Шунт для амперметра

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.

Применение закона Ома

Основной закон электротехники, он же закон Ома, гласит: I=U/R где I-это ток в амперах,
U-напряжение в вольтах, R-сопротивление в омах. Эта формула говорит нам, что если в разрыв измеряемой
нагрузки (где нужно измерить ток) включить шунт (R) и измеренное на шунте напряжение (U) подставить
в формулу, по двум величинам R и U мы узнаем нужную нам I — протекающий ток.

Пример: мы ожидаем ток 20-30 А, а может и больший от потребления двигателем шуруповерта. У нас
имеется проволочный шунт, сопротивлением 0,035 Ом

Шунт подключается в разрыв плюса или минуса, это не
важно — действующий ток одинаков на всех участках цепи. Так же параллельно шунту подключается вольтметр —
по его показания можно судить о токе, потребляемом нагрузкой

У меня при почти полном торможении вала
двигателя вольтметр показывал около 0,9 В. Подставив известные нам значения в формулу I=0,9/0,035=25,7А —
такой ток потребляет мотор.

Обратите внимание:При измерении пульсирующих и динамически меняющихся токов, цифровой вольтметр
не очень подходит, так как его контроллер очень медленно снимает показания. Для данной цели больше подходит
стрелочный вольтметр.. Подобрав шунт нужного сопротивления, можно измерять любые постоянные или пульсирующие токи, хоть до
300 А и более

Хотя я сомневаюсь, что такие измерения вам понадобятся. Обычные резисторы не подходят в
роли шунта для больших токов, так как обладают малой мощностью рассеяния. Рассчитать примерную мощность
рассеяния шунта можно умножив ожидаемый ток в амперах на падение на нем в вольтах. Для выше приведенного
примера это 25,7*0,9=23,13 Вт, такой мощностью обладают проволочные резисторы.

Подобрав шунт нужного сопротивления, можно измерять любые постоянные или пульсирующие токи, хоть до
300 А и более. Хотя я сомневаюсь, что такие измерения вам понадобятся. Обычные резисторы не подходят в
роли шунта для больших токов, так как обладают малой мощностью рассеяния. Рассчитать примерную мощность
рассеяния шунта можно умножив ожидаемый ток в амперах на падение на нем в вольтах. Для выше приведенного
примера это 25,7*0,9=23,13 Вт, такой мощностью обладают проволочные резисторы.

Что можно использовать?

В идеале используют отрезок провода или проволоки из металла или сплава, незначительно меняющего своё электрическое сопротивление при нагреве. А нагреваться шунт будет обязательно – хотя бы до нескольких десятков градусов, так как по нему протекает ток в единицы и десятки ампер. Специалисты рекомендуют использовать сплав манганина. Манганиновая проволока (или лента) считается наиболее устойчивым электротехническим элементом: её температурный коэффициент сопротивления в 200 раз меньше, чем у меди, и в 300 раз ниже по сравнению с железом. Использование медных и стальных шунтов способно нести ощутимую погрешность при значительных токах, вызывающих их нагрев.

Если речь идёт о внушительной силе тока от сотен до тысяч ампер – например, при старте двигателя «КамАЗа», где создаётся пусковой ток в 500 и более ампер для раскручивания стартером вала двигателя, – простой шунт здесь попросту расплавится. Необходимо использовать токовые клещи – они являются более мощной версией шунта. Аналогично поступают в электроустановках и распределителях с высоким напряжением, где общий ток потребителей довольно высок.

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.

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.

Шунт своими руками

Спирально сматывать проволоку (или эмальпровод) не рекомендуется – индуктивность получившейся катушки уменьшит точность амперметра. Катушечное шунтирование имеет недостаток – гашение скачков тока, особенно в случае дросселированной (с сердечником) катушки. Если отрезок проволоки слишком длинный, расположите его в виде волнистой «змейки».

В качестве диэлектрика подойдёт любой изолятор – от керамического до текстолитового. К тому же скрученный в виде катушки провод может перегреть диэлектрик, не выдерживающий повышенной – более 150 градусов – температуры. А к перегреву устойчивы лишь керамика и закалённое стекло.

  • Сначала вырезается диэлектрическая пластина, в которой сверлятся отверстия под болты с шайбами и гайками. Материал – текстолит, гетинакс, дерево или композитные материалы.
  • Для существенной изоляции тепла проволоки от несущей пластины на болты устанавливаются керамические колечки. После них ставятся шайбы, зажимающие проволоку.
  • Для предотвращения самопроизвольного раскручивания и выпадения проволоки и проводов перед гайками проставляются гроверные шайбы.
  • Наконец, вставляются провода и концы проволоки между шайбами, а гайки затягиваются.

С несколькими шунтами

Из амперметра получится и самодельный килоамперметр. Так, из 100-амперного прибора легко сделать амперметр на 2 кА. Более высокие значения на практике вряд ли понадобятся. Если у вас в наличии имеется прибор с одноамперным диапазоном измерений, сделайте несколько коммутируемых шунтов. Незачем переразмечать шкалу – достаточно подобрать шунты на 5, 10, 50, 100 и более ампер. Они помещаются в один внешний корпус вместе с выходными клеммами (для щупов) и многопозиционным переключателем, рассчитанным на такие значения тока.

Режимы помечаются маркером «x5», «x10» и так далее. Когда режим один, а амперметр переделан из одно- в десятиамперный, то слева от буквы «А» надпишите «x10» меньшим шрифтом.

При изготовлении многорежимного амперметра провода, соединяющие переключатель с шунтами и прибором, должны быть максимально короткими. Излишне длинные провода, подключённые к готовому шунту, имеющему точное сопротивление, и уже проградуированному прибору, приведут к заметной погрешности измерений – они включаются последовательно с шунтом и прибором, имеют своё, пусть и очень малое, сопротивление. Переключатель низкого качества со значительно окисленными контактами приведёт к тому, что прибор попросту начнёт «врать» – его токоведущие части и замыкающий подпружиненный шарик также вносят паразитное сопротивление.

О том, как произвести расчет шунта для амперметра, смотрите далее.

Измерение переменного тока

Для измерения переменного тока так же применимы вышеописанные методы, с той лишь разницей, что нужно
использовать вольтметр переменного напряжения, а в случае с измерением сопротивления шунта — амперметр
переменного тока.

Для измерения в цепях с частотой 50 Гц вполне сойдут и цифровые вольтметры и амперметры (при наличии у
них таких функций). При более высоких частотах цифровые приборы малопригодны, их показания могут сильно
отличаться от реальности. Стрелочные измерительные приборы в этом случае куда более подходящие.

Однако самым лучшим вариантом измерения токов любой формы является
осциллограф.
Осциллограф подключается к шунту вместо вольтметра. Это позволит измерить размах тока или или среднее его значение. Другими
словами — мы увидим ток «воочию». Основная сложность при таких замерах — согласовать значения напряжений на осциллографе с
сопротивлением шунта по закону Ома. Здесь могу посоветовать одно — калькулятор в начале страницы вам в помощь.

Хочется обратить внимание: при измерении переменного тока следует производит расчеты не по амплитудным значениям напряжения, а по
среднеквадратическим — именно так принято в электротехнике измерять переменные токи и напряжения. Величины указываются усредненные,
эквивалентные постоянным

Собственно это и стоит учитывать при использовании осциллографа. У цифровых «ослов» среднеквадратическая
величина напряжения может рассчитываться автоматически, называется она «Vrms».

Вышенаписанное справедливо при измерении так называемых «действующих» токов, с относительно стабильной формой. Когда же нужно узнать
пиковые токи — здесь в формулу рассчета (или калькулятор в начале) нужно подставлять амплитудные значения напряжений на шунте. Как
говорится «все хорошо к месту» — в радиолюбительской практике требуются различные варианты.

Оцените публикацию:

  • Currently 4.13

Оценка: 4.1 (15 голосов)

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:

Описание

Принцип действия шунтов основан на измерении сопротивления от 0,42 до 0,5 Ом-мм /м. Резистивные элементы шунтов в виде пластин для 75ШИП выполнены из манганина, обладающего удельным сопротивлением от 0,42 до 0,5 Ом-мм /м. Пластины и стержни впаяны твердым припоем в наконечники из меди или латуни. Наконечники имеют отверстия: резьбовые для потенциальных зажимов и гладкие для токовых зажимов.

Шунты изготавливаются в двух климатических исполнениях:

—    УХЛ 3.1, с интервалом рабочих температур от минус 40 до плюс 50 °С и относительной влажности 98 % при температуре плюс 25 °С;

—    Т3, с интервалом рабочих температур от минус 10 до плюс 50 °С и относительной влажности 98 % при температуре плюс 35 °С.

Шунты имеют различные исполнения по монтажным размерам.

Внешний вид шунта с указанием места нанесения знака поверки приведен на рисунке 1.

Таблица 1

Номинальный ток, А

Номинальное электрическое сопротивление, мкОм

Габаритные размеры, мм, не более

Масса, кг, не более

5

15000,00

100х20х85

0,10

7,5

10000,00

10

7500,00

15

5000,00

20

3750,00

25

3000,00

30

2500,00

40

1875,00

50

1500,00

60

1250,00

110х20х90

0,20

75

1000,00

100

750,00

150

500,00

110х16х90

0,30

200

375,00

130х30х110

0,40

250

300,00

300

250,00

0,60

400

187,50

145х35х110

1,10

500

150,00

600

125,00

145х50х110

1,50

750

100,00

1000

75,00

165х50х120

2,00

1500

50,00

195х50х120

2,80

2000

37,50

195х80х145

3,50

2500

30,00

195х100х145

4,00

Класс точности

0,5

Пределы допускаемой основной приведенной к верхнему пределу измерения погрешности, %

± 0,5

Вариация значений сопротивления шунтов, не должна превышать половины предела допускаемой основной приведенной погрешности, %

0,25

Пределы дополнительной приведённой к верхнему пределу измерения погрешности, вызванные изменением температуры окружающего воздуха на каждые 10 °С от нормальной (20 °С), %

± 0,1

Условия эксплуатации:

—    температура окружающей среды, °С

—    относительная влажность воздуха, кПа

от минус 40 до плюс 50 от 30 до 80

Средняя наработка на отказ, ч, не менее

99000

Средний срок службы, лет, не менее

15

Ссылка на основную публикацию