Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет шунта для амперметра

Расчет шунта для амперметра.

При изготовлении устройств силовой электроники часто приходится измерять постоянные и переменные токи, нередко достаточно большой величины. Напомню, амперметр включается последовательно с нагрузкой, и измеряемый ток (постоянный или переменный — определяется типом амперметра) протекает через него (рис.1 а). Прямое измерение (с достаточной точностью) обычно ограничено величиной 5 А (амперметры класса точности не более 1,0, т.е. дающие погрешность измерения 1%).

Для измерения больших токов параллельно амперметру включают шунт RS1 (рис.1б) — резистор с калиброванным сопротивлением. По сути, шунт — это делитель: большая часть тока проходит через него, а в амперметр ответвляется незначительный ток, не превышающий максимально допустимый. Коэффициент деления шунта N определяется выражением:
N= I/Ip = RRS+Rp,
где I — измеряемый ток;
Iр — ток, протекающий через измерительный амперметр;
RRS — сопротивление шунта;
Rр — внутреннее сопротивление амперметра.
Если необходимо расширить предел измерения амперметра в N раз, т.е. чтобы Iр был в N раз меньше измеряемого >I , то RRS должно быть равнo:
RRS = Rp/(N-1). (1)

Обычно шунты изготавливаются из манганина — сплава с малым изменением сопротивления от температуры. Шунты делают взаимозаменяемыми (рис.2), рассчитанными на определенные токи и имеющими при максимальных значениях тока установленные падения напряжения.
ГОСТ определяет ряд номинальных падений напряжения на шунтах: 10; 15; 30; 50; 60; 75; 300 мВ. По точности шунты разделяются на классы: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 (число обозначает допустимое отклонение сопротивления от номинала в процентах).
Для изготовления шунта можно использовать металл или сплав с большим удельным сопротивлением, которые приведены в таблице.
Главное, не задавать слишком большой ток, чтобы шунт не нагревался. Диаметр провода d , обеспечивающего протекание необходимого измеряемого I при установленной его плотности j , определяется по формуле:
d = √(1,27·I/j) (2)
Для расчета шунта возьмем допустимую j = 2 А/мм 2 . Тогда формула (2) упрощается:
d = 0,8·√I (мм).
Зная удельное сопротивление материала ρ и диаметр провода d в мм, нетрудно определить сопротивление шунта R из выражения:
R = 1,27·ρ·l/d 2 , (3)
где: l — длина провода, м.
Преобразовав (3), получим формулу для расчета длины провода:
l = 0,78·R·d 2 /ρ. (4)

Конечно, учесть все погрешности невозможно, поэтому изготовленный шунт требует подгонки. Его длину нужно взять немного больше расчетной. Концы лучше всего запрессовать в клеммные наконечники.
Применять винтовые соединения нежелательно из-за их нестабильности. Еще менее желательно использование пайки, т.к. в месте соединения образуется термоэпектрическая пара.
Шунт подсоединяется к амперметру с которым будет использоваться, который включается в цепь последовательно с контрольным (эталонным) амперметром. Осторожно подпиливая шунт, доводят его сопротивление до требуемого.
При подключении в схему провода измеряемой цепи (силовые) должны идти к шунту, а от шунта к амперметру подводятся отдельные (тонкие) провода. В промышленных шунтах для этого специально предусмотрены две пары резьбовых отверстий под винтовые контакты.

Читайте так же:
Виды бит для саморезов

Расчет измерительного шунта миллиамперметра

Шунт для амперметра

Шунт (англ. Shunt) — электрическое или магнитное ответвление, которое включают параллельно основного контура цепи. Параллельное подключение одного звена электрической цепи к другому с целью понижения общего электрического сопротивления называется процессом шунтирования. Это нашло широкое применение в схемотехнике.

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.

Амперметр своими руками

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

  • внутренними;
  • наружными (внешними).

Расчет шунта для амперметра постоянного тока

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.

Расчет шунта амперметра

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.

Эксплуатационные требования, выдвигаемые к элементам шунтирования: низкие потери напряжения в области шунта, во избежание перегрева оборудования; стабильное значение сопротивления, обеспечивающие точность измерения; стойкость к коррозии и к воздействиям окружающей среды.

Контроль величины постоянного тока имеет широкий диапазон применения, в том числе:

    фотоэлектрическая промышленность,
  • источники электропитания общественного транспорта,
  • электрические генераторы и двигатели,
  • оборудование для сварочных работ,
  • инверторы,
  • и другие системы с наличием высоких значений постоянного тока.

Во многих промышленных отраслях применение шунтирующих резисторов зарекомендовало себя как надежный, точный и долговременный способ для беспрерывного измерения тока постоянной величины.

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 так же:
Как установить кондиционер фото

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

Как подключить амперметр к зарядному устройству

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.

Перемещая ходунок резистора R, следует добиться максимального показания стрелки на шкале индикатора и зафиксировать показания Iинд на тестере. Вследствие опыта известны величины Iинд = 0.0004 А и Rрам=1кОм (также измеряется тестером), этого достаточно для дальнейшего расчета сопротивления шунта микроамперметра (индикатора) по формуле:

Rш=Rрам * Iинд / Imax; получаем Rш=13,3 Ом.

Длина проводника

Выбрав материал для изготовления и зная величину его удельного сопротивления, необходимо рассчитать длину токовой части шунта.

Согласно соотношению: Rш=p*J/S,

где: p-удельное сопротивление, J-длина, S- площадь поперечного сечения проводника, подбираются геометрические параметры медного провода (p=0.0175 Ом*мм2 /м).

Величину площади можно рассчитать из формулы, вооружившись предполагаемым значением диаметра:

Тогда искомая величина будет равна:

При диаметре проводника d= 0.1 мм, подставив значения получается длина:

Расчет шунта для амперметра постоянного тока определил такие выходные данные:

максимальный ток измерения — 30 мА;

материал проводника — медная жила 0.1 мм в диаметре длиною 0,45 м.

Для удобства и упрощения расчетов относительно шкал измерительных приборов используют онлайн-калькулятор.

Амперметр для зарядного устройства

Шунт для амперметра своими руками

Нелишним будет знать, как сделать из вольтметра амперметр и применить его в процессе контролирования силы тока при зарядке аккумуляторных батарей.

Необходимый стрелочный вольтметр проверяется на способность стрелки полностью отклонятся вдоль измерительной шкалы. Следует убедиться в отсутствии добавочных сопротивлений или внутреннего шунта.

До этого был рассмотрен расчетный метод подбора шунтирующего резистора, в этом случае самодельный амперметр получается сугубо практическим путем, с помощью добавочного изм. прибора или тестера с пределом измерения до 8 А.

Соединяется в простую схему зарядный выпрямитель, дополнительный образцовый амперметр, проводник для будущего шунта и заряжаемая аккумуляторная батарея.

Как рассчитать шунт для амперметра

Для изготовления шунта для амперметра 10А своими руками на концах неизолированного толстого медного проводника длиною до 80 см выгибаются кольцеобразные дуги под крепеж болтом. После чего подсоединяется последовательно с образцовым изм. прибором в электрическую цепь выпрямитель — аккумулятор.

Один из концов стрелочного вольтметра основательно соединяется с шунтом, а другим, как щупом, проводится по медному проводу. Подается питание через выпрямитель и устанавливается по образцовому амперметру сила тока в цепи 5А.

Читайте так же:
Как выглядит предохранитель на схеме

Начиная от места крепления, щупом от вольтметра следует вести по проводу, пока на обоих приборах не установятся одинаковые значения тока. Согласно величине сопротивления рамки используемого стрелочного вольтметра определяется нужная длина провода шунтирования величиною до метра.

Проводник шунта возможно смотать в виде спирали либо как-то еще. Витки легонько растянуть с целью избежать прикосновений между ними или изолировать хлорвиниловой трубкой по всей длине спирали шунта.

Вариант предварительного определения длины провода для последующей замены изолированным проводником тоже вполне приемлем и практичен, но требует внимательности и тщательности в операциях замены шунта, повторяя все этапы по нескольку раз. Связано это с точностью показаний амперметра.

Расчет шунта для амперметра

Соединительные провода от вольтметра должны быть обязательно припаяны непосредственно к шунтирующей спирали, иначе прибор будет иметь погрешности в показаниях.

Провода соединяющие шунт и изм. прибор выбирают произвольной длины, поэтому шунтирующий элемент возможно поместить в любой части корпуса выпрямителя.

Шкала амперметра для измерения величины постоянного тока равномерная, этим нужно руководствоваться при ее выборе. Букву V правильно заменить на А, а цифровые значения подогнать из расчета максимального тока в 10 А.

Как рассчитать шунт для миллиамперметра

Схема комбинированного измерительного прибора

Допустим у Вас есть стрелочный микроампетрметр на 100 мкА. С его помощью можно измерить слабый ток до 100 мкА. А как быть если нужно измерить 1 Ампер? Думаете нужен амперметр? Совсем не обязательно. Эта задача решается очень просто — параллельно микроамперметру нужно включить дополнительный резистор малого сопротивления — шунт (Run — рисунок 1). Теперь ток разветвляется и проходит по двум ветвям — через шунт и через микроамперметр. Чем меньше сопротивление шунта, тем большая часть силы тока проходит через него, а меньшая через микроамперметр.

Получается так, что переключая шунты можно микроамперметр привратить в миллиамперметр, амперметр.

Сопротивление шунта выбирают из условия, чтобы ток, протекающий через микроамперметр не превышал предельного значения 1н — равного максималь-ному значению шкалы микроамперметра. Если известно сопротивление катушки микроамперметра (обычно указывется в нижнем углу шкалы) — Rnp и максимальный ток 1н (максимальное значение шкалы) можно рассчитать сопротивление шунта, необходимое для измерения максимального тока / по такой формуле:

Rш = (Rпр x lн) / (l — lн)

Предположим есть микроамперметр с 1н=200 мкА (0,0002A), Rnp — 720 ом, а требуется предел измерения 3 мА (0.003А), тогда сопротивление шунта равно:

Rш = (720 х 0,0002) / (0,003 — 0,0002) = 51,4 ом

В универсальных прибора с большим количеством переключаемых пределов применяются универсальные шунты, представляющие собой цепочку из последовательно включенных резисторов, подключенную параллельно микроамперметру. Например, универсальный шунт на три предела измерения 3, 30 и 300 мА состоит из трех резисторов (рисунок 2). При этом полное сопротивление универсального шунта соответствует наименьшему пределу измерения — 3 мА.

Читайте так же:
Бочка для изготовления древесного угля

Если требуется большее количство пределов, то и количество резисторов увеличивается:

Rmy = Rш1+Rш2+. + RшN

Полное сопротивление универсального шунта определяется по формуле:

Rшу = Rпр / ( l1 / lн — 1) = 720 / (0,003 / 0,0002 — 1) = 51,4 Ом

Где l1 — наименьший предел измерения 3 мА (0,003 А).

Обозначим другие пределы как l2 -предел 30 мА , l3 — предел 300 мА. Тогда сопротивления шунта Rш2 и Rш3 будет такими:

Rш3 = lн (Rпр + Rшу) / l3 = 0,0002 (720+51,4)/0,3 = 0,5

Rш2 = (lн (Rпр + Rшу) / l2) — Rш3 = (0,0002 (720+54,4) / 0,03) — 0,5 — 4,6 Ом.

Теперь определим Rш1:

Rш1 = Rшу — Rш2 — Rш3 = 51,4 — 4,6 — 0,5 = 46,3 Ом

Таким же образом можно рассчитать универсальный шунт и для других пределов измерения, причем их количество на один универсальный шунт не ограничено (соответственно увеличивается количество резисторов Rш -составляющих шунта).

Теперь попытаемся измерить напряжение. Для этого прибор нужно превратить в вольтметр и подключить его параллельно участку электрической цепи, напряжение на котром нужно измерить. Сопротивление вольтметра должно быть достаточно велико, чтобы через него протекал минимальный ток и он не оказывал существенного шунтирующего действия на измеряемую цепь.

Однако сопротивление нашего миллиамперметра даже на минимальном пределе (3 мА) слишком мало. Оно определяется общим сопротивлением двух парраллельно включенных цепей — измерительной катушки микроамперметра (720 ом) и полного сопротивления шунта (51,4 ом) :

R = (Rпp х Rшу) / (Rпp + Rшу) = (720 x 51,4)/(720+ 51,4) = 48 ом.

Если например, таким прибором попробовать измерить напряжение «плоской батарейки», то ток, протекающий через прибор, в данном случае получится более чем в 30 раз превосходящий допустимый предел измерения — 3 мА. И прибор может выйти из строя.

Чтобы этого не произошло последовательно с миллиамперметром нужно включить добавочный резистор, с таким сопротивлением, при котором при напряжении в измеряемой цепи, в данном случае (для «плоской батарейки») 4,5В ток через прибор не превышал 3 мА.

Миллиамперметр

В твоей практике придется иметь дело с измерениями постоянных токов в основном от нескольких долей миллиампера до 100 мА. Например, коллек­торные токи транзисторов и анодные токи ламп каскадов усиления высокой частоты и каскадов предварительного усиления звуковой частоты могут быть от 0,2 до 3 — 5 мА, а токи усилителей мощности достигают 60 — 80 мА. Значит, чтобы измерять сравнительно небольшие токи, нужен прибор на ток /и не хуже 1 мА. А расширить пределы измеряемых токов можно путем при­менения шунта (рис. 228, а).

Сопротивление шунта можно рассчитать по такой формуле:

где /и макс — требуемое наибольшее значение измеряемого тока, мА.

Читайте так же:
Как рассчитать диаметр провода по сечению

Если, например, /и = 1 мА, — 100 Ом, а необходимый /и макс = 100 мА, то должно быть: Rш = IиRи/(Iи. макс — Iи) = 1 • 100/(100 — 1) = 1 Ом.

Таким миллиамперметром можно будет измерять токи: без шунта — до 1 мА, а с шунтом — до 100 мА. Во втором случае при измерении наиболь­шего тока через прибор будет течь ток, не превышающий 1 мА, т. е. его сотая часть, а 99 мА — через шунт.

Лучше, однако, иметь еще один предел измерений — до 10 мА. Это для того, чтобы более точно, чем по шкале 100 мА, можно было отсчитывать токи в несколько миллиампер, например коллекторные токи транзисторов вы­ходных каскадов простых усилителей. В этом случае измеритель токов можно построить по схеме, показанной на рис. 230,а. Здесь используется универ­сальный шунт, составленный из трех проволочных резисторов R1 — R3, поз­воляющий увеличивать пределы измерений миллиамперметра в 10 и 100 раз. И если ток /и = 1 мА, то, применив к нему такой шунт, суммарное сопротивление которого должно быть значительно больше Rn, прибором можно будет измерять постоянные токи трех пределов: 0 — 1 мА, 0 — 10 мА и 0 — 100 мА.

Зажим Общ. является общим для всех пределов измерений. Чтобы узнать измеряемый ток, надо ток, зафиксированный стрелкой прибора, умножить на численное значе­ние коэффициента возле соответствующего зажима. А поскольку ток Iи прибора известен, то возле зажимов вместо множителей «х 1», «х 10» и «х 100» можно написать предельно измеряемые токи. Для нашего примера это могут быть надписи: «1 мА», «10 мА» и «100 мА». Более подробно о расчете универсаль­ного шукта сказано далее.

Рис. 230. Миллиамперметр с универсальным шунтом.

Шунты изготовляют обычно из провода с высоким сопротивлением — манганина, никелина или константана, наматывая их на каркасы из изоляци­онных материалов. Каркасом шунта твоего миллиамперметра может быть гетинаксовая планка длиной чуть больше расстояния между зажимами прибора (рис. 230, б). Выводами шунта и отводами его секций служат отрезки медного провода, укрепленные в отверстиях в планке. От них идут проводники к входным зажимам (или гнездам) прибора.

Очень важно обеспечить надежность контактов в самом шунте. Если в нем появятся плохое соединение или обрыв, то весь измеряемый ток пойдет через прибор и он может испортиться.

И еще одно обязательное требование: в измеряемую цепь должен вклю­чаться шунт, к которому подключен миллиамперметр, а не наоборот. Иначе из-за нарушения контакта между зажимами прибора и шунтом в этом случае через прибор также пойдет весь измеряемый ток и могут быть те же непри­ятности.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector