Загрузка...Что такое шунт для амперметра
Расчет шунта для амперметра
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).
Измеряемый ток 20 А разветвится на ток Iа=1 А, который потечет через амперметр, и ток Iш, который потечет через шунт:
Отсюда ток, протекающий через шунт, Iш=I-Iа=20-1=19 А.
Измеряемый ток I=20 А должен разделиться в отношении Iа:Iш=1:19.
Отсюда вытекает, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Iа:Iш=1/rа : 1/rш;
Сопротивление шунта rш=10/19=0,526 Ом.
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)?
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?
Задачу решим при помощи первого закона Кирхгофа: I=Iа+Iш.
Кроме того, Iа:Iш=rш:rа.
Из второго уравнения получим ток Iа и подставим его в первое уравнение:
Ток в приборе Iа=I-Iш=300-297=3 А.
Из всего измеряемого тока через амперметр пройдет ток Iа=3 А, а через шунт Iш=297 А.
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.
Что такое шунт для амперметра
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!
Как работает шунт
Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.
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:
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
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.
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.
А вот, собственно, и промышленные шунты:
Те, которые справа внизу могут пропускать через себя силу тока до килоАмпера и больше.
К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать шунт с амперметром вот по такой схеме:
В некоторых амперметрах этот шунт встраивается прямо в корпус самого прибора.
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” 😉
Где купить шунт
Почти такой же шунт, как у меня в статье, можно заказать на Али по этой ссылке:
Расчет шунта для амперметра
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).
Измеряемый ток 20 А разветвится на ток Iа=1 А, который потечет через амперметр, и ток Iш, который потечет через шунт:
Отсюда ток, протекающий через шунт, Iш=I-Iа=20-1=19 А.
Измеряемый ток I=20 А должен разделиться в отношении Iа:Iш=1:19.
Отсюда вытекает, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Iа:Iш=1/rа : 1/rш;
Сопротивление шунта rш=10/19=0,526 Ом.
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)?
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?
Задачу решим при помощи первого закона Кирхгофа: I=Iа+Iш.
Кроме того, Iа:Iш=rш:rа.
Из второго уравнения получим ток Iа и подставим его в первое уравнение:
Ток в приборе Iа=I-Iш=300-297=3 А.
Из всего измеряемого тока через амперметр пройдет ток Iа=3 А, а через шунт Iш=297 А.
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.
Тиристор
Все о ремонте и не только
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.
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…