrednio proporcjonalne do prądu, co ułatwia jego odczyt i interpretację.

6. Wrażliwość na temperaturę

Licznik z ruchomą cewką

Wrażliwość na temperaturę: Licznik z ruchomą cewką jest mniej wrażliwy na zmiany temperatury, ponieważ pole magnetyczne generowane jest przez prąd, a nie magnes stały.

Licznik PMMC (Permanent Magnet Moving Coil)

Wrażliwość na temperaturę: Liczniki PMMC są bardziej wrażliwe na zmiany temperatury, ponieważ właściwości magnetyczne magnesu stałego mogą się zmieniać wraz z temperaturą. Jednak nowoczesne liczniki PMMC często zawierają kompensację temperatury, aby złagodzić ten efekt.

Podsumowanie

• Licznik z ruchomą cewką: Używa prądonośnych cewek polowych do generowania pola magnetycznego, może mierzyć zarówno prądy przemienne, jak i stałe, ale jest mniej dokładny i ma nieliniową skalę. Jest odpowiedni dla ogólnych zastosowań, gdzie umiarkowana dokładność jest akceptowalna.

• Licznik PMMC (Permanent Magnet Moving Coil): Używa magnesu stałego do zapewnienia silnego i jednolitego pola magnetycznego, może mierzyć tylko prądy stałe, ale oferuje wysoką dokładność, liniowość i czułość. Szeroko stosowany w precyzyjnych zastosowaniach pomiarowych.