Как подобрать шунт для амперметра

Не знаю как вы, а я любому цифровому амперметру и вольтметру в лабораторном блоке питания предпочту старые добрые стрелочные индикаторы.

Ведь при наличии каких либо коротких импульсов тока, на цифровом индикаторе будет абракадабра, а то и вообще показания останутся без изменений, если стоит в схеме небольшая задержка обновления показаний.

Так же и короткое КЗ может остаться без внимания, а вот стрелка амперметра, дёрнувшись, сразу покажет что к чему.

В общем во многих аппаратах таки лучше ставить стрелочные головки. И блок питания – это тот случай, когда за модой на цифровые АЛС-ки лучше не гонятся, а сделать именно стрелочную индикацию вольт и ампер. Убедил? Тогда приступим к расчёту и изготовлению.

Не буду грузить вас многострочными формулами, теориями и коэффициентами поправки на температуру воздуха и цены на нефть.

Для этих целей подойдёт простая, годами проверенная технология практического расчёта шунта для любого, даже на неизвестный предел измерения, стрелочного индикатора.

Как подобрать шунт для амперметра

     Собираем вот эту простенькую экспериментальную схемку с участием контрольного цифрового амперметра (мультиметра), нагрузки (паруваттного резистора на несколько Ом или простой лампочки на 6,3В) и собственно самого неизвестного стрелочного индикатора. Всё это хозяйство соединяем последовательно – цепочкой, и подсоединяем к регулируемому (желательно) блоку питания. Выставляем, допустим 10 В и смотрим, что у нас показывает контрольный цифровой мультиметр – амперметр.

Как подобрать шунт для амперметра
Как подобрать шунт для амперметра

     Теоретически он покажет предположим 0,5 А. В идеале, для нужного предела в 1 А и стрелочник должен показать отклонение на пол шкалы. Ах вам надо чтоб он стал амперметром не на 1 А, а на 2 А? Не проблема.

Последовательно с головкой включаем подстроечный (для эксперимента, потом замеряем получившееся сопротивление и заменим на постоянный) резистор R3 на несколько килоом, и уменьшаем понемногу его сопротивление, чтоб полное отклонение стрелки индикатора соответствовало току 2 А.

Он предварительно должен стоять на максимуме сопротивления. Само собой, что эти 2 А надо предварительно выставить напряжением с блока питания.

Вот, сделали.

А если у нас стрелочник наоборот показывает при токе по мультиметру 0,5 А всего четверть шкалы, а по плану вы хотите чтоб полное отклонение стрелки было при 0,1 А? Тогда просто увеличьте сопротивление шунта где-то в два раза и посмотрите что получилось. А получится то, что стрелка отклонится уже дальше, может и на всю шкалу если угадали с номиналом резистора. Перебор? Зашкаливает уже? Тогда подкручиваем переменник пока не вернём стрелку куда надо.

Как подобрать шунт для амперметра

     Если теперь вы думаете как всё это добро встроить в блок питания на индикацию тока, вот схема подключения.

Шунтируя стрелочный прибор двумя разными резисторами R1 или R1+R2, можно получить два диапазона измерения тока: в нашем случае 0,1 А или 1 А.

Сопротивление резисторов этих указано ориентировочно – в процессе настройки и в зависимости от самого микроамперметра их сопротивление может отличаться.

Как подобрать шунт для амперметра

     С расчётом шунта для превращения стрелочного индикатора в вольтметр ещё проще.

Последовательно включаем цифровой контрольный вольтметр (на схеме не указан), головку, подстроечный резистор R3 на максимальный предел 200 – 1000 килоом, на всякий пожарный защитный резистор R7 на 10-50 килоом и естественно блок питания.

Выставляем на БП 10 вольт (по контрольному мультиметру) и вращая подстроечник R3, который предварительно выставлен на максимальное сопротивление (иначе стрелочный индикатор сгорит моментально, помним этот момент всегда!), добиваемся отклонения стрелки на максимум.

Во что превратился наш микроамперметр? Правильно – в вольтметр на 10 вольт. По аналогичному принципу можно превратить стрелочный индикатор в вольтметр на любое напряжение. В конце эксперимента меряем сопротивление переменника и заменяем его таким же постоянным.

Как подобрать шунт для амперметра
Как подобрать шунт для амперметра

     Ну и наконец вот полная схема вольтметра – амперметра на основе одного стрелочного индикатора. Переключение “вольты – амперы” производим тумблером. Обратите внимание: переключение режимов шунта (0,1-1 А) производится не переключателем, а включателем.

Именно включателем, чтоб не возникло ситуации, при которой внутренний рычажок переключателя уже оторвался от одного контакта, а к другому ещё не подключился. Тогда весь ток к нагрузке пойдёт через стрелочник на 100 мкА – вылетит в момент.

А нанести деления на шкалу можно так: ненужные циферки индикатора аккуратно зачищаем лезвием, а вместо них гелевой чёрной ручкой пишите свои значения.

Если возникли вопросы – пишите на ФОРУМ

Шунт для амперметра

Для визуальной оценки силы зарядного тока мне потребуется прибор для измерения силы тока – амперметр. Так как под рукой ничего толкового не нашлось, будем использовать то, что есть. И это «что есть» — обычный индикатор от старых совковых магнитол. Так как индикатор реагирует на очень малые токи, нужно изготовить для него шунт.

Шунт – это проводник, обладающий неким удельным сопротивлением, который подключают к устройству измерителя тока параллельно. При этом он пропускает через себя или шунтирует большую часть электрического тока. Вследствие чего, через устройство измерителя пройдет номинальный рассчитанный для него ток. Чтобы понять, как протекают токи в узлах схемы, изучаем законы Кирхгофа.

Для того , чтобы рассчитать шунт для амперметра, мне потребуются некоторые параметры измерительной головки (индикатора): сопротивление рамки (Rрам), значение тока, при котором стрелка индикатора максимально отклоняется (Iинд) и верхнее значение тока, которое должен измерять в будущем индикатор (Imax). За максимальный измеряемый ток берем 10 А. Теперь нужно определить Iинд, что достигается экспериментально. Но для этого нужно собрать небольшую электрическую схему.

Как подобрать шунт для амперметра

При помощи резистора R1 добиваемся максимального отклонения стрелки индикатора и снимаем эти показания с тестера PA1. В моем случае Iинд= 0.0004 А. Сопротивление рамки Rрам замеряем также при помощи тестера, которое составило 1кОм. Все параметры известны, остается теперь рассчитать сопротивление шунта амперметра (индикатора).

Расчет шунта для амперметра будем производить по следующим формулам:

Rш=Rрам * Iинд / Imax; получаем Rш=0,04 Ом.

Основное требование, предъявляемое к шунтам – это его способность пропускать токи, не вызывающие сильный его нагрев, т.е. обладать нормами по плотности электрического тока для проводников. В качестве шунтов используются различные материалы. Так как у меня под рукой нет «различного материала», я буду использовать старый добрый медный проводник.

Далее, исходя, что Rш=0,04 Ом, по справочнику удельных сопротивлений медных проводников подбираем соответствующий размер отрезка медного провода. Чем больше диаметр, тем лучше, но при этом увеличивается длина медного провода. Я «забью» на эти требования и выберу метровый отрезок.

Главное для меня, чтобы мой шунт не расплавился, тем более, что больше  6А я его насиловать не буду. Выбранный медный проводник скручиваю в спираль и припаиваю параллельно к измерительной головке. Все, шунт готов. Теперь остается более точно подогнать сопротивление шунта и проградуировать шкалу измерителя.

Делается это экспериментально.

  • Собственно, девайсы. Видон не очень, что уж там…
  • Как подобрать шунт для амперметра
  • Как подобрать шунт для амперметра
  • Продолжение
  • Ссылки по теме:
    1.Удельное сопротивление медного проводника

Как рассчитать шунт для микроамперметра

Что же такое шунт? Это слово заимствовано из английского языка («shunt», и дословно означает «ответвление»). Физически это сопоставимо, так как через этот элемент, подключенный параллельно к измерительному прибору, проходит большая часть тока, а меньшая – ответвляется в сам прибор. В этом его принцип действия аналогичен байпасу, установленному в системах отопления.

Устройство амперметра

Чтобы осознать необходимость включения амперметра через шунт, напомним вкратце его устройство.

Внутри поля постоянного магнита находится катушка – рамка. По ее виткам протекает измеряемый ток. В зависимости от величины измеряемого параметра положение катушки относительно постоянного магнитного поля изменяется. На ее оси жестко закреплена стрелка прибора. Чем больше измеряемый ток, тем больше отклоняется стрелка.

  Производство и характеристики двутавровой балки

Чтобы рамка могла поворачиваться, ее ось крепят в подпятниках, либо вывешивают на растяжках. При использовании подпятников ток рамки проходит по спиральным пружинам, если же подвижная часть прибора подвешена на растяжках, то они являются проводниками тока.

Из этой конструкции следует, что величина тока в рамке конструктивно ограничена. Пружины и растяжки не могут одновременно быть достаточно упругими и иметь большое сечение.

Шунты измерительных приборов

Измерительный шунт — сопротивление, параллельно подключенное к зажимам измерительного амперметра (параллельно его внутреннему электрическому сопротивлению). Это позволяет прибору расширить измерительный диапазон по току при снижении его чувствительности и разрешающей способности.

Измерительные шунты производят из манганина. В зависимости от конструктивного исполнения бывают:

  • внутренними;
  • наружными (внешними).

Для определения небольших значений тока (не более 30 А) шунт чаще всего находится внутри корпуса прибора.

В случае измерения внушительных значений тока во избежание чрезмерного нагрева корпуса шунт имеет наружную конфигурацию исполнения.

В портативных магнитоэлектрических устройствах, рассчитанных на силу тока не более 30 ампер, внутренние шунты рассчитаны на несколько граничных значений измеряемой величины.

Многопредельный шунт устроен в виде ряда резисторов, которые возможно коммутировать в соответствии с пределом измерения, рычажным тумблером либо путем перемещения провода с одной клемы на другую.

У внешних резисторов, как правило, присутствует калибровка, с расчётом на распространенные значения тока и напряжения. Такие шунтирующие сопротивления имеют ряд номинальных значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

Читайте также:  Чем склеить полистирол между собой

При использовании элементов шунтирования в измерениях величин переменного тока наблюдается добавочная погрешность, связанная с преобразованием частоты, поскольку сопротивления измерительного механизма и шунтирующего устройства находятся в различных зависимостях от частоты.

Шунтирующие звенья классифицируются согласно точности: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, и 0,5. Цифровые значения, отвечающие каждому классу, указывают на допустимую величину расхождения сопротивления с его номиналом, выраженную в процентах.

Подключение амперметра через трансформатор тока

Расширение пределов измерения амперметра возможно, если использовать дополнительно устройство, называемое трансформатор тока. Работает оно по принципу обычного трансформатора, но первичная обмотка содержит всего несколько витков. При прохождении по ней измеряемого тока его величина во вторичной обмотке будет меньше в несколько раз.

Но такие трансформаторы имеют соответствующие габариты и применяются только в промышленных сетях. В малогабаритных же устройствах их использование нецелесообразно.

Подгонка измерительной системы

Для изготовления заводских изделий используются материалы, не изменяющие своих характеристик в широком диапазоне температур.

Поэтому лучший вариант – подбор готового шунта и подгонка для своих целей уменьшением сечения и длины его проводника до соответствия рассчитанному значению.

Но для изготовления шунта для амперметра можно использовать и подручные материалы: медную или стальную проволоку, даже скрепки подойдут.

Теперь потребуется блок питания с регулятором напряжения, чтобы выдать требуемый ток. Для нагрузки можно использовать резистор соответствующей мощности или лампы накаливания.

Сначала добиваемся соответствия полного отклонения стрелки прибора при максимальном значении измеряемой величины. На этом этапе подбираем сопротивление нашей самоделки до максимально возможного совпадения с конечной риской на шкале.

Затем проверяем, совпадают ли промежуточные риски с соответствующими им значениями. Если нет – разбираем амперметр и перерисовываем шкалу.

  • И когда все получилось – устанавливаем готовый прибор на свое место.
  • Читать также: Как проверить строительный уровень в домашних условиях
  • Понятия и формулы

Шунтом называется сопротивление, которое присоединяется параллельно зажимам амперметра (параллельно внутреннему сопротивлению прибора), чтобы увеличить диапазон измерений. Измеряемый ток I разделяется между измерительным шунтом (rш, Iш) и амперметром (rа, Iа) обратно пропорционально их сопротивлениям.

Сопротивление шунта rш=rа х Iа/(I-Iа ).

Для увеличения диапазона измерений в n раз шунт должен иметь сопротивление rш=(n-1)/rа

1. Электромагнитный амперметр имеет внутреннее сопротивление rа=10 Ом, а диапазон измерений до 1 А. Рассчитайте сопротивление rш шунта так, чтобы амперметр мог измерять ток до 20 А (рис. 1).

  1. Измеряемый ток 20 А разветвится на ток Iа=1 А, который потечет через амперметр, и ток Iш, который потечет через шунт:
  2. Отсюда ток, протекающий через шунт, Iш=I-Iа=20-1=19 А.
  3. Измеряемый ток I=20 А должен разделиться в отношении Iа:Iш=1:19.
  4. Отсюда вытекает, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Iа:Iш=1/rа : 1/rш;
  5. Сопротивление шунта rш=10/19=0,526 Ом.
  6. Сопротивление шунта должно быть в 19 раз меньше, чем сопротивление амперметра rа, чтобы через него проходил ток Iш, в 19 раз больший тока Iа=1 А, который проходит через амперметр.

2. Магнитоэлектрический миллиамперметр имеет диапазон измерений без шунта 10 мА и внутреннее сопротивление 100 Ом. Какое сопротивление должен иметь шунт, если прибор должен измерять ток до 1 А (рис. 2)?

  Плюсы и минусы сварочных выпрямителей

  • При полном отклонении стрелки через катушку миллиамперметра будет проходить ток Iа=0,01 А, а через шунт Iш:
  • откуда Iш=I-Iа=1-0,99 A=990 мА.
  • Ток 1 А разделится обратно пропорционально сопротивлениям: Iа:Iш=rш:rа.
  • Из этого соотношения найдем сопротивление шунта:
  • 10:990=rш:100; rш=(10х100)/990=1000/990=1,010 Ом.
  • При полном отклонении стрелки через прибор пройдет ток Iа=0,01 А, через шунт – ток Iш=0,99 А, а по общей цепи – ток I=1 А.

При измерении тока I=0,5 А через шунт пройдет ток Iш=0,492 А, а через амперметр – ток Iа=0,05 А. Стрелка при этом отклоняется до половины шкалы.

При любом токе от 0 до 1 А (при выбранном шунте) токи в ветвях разделятся в отношении rа:rш, т. е. 100:1,01.

3. Амперметр (рис. 3) имеет внутреннее сопротивление rа=9,9 Ом, а сопротивление его шунта 0,1 Ом. В каком отношении разделится измеряемый ток 300 А в приборе и шунте?

  1. Задачу решим при помощи первого закона Кирхгофа: I=Iа+Iш.
  2. Кроме того, Iа:Iш=rш:rа.
  3. Из второго уравнения получим ток Iа и подставим его в первое уравнение:
  4. Ток в приборе Iа=I-Iш=300-297=3 А.
  5. Из всего измеряемого тока через амперметр пройдет ток Iа=3 А, а через шунт Iш=297 А.
  6. Шунт для амперметра

4. Амперметр, внутреннее сопротивление которого 1,98 Ом, дает полное отклонение стрелки при токе 2 А. Необходимо измерить ток до 200 А. Какое сопротивление должен иметь шунт, подключаемый параллельно зажимам прибора?

  • В данной задаче диапазон измерений увеличивается в 100 раз: n=200/2=100.
  • Искомое сопротивление шунта rш=rа/(n-1).
  • В нашем случае сопротивление шунта будет: rш=1,98/(100-1)=1,98/99=0,02 Ом.

Подключение амперметра через шунт

Если прибор включается в измерительную цепь напрямую, без трансформатора тока, его называют амперметром прямого включения.

Без шунта можно использовать приборы, рассчитанные на небольшую силу тока, порядка миллиампер. За счет шунтирования измерительной обмотки сопротивлением, большим, чем ее собственное, мы можем изменить предел измерения. Схема включения сложностью не отличается: через шунт проходит измеряемый ток, а параллельно ему подключается амперметр.

В дело здесь вступает первый закон Кирхгофа. Измеряемый ток делится на два: один протекает через рамку, второй – через шунт.

Соотноситься между собой они будут так:

Шунт на 10 ампер своими руками

Амперметр не такой редкий прибор и часто они есть в старых зарядных устройствах и других приборах. Но пока не столкнёшься с амперметром не узнаешь что ему оказывается нужен шунт.

Хотя конечно есть амперметры со встроенными шунтами, но там где постоянный ток шунты обычно внешние. В зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов шунты можно сказать что самодельные.

Там шунт представляет из себя отрезок металлической проволоки диаметром около 2мм.

Когда вы вынимаете амперметр из прибора можно сразу вынуть и шунт, но если шунта нет то его можно сделать самостоятельно. Я делал шунты из медной проволоки, из металлической пластины и проволоки, из болта диаметром 6мм зажимая гайками контакты и все они нормально работали. Ниже на рисунке схема подключения амперметра с самодельным шунтом из медного провода.

  Машины литья под давлением OLDENG

Ничего сложного в изготовлении шунта из медного провода нет. Нужен отрезок подходящего провода сечением примерно 2.5кв, это для амперметра на 10-30А, если ток больше то сечение лучше потолще.

Далее провод зачищается от изоляции, и к одному концу припаивается один провод от амперметра, а второй конец нужно перемещать по проводу пока показания амперметра не совпадают с показаниями второго подключенного амперметра. То-есть чтобы откалибровать показания нужен второй рабочий амперметр.

Вот как выглядит мой самодельный шунт (ниже фото).

В общем ничего сложного в этом нет, самое быстрое это изготовление шунта из медного провода, но можно в принципе постараться и сделать шунт похожий на заводской, хотя зачем если этот шунт никто не увидит. Главно правильно откалибровать самодельный шунт, и для этого нужен рабочий второй амперметр, ну или взять обычный мультиметр включить на измерение постоянного тока.

РАСЧЁТ ШУНТА

Не знаю как вы, а я любому цифровому амперметру и вольтметру в лабораторном блоке питания предпочту старые добрые стрелочные индикаторы.

Ведь при наличии каких либо коротких импульсов тока, на цифровом индикаторе будет абракадабра, а то и вообще показания останутся без изменений, если стоит в схеме небольшая задержка обновления показаний.

Так же и короткое КЗ может остаться без внимания, а вот стрелка амперметра, дёрнувшись, сразу покажет что к чему.

Расчет сопротивления шунта

Отсюда следует, что, зная ток полного отклонения измерительной системы (Iпр) и внутреннее сопротивление рамки (Rпр), можно вычислить требуемое сопротивление шунта (Rш). И тем самым изменить предел измерения амперметра.

Но, перед тем как переделать миллиамперметр в амперметр, нужно решить две непростых задачи: узнать ток полного отклонения измерительной системы и ее сопротивление. Можно найти эти данные, зная тип миллиамперметра, который переделывается.

Если это невозможно, придется провести ряд измерений. Сопротивление можно измерить мультиметром. А вот для второго параметра потребуется подать на прибор ток от постороннего источника, измеряя его величину с помощью цифрового амперметра.

Но такой расчет шунта для амперметра не будет точным. Невозможно с помощью подручных средств обеспечить требуемую точность измерений. Система измерения с шунтом имеет большую чувствительность к погрешности при определении исходных данных. Поэтому на практике проводится точная подгонка сопротивления шунта и калибровка амперметра.

Расчет и изготовление шунта

Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.

Следовательно, варьируя разными значениями сопротивления електр. звена, можно добиться любой области измерения. Чтобы подтвердить это на практике, можно создать шунт для амперметра своими руками.

Основные понятия и формулы

Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.

Читайте также:  Не работает кнопка шуруповерта

Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).

Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.

Расчет шунтирующего звена

Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.

Share

Tweet

Зарядка аккумулятора. Амперметр

♦ В предыдущей статье: «Выпрямитель для зарядки аккумулятора» для контроля зарядного тока применяется амперметр на 5 — 8 ампер.

Амперметр довольно дефицитная вещь и не всегда подберешь его на такой ток. Попробуем изготовить амперметр своими руками.

Для этого потребуется стрелочный измерительный прибор магнитно-электрической системы на любой ток полного отклонения стрелки по шкале.

Необходимо посмотреть, чтоб у него не было внутреннего шунта или добавочного сопротивления для вольтметра. ♦ Измерительный стрелочный прибор имеет внутреннее сопротивление подвижной рамки и ток полного отклонения стрелки.

Стрелочный прибор может использоваться как вольтметр (добавочное сопротивление включается последовательно с прибором) и как амперметр (добавочное сопротивление включается параллельно с прибором).

  1. ♦ Схема для амперметра справа на рисунке.
  2. Добавочное сопротивление — шунт рассчитывается по специальным формулам… Мы же изготовим его практическим путем, применив только калибровочный амперметр на ток до 5 — 8 ампер, или применив тестер, если он имеет такой предел измерения.
  3. ♦ Соберем несложную схему из зарядного выпрямителя, образцового амперметра, провода для шунта и заряжаемого аккумулятора. Смотрите рисунок…

♦ В качестве шунта можно использовать толстый провод из стали или меди. Лучше всего и проще, взять тот же провод, каким наматывалась вторичная обмотка, или чуть-чуть потолще.

Необходимо взять отрезок медного или стального провода длиной около 80 сантиметров, снять с него изоляцию. На двух концах отрезка сделать колечки для болтового крепления. Включить этот отрезок последовательно в цепь с образцовым амперметром.

Один конец от нашего стрелочного прибора припаять к концу шунта, а другим проводить по проводу шунта. Включить питание, установить регулятором или тумблерами ток заряда по контрольному амперметру — 5 ампер. Начиная от места пайки, другим концом от стрелочного прибора проводить по проводу.

Установить одинаковые показания обоих амперметров. В зависимости от сопротивления рамки вашего стрелочного прибора, разные стрелочные приборы будут иметь разную длину провода шунта, иногда до одного метра. Это конечно не всегда удобно, но если у вас будет свободное место в корпусе, можно аккуратно разместить.

♦ Провод шунта можно смотать в спираль как на рисунке, или еще как нибудь по обстоятельствам. Витки немного растянуть, чтоб не касались друг друга или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки по всей длине шунта.

♦ Можно предварительно определить длину провода шунта, а потом вместо голого применить провод в изоляции и намотать уже в навал на заготовку.

Подбирать надо тщательно, проделывая все операции несколько раз, тем точнее будут показания вашего амперметра.

Соединительные провода от прибора необходимо обязательно припаивать непосредственно к шунту, иначе будут неправильные показания стрелки прибора.

♦ Соединительные провода могут быть любой длины, а потому шунт может быть расположен в любом месте корпуса выпрямителя. ♦ Необходимо подобрать шкалу к амперметру. Шкала у амперметра для измерения постоянного тока равномерная.

Один из вариантов шкалы смотрите на рисунке:

Тут можно сделать шкалу на 5 ампер, на 8 ампер или на полное отклонение стрелки до 10 ампер. Могут быть другие шкалы, на другие цифры по шкале. А можно подрисовать свои цифры. Нужно немного пофантазировать.

Такой амперметр подойдет только для измерения постоянного или пульсирующего тока.

Share

Шунт: расчет компонента микроамперметра постоянного тока, основные формулы и подбор параметров сопротивления

В электронике и электротехнике часто можно услышать слово «шунт», «шунтирование», «прошунтировать». Слово «шунт» к нам пришло с буржуйского языка: shunt — в дословном переводе «ответвление», «перевод на запасной путь».

Следовательно, шунт в электронике — это что-то такое, что «примыкает» к электрической цепи и «переводит» электрический ток по другому направлению. Ну вот, уже легче). По сути дела шунт представляет из себя простой резист ор который имеет маленькое сопротивление, проще говоря, низкоомный резистор.

И как бы это ни странно звучало: шунт является простейшим преобразователем силы тока в напряжение. Но как это возможно? Да оказывается все просто!

Неисправный обход устройства [ править ]

Один из примеров — миниатюрные рождественские огни, которые соединены последовательно . Когда в одной из ламп накаливания перегорает нить накаливания , на перегоревшей лампе появляется полное линейное напряжение .

Шунтирующий резистор , который был подключен параллельно к нити накала до того, как она сгорела, затем замкнется, чтобы обойти сгоревшую нить и позволить остальной части нити загореться.

Однако, если перегорает слишком много ламп, сгорит и шунт, что потребует использования мультиметра для определения точки отказа.

Как работает шунт

Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.

https://youtube.com/watch?v=C4xMhballMg\u0026t=10s

Условимся считать, что ток у нас постоянный и течет из пункта А в пункт Б. На своем пути он встречает шунт и почти беспрепятственно течет через него, так как сопротивление шунта очень маленькое. Не забываем, что электрический ток характеризуется такими параметрами, как Сила тока и Напряжение. Через шунт электрический ток протекает с какой-то силой ( I ), в зависимости от нагрузки цепи.

  • Помните Закон Ома для участка электрической цепи? Вот, собственно и он:
  • где
  • U — напряжение
  • I — сила тока
  • R — сопротивление
  • Сопротивление шунта у нас всегда постоянно и не меняется, попросту говоря «константа». Падение напряжение на шунте мы можем узнать, замерив вольтметром как на рисунке:
  • Значит, исходя из формулы
  • получаем формулу:
  • и делаем простой до ужаса вывод: показания на вольтметре будут тем больше, чем бОльшая сила тока будет протекать через шунт.

Так что же это значит? А это значит, что мы спокойно можем рассчитать силу тока, протекающую по проводу АБ ;-). Все гениальное — просто! И самое замечательное знаете что? Нам даже не надо использовать амперметр ;-).

Вот такой принцип действия шунта. И чаще всего этот принцип используется как раз для того, чтобы расширить пределы измерения измерительных приборов.

Расчет и изготовление шунта

Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.

Следовательно, варьируя разными значениями сопротивления електр. звена, можно добиться любой области измерения. Чтобы подтвердить это на практике, можно создать шунт для амперметра своими руками.

Основные понятия и формулы

Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.

Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).

Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.

Расчет шунтирующего звена

Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.

Виды шунтов

Промышленные амперметры выглядят вот так:

На самом же деле, как бы это странно ни звучало — это вольтметры. Просто их шкала нарисована (проградуирована) уже с расчетом по закону Ома. Короче говоря, показывает напряжение, а счет идет в Амперах ;-).

На одном из них можно увидеть предел измерения даже до 100 Ампер. Как вы думаете, если поставить такой прибор в разрыв электрической цепи и пропустить силу тока, ну скажем, Ампер в 90, выдержит ли тоненький провод измерительной катушки внутри амперметра? Думаю, пойдет белый густой дым). Поэтому такие измерения проводят только через шунты.

  1. А вот, собственно, и промышленные шунты:
  2. Те, которые справа внизу могут пропускать через себя силу тока до килоАмпера и больше.
  3. К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать шунт с амперметром вот по такой схеме:
  4. В некоторых амперметрах этот шунт встраивается прямо в корпус самого прибора.

Использование в схемах электронных фильтров [ править ]

Термин шунт используется в фильтрах и подобных схемах с лестничной топологией для обозначения компонентов, подключенных между линией и общим.

Этот термин используется в этом контексте для различения компонентов шунта, подключенных между сигнальной и обратной линиями, от компонентов, подключенных последовательно вдоль сигнальной линии.

В более общем смысле термин шунт может использоваться для компонента, подключенного параллельно другому. Например, шунт м производной половины секции

является общей секцией фильтра от изображения импеданса метода конструкции фильтра. [2]

Читайте также:  Как проверить диод без мультиметра

Работа шунта на практическом примере

В гостях у нас самый что ни на есть обыкновенный промышленный шунт для амперметра:

Сзади можно прочитать его маркировку:

Как же прочитать характеристику такой маркировки? Здесь все просто! Это означает, что если протекающая сила тока через шунт будет 20 Ампер, то падение напряжения на шунте будет 75 милливольт.

0,5 — это класс точности. То есть сколько мы замерили — это значение будет с погрешностью 0.5% от измеряемой величины. То есть допустим, мы замеряли падение напряжения 50 милливольт. Погрешность измерения составит 50 плюс-минус 0,25. Такой точности вполне хватит для промышленных и радиоэлектронных нужд ;-).

Итак, у нас имеется простая автомобильная лампочка накаливания на 12 Вольт:

Выставляем на Блоке питания напряжение в 12 Вольт, и цепляем нашу лампочку. Лампочка зажигается и мы сразу же видим, какую силу тока она потребляет, благодаря встроенному амперметру в блоке питания. Кушает наша лампа 1,7 Ампер.

Предположим, у нас нету встроенного амперметра в блоке питания, но нам надо знать, какая все-таки сила тока проходит через лампочку. Для этого собираем простенькую схемку:

И замеряем падение напряжения на самом шунте. Получилось 6,3 милливольта.

Так как мы знаем, что при 20 Амперах напряжение на шунте будет 75 милливольт, то какая сила тока будет проходить через шунт, если падение напряжения на нем составит 6,3 милливольта? Вспоминаем училку по математике Марьиванну и решаем простенькую пропорцию за 5-ый класс

Вспоминаем, что показывал наш блок питания?

Погрешность в 0,02 Ампера! Думаю, это можно списать на погрешность приборов).

Так как радиолюбители в основном используют малое напряжение и силу тока в своих электронных безделушках, то можно применить этот принцип и в своих разработках. Для этого достаточно будет взять низкоомный резистор и использовать его как датчик силы тока). Как говорится » голь на выдумку хитра»

Что такое шунт в электронике и видео про это:

Грозовой разрядник [ править ]

Газа с наполнением трубы также может быть использован в качестве шунта, в частности , в молниеотвод .

Неон и другие благородные газы имеют высокое напряжение пробоя , поэтому обычно ток через него не течет.

Однако прямой удар молнии (например, в антенну радиомачты ) вызовет дуговую разрядку шунта и проведет огромное количество электричества на землю , защищая передатчики и другое оборудование.

Другая старая форма грозового разрядника использует простой узкий искровой разрядник, через который дуга будет прыгать при наличии высокого напряжения. Хотя это недорогое решение, его высокое напряжение срабатывания почти не обеспечивает защиты современных твердотельных электронных устройств, питаемых от защищенной цепи.

Шунты как защита цепи [ править ]

Когда цепь должна быть защищена от перенапряжения и в источнике питания есть режимы отказа, которые могут вызвать такие перенапряжения, цепь может быть защищена устройством, обычно называемым цепью лома .

Когда это устройство обнаруживает перенапряжение, оно вызывает короткое замыкание между источником питания и его возвратом.

Это вызовет как немедленное падение напряжения (защита устройства), так и мгновенный высокий ток, который, как ожидается, откроет чувствительное к току устройство (например, предохранитель или автоматический выключатель ). Это устройство называется ломом,

поскольку его можно сравнить с падением настоящего лома на набор шин (открытых электрических проводников).

Измерение малых сопротивлений, шунтов

В данной статье мы попробуем научиться измерять малые сопротивления. У радиолюбителей иногда возникает потребность точно определить сопротивление шунта при изготовлении или ремонте амперметра, чтобы он в свою очередь также точно показывал свои единицы измерения или в других целях.

Но как это сделать, когда мультиметр не имеет шкалы измерения милли Ом, маркировка либо отсутствует, либо совсем не известна и не понятна? Большинство измерительных приборов имеют минимальную шкалу 200 Ом для измерения сопротивления и 3,5 — 4 разряда, при закорачивании щупов там уже примерно 0,7 Ом, при измерении сопротивления 0,1 Ом ничего не меняется, беда. Сейчас поправим.

Предлагаю использовать для этой цели мостовую схему измерения. Что такое мост должны представлять все, на этом останавливаться не будем. Составим мост из резисторов, подадим на него какое либо напряжение и будем его же измерять, хотя можно и ток измерять, разницы не будет, что более точное у нас под рукой, то и выбираем.

Так а причем здесь измерение малого сопротивления? Терпение, все по порядку из далека. Есть такая замечательная вещь как баланс моста. Произведение сопротивлений противоположных плеч моста, при условии его сбалансированности, будут одинаковы.

А напряжения и токи при сбалансированности моста будут взаимокомпенсировать друг друга и в сумме дадут 0.

  • (Пусть R0 это R3, а Rx это R4)
  • или
  • Итак, исходя из вышеперечисленного, если в мост поставить вместо одного из резисторов наше малое сопротивление произвольного номинала, а другой резистор сделать переменным или подстроечным (по схеме используем два переменных резистора для точности балансировки моста, особенно в том случае, когда под рукой нет многооборотистых переменных резисторов), чтобы добиться баланса моста. Такую схему можно использовать для измерения шунтов и малых сопротивлений:

  Каким должно быть артериальное давление у ребёнка?

Схему было собирать лениво, тем более, что плату изготовить нужно достаточно времени, поэтому навесным монтажом был изготовлен подопытный образец схемы. Здесь резисторы R1 и R2 не 1%, но подбирались максимально близкие к сопротивлению заданного номинала, погрешность сопротивления не превышала 0,5 % при комнатных условиях.

Но нужно знать как получить точное значение измеряемого сопротивления. Во первых, главное особенностью такое схемы является то, что с помощью нее «умножается» измеряемое сопротивление.

А это значит, что необходимость в шкале на милли Омы в мультиметре отпадает. Сопротивление в 0,1 Ом уже можно будет измерять на шкале в кило Омы.

Только измерение будет теперь не прямым, а косвенным, придется использовать немного математики и подсчитывать конечный результат измерения.

  1. Определимся какой диапазон номиналов будем измерять (имеется ввиду малое сопротивление или сопротивление шунтов). Для этого нужно выбрать номиналы переменных резисторов:
  2. По схеме используем два переменных резистора для большей точности взаимодействия, 1 кОм и 100 Ом. Такое сопротивление переменных резисторов позволит измерить максимально большое сопротивление в 1,1 Ом, минимальное с сохранением точности измерения 0,01 Ом (при Rx=0,01 Ом R0 должно быть 10 Ом, которые также нужно достаточно точно измерять своим мультиметром)
  3. И номиналы постоянных резисторов, чтобы мост легко балансировался и было удобно подсчитать номинал шунта или малого сопротивления:
  4. Кратность резисторов относительно друг друга лучше всего брать именно такой — 10, 100, 1000, чтобы быстро подсчитать конечный результат, хотя никто не запрещает брать не круглые числа, чтобы потом с

Ссылки [ править ]

  1. Рудольф F. Граф, Современный словарь электроники , Mc-ГрауХилл, 1968 Библиотека Конгресса 68-13873

    шунта

    страницы 454.

  2. Маттеи, Young, Jones Микроволновые фильтры, импеданс Matching сети и Сцепные Структуры , p66, McGraw-Hill 1964
  3. ^ abРуководство по электрическим инструментам , General Electric, 1949, страницы 8–9.
  4. Террелл Крофт, Руководство американского электриков , McGraw-Hill, 1948 р. 70
  5. Р. Дзюба; Н. Б. Белецкий; Дж. Ф. Мэйо-Уэллс. «Устойчивость двустенных манганиновых резисторов» (PDF) . В Давиде Р. Лиде (ред.). Век передового опыта в измерениях, стандартах и ​​технологиях: хроника избранных публикаций NBS / NIST 1901–2000 . С. 63–65. CiteSeerX 10.1.1.208.9878 . DOI : 10,6028 / NIST.SP.958 . NIST SP 958. Десять из них служили исключительно стандартом сопротивления США с 1939 года, пока они не были вытеснены квантованным эффектом Холла (QHE) в 1990 году.

Шунтирующий инструмент, но последовательно включенный в цепь [ править ]

Источник переменного тока с измерителями и измерителями-шунтами плюс нагрузка с нагрузочным шунтом В качестве введения к следующей главе этот рисунок показывает, что термин «шунтирующий резистор» следует понимать в контексте того, что он шунтирует.

В этом примере резистор R L будет пониматься как «шунтирующий резистор» (к нагрузке L), потому что этот резистор будет пропускать ток вокруг нагрузки L. R L подключен параллельно нагрузке L.

Однако последовательные резисторы R M1 и R M2 представляют собой низкоомные резисторы (как на фотографии), предназначенные для пропускания тока по приборам M1 и M2, и функционируют как шунтирующие резисторы к этим приборам. R M1 и R M2 подключены параллельно с M1 и M2. Если смотреть без приборов, эти два резистора будут считаться последовательными резисторами в этой схеме.

Диоды как шунты [ править ]

Если устройства уязвимы для обратной полярности сигнала или источника питания, для защиты схемы можно использовать диод . При последовательном подключении к цепи он просто предотвращает обратный ток, но при параллельном подключении он может шунтировать обратное питание, вызывая размыкание предохранителя или другой цепи ограничения тока.

Все полупроводниковые диоды имеют пороговое напряжение — обычно от ½ Вольта до 1 В — которое должно быть превышено, прежде чем через диод пройдет значительный ток в нормально допустимом направлении.

Можно использовать два встречно-параллельных шунтирующих диода (по одному для проведения тока в каждом направлении), чтобы ограничить проходящий через них сигнал до не более чем их пороговое напряжение, чтобы защитить более поздние компоненты от перегрузки.

Ссылка на основную публикацию
Для любых предложений по сайту: [email protected]