Шунты измерительные постоянного тока

Измерительные ш унты

Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима шунта , к которым подводится ток I , называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными.

К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный механизм измерительного прибора.

Измерительный ш унт характеризуется номинальным значением входного тока I ном и номинальным значением выходного напряжения U ном . Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта :

R ш= U ном / I ном

Ш унты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

Рис. 1. Схема соединения измерительного механизма с шунтом

На рис. 1 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма измерительного прибора с шунтом R ш. Ток I и протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью

I и = I (R ш / R ш + R и),

где R и — сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы ток I и был в n раз меньше тока I , то сопротивление шунта должно быть:

где n = I / I и — коэффициент шунтирования.

Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до 30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

На рис. 2 показан наружный шунт на 2000 А Он имеет массивные наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Зажимы шунта А и Б — токовые.

Рис 2 Наружный шунт

Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам В и Г, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

Наружные шунты обычно выполняются калиброванными, т е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения.

На рис. 3, а, б показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный шунт состоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в зависимости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 3, а) или путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 3, б).

При работе шунтов с измерительными приборами на переменном токе возникает дополнительная погрешность от изменения частоты, так как сопротивления шунта и измерительного механизма поразному зависят от частоты.

Рис.3. Схемы многопредельных измерительных шунтов: a — шунта с рычажным переключателем, б — шунта с отдельными выводами

Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.

Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток, а на значение тока непосредственно реагируют измерительные механизмы вольтметров.

Добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров различных систем и других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, например, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д.

Добавочный резистор включают последовательно с измерительным механизмом (рис. 4). Ток I и в цепи, состоящий из измерительного механизма с сопротивлением Rи и добавочного резистора с сопротивлением Rд, составит:

где U — измеряемое напряжение.

Если вольтметр имеет предел измерения Uном и сопротивление измерительного механизма Rи и при помощи добавочного резистора Rд надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая постоянство тока I и, протекающего через измерительный механизм вольтметра, можно записать:

U ном / R и = n U ном / (Rи + Rд)

Рис 4. Схема соединения измерительного механизма с добавочным резистором

Добавочные резисторы изготовляются обычно из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока.

Добавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную обмотку для получения безреактивного сопротивления.

При применении добавочных резисторов не только расширяются пределы измерения вольтметров, но и уменьшается их температурная погрешность.

В переносных приборах добавочные резисторы изготовляются секционными на несколько пределов измерения (рис. 5).

Рис. 5. Схема многопредельного вольтметра

Добавочные резисторы бывают внутренние и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и подразделяются на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальный резистор применяется только с тем прибором, который с ним градуировался. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

Читайте также:  Как правильно расклепать заклепку

Калиброванные добавочные резисторы делятся на классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Они выполняются на номинальные токи от 0,5 до 30 мА.

Добавочные резисторы применяются для преобразования напряжений до 30 кВ.

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 практике

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:

Читайте также:  Как выбрать съемник подшипников

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:

Электронные токовые шунты – новейшее слово в лабораторных измерениях

Автор: Корнеев С.А.
Дата публикации: 07.04.2014

Электронные токовые шунты

В статье рассматриваются современные лабораторные средства измерения – электронные токовые шунты, которые применяются в качестве образцовых средств измерений постоянного и переменного тока.

Корнеев С.А. АО «ПриСТ»

Шунты токовые предназначены для расширения пределов измерения тока, измерения тока с повышенной точностью и в качестве ограничителей тока. Лабораторные токовые шунты характеризуются стабильным сопротивлением, низким температурным коэффициентом и широким диапазоном сопротивлений. Современные токовые шунты позволяют проводить измерения в цепях постоянного и переменного тока и обеспечивают широкий частотный диапазон. В настоящее время для прецизионных измерений применяются шунты с диапазоном частот до 100 кГц и точностью, которую ранее не могли обеспечить коммерчески доступные технологии производства шунтов.

Обычно, шунты представляют из себя набор низкоиндуктивных мер сопротивления и обеспечивают заявленную точность при номинальной нагрузке. С помощью лабораторных шунтов точные измерения можно выполнять в один этап. Ранее для этих целей требовались более сложные методы с использованием традиционных эталонов-переносчиков переменного и постоянного тока. Типичная схема определения параметров источников питания с использованием шунтов выглядит следующим образом (рис. 1):

Рисунок 1. Структурная схема определения параметров источника питания

ЛАТР – линейный автотрансформатор V1 – вольтметр напряжения питания. V2 – вольтметр для определения выходного тока источника питания. Rи – мера сопротивления – шунт. RН – нагрузка электронная (реостат).

Электронная нагрузка, которая используется для задания определенного значения тока, не обеспечивает образцовой точности и в качестве образцового средства измерений используется токовый шунт. В этом случае, действительное значение тока в измерительной цепи определяется соотношением: Iизмi=UV2/RИ.

Также как и электронные нагрузки, которые пришли на смену механическим реостатам, электронные шунты представляют из себя набор механических мер сопротивления, размещенных в одном лабораторном приборе, электронно-коммутируемых с измерительной цепью. Электронные шунты имеют индикаторы для отображения результатов измерений или выходы для подключения измерительного оборудования.

Рассмотрим несколько вариантов современных лабораторных шунтов.

АКИП-7501 (рис. 2) выполнен в моноблочном корпусе с 4-я входными терминалами на передней панели для подключения к измерительным шунтам. Два гнезда терминала «CURRENT INPUT» (красный/черный) обеспечивают последовательное подключение выбранного сопротивления измерительного шунта к нагрузке. Подключение может быть выполнено при помощи соединителя типа «банан» (4мм) или винтовой клеммой типа «под зажим». Максимальное допустимое значение протекающего тока указано на передней панели прибора над соответствующим терминалом. Переключатель пределов RANGE при помощи 5 клавиш служит для выбора потенциальных выходных клемм VOLTAGE OUTPUT (пределы падения напряжения) и коммутации к цепи встроенного амперметра (4 1/2 разряда). В этом же поле панели осуществляется выбор режима шунта: АС (при активации загорается сигнальная лампа) /DC (лампа не горит). Текущее значение тока на шунте можно измерить с помощью встроенного цифрового амперметра, имеющего 4 1/2 разряда. Подключение шунтов к потенциальному выходу и встроенному амперметру производится при помощи кнопочного переключателя. При этом не обязательно отключать нагрузку от источника тока при переключении предела, т. к. все шунты изолированы друг от друга.

Рисунок 2. Внешний вид токового шунта АКИП-7501

АКИП -7501 обеспечивает прецизионную точность. Предел допускаемой основной погрешности шунта по сопротивлению составляет от 0,01 % до 0,02 % (в зависимости от предела) на постоянном токе и 0,1 % на переменном токе (до 400 Гц). Такая точность обеспечивается передачей единицы измерения от Государственных первичных эталонов по поверочной схеме. Данные шунты внесены в Госреестр СИ и рекомендованы к применению в качестве эталонного оборудования.

Следующая модель электронного токового шунта – PCS-71000 (рис. 3) – новая разработка от компании «GOOD WILL INSTRUMENT».

Читайте также:  Mini digital multimeter инструкция на русском

Рисунок 3. Внешний вид токового шунта PCS-71000

Этот электронный шунт сочетает в себе сразу 3 прибора – многозначную меру сопротивления, амперметр 6 1/2 разряда и вольтметр 6 1/2 разряда. Данный шунт имеет тот же набор прецизионных мер сопротивления, что и его аналог АКИП-7501 – 5 эталонных мер сопротивления 0,001 Ом, 0,01 Ом, 0,1 Ом, 1 Ом, 10 Ом, программно коммутируемых с измерительной цепью. Предел допускаемой основной погрешности шунта по сопротивлению составляет от 0,01 % до 0,02 % на постоянном токе и 0,1 % на переменном токе (до 400 Гц)- аналогично с АКИП-7501. Однако, есть ряд существенных отличий в метрологических и конструктивных параметрах. В отличие от АКИП-7501 шунт PCS-71000 имеет более высокий верхний предел по току 300 А, который разбит на 5 поддиапазонов 300 А, 30 А, 3 А, 300 мА, 30 мА. Диапазоны 3 А, 300 мА, 30 мА имеют один выход, на который программно коммутируются меры сопротивлений. Такое решение, казалось бы, повышает риск выбрать не тот диапазон и вывести прибор из строя, если подать ток, превышающий выбранный предел. Но разработчики предусмотрели ряд защитных функций, которые предотвращают ошибку оператора. Выбор предела по току прибор может осуществлять автоматически, переключая при этом требуемое сопротивление, если ток будет превышать допустимое значение. Высокоамперный выход выведен на заднюю панель. Подключение осуществляется стандартным способом – измерительный провод крепится к клеммам болтовым соединением (рис. 4).

Рисунок . Схема подключения измерительного высокоамперного измерительного кабеля

В результате, шунт PCS-71000 получился более компактный, чем АКИП-7501. Разработчики сделали конструкцию ровно в половину 19” стойки. Таким образом, используя опцию монтажа в 19” стойку можно компактно организовать рабочее место поверителя (рис. 5).

Рисунок 5. Схема монтажа в 19” стойку: одного прибора (сверху) и двух приборов (снизу)

PCS-71000 оснащен полнофункциональными высокоразрядными амперметром и вольтметром. Для вольтметра предусмотрены отдельные входы, рассчитанные на напряжение 600 В для сигнала переменной частоты и до 1000 В постоянного напряжения. Индикаторы тока и напряжения имеют 6 1/2 разряда и могут использоваться для проведения комплексного тестирования параметров источников питания.

На рис. 6 представлена типовая схема подключения шунта в режиме тестирования источника питания.

  1. Измерение напряжения на клеммах нагрузки
  2. Измерение напряжения на клеммах источника
  3. Измерение тока

Рисунок 6. Схема включения PCS-71000 при тестировании источника питания

Помимо встроенного амперметра, для проведения прецизионных измерений в PCS-71000 предусмотрен потенциальный выход, аналогично с АКИП-7501. Встроенные вольтметр и амперметр имеют настройки, как и более функциональные средства измерений – универсальные вольтметры. При считывании показаний пользователь может задать число усреднений, выбрать разрядность индикатора, а также настроить скорость отображения результатов измерений на индикаторе.

Также, большим плюсом шунта является наличие интерфейсов дистанционного управления. PCS-71000 имеет интерфейсы USB и GPIB, что позволяет его использовать в автоматизированных измерительных системах.

Все шунты характеризуются коэффициентом мощности. С повышением протекающего через шунт тока, изменяется его номинальное сопротивление. Конструктив и типы используемых компонентов в данных моделях разные, но зависимость изменения сопротивления от мощности в обеих моделях линейная, и не превышает пределов допускаемой основной погрешности шунта по сопротивлению.

Для точных электроизмерений немаловажное значение имеют не только технические характеристики СИ, но и соединительные кабели, как самостоятельный элемент схем коммутации при тестировании. В области электроизмерений подход к конструкции кабельной сборки или перехода должен осуществляться исходя из специфики и условий его применения. Компания «ПриСТ» рекомендует пользоваться измерительными проводами только известных торговых марок, таких как Pomona, США. Американская компания Pomona, имеющая более чем 50-летний опыт в производстве аксессуаров к измерительным приборам учитывает все современные требования к такой продукции, а в производстве использует только высококачественные материалы. Для обеспечения предела диапазона по току до 250 А предлагается опция специального высокостабильного по сопротивлению кабеля (рис. 7).

Рисунок 7. Кабель для подключения нагрузки до 250 А производства Pomona (США)

Электронные токовые шунты АКИП-7501 и PCS-71000 являются новейшими разработками в области точных электроизмерений и обладают всеми достоинствами современных лабораторных средств измерений:

  • высокая точность измерений
  • компактное исполнение
  • универсальность и многофункциональность
  • возможность дистанционного управления (PCS-71000)

У нас представлены товары лучших производителей

ПРИСТ предлагает оптимальные решения измерительных задач.

У нас вы можете не только купить осциллограф, источник питания, генератор сигналов, анализатор спектра, калибратор, мультиметр, токовые клещи, но и поверить средство измерения или откалибровать его. Мы имеем прямые контракты с крупнейшими мировыми производителями измерительного оборудования, благодаря этому можем подобрать то оборудование, которое решит Ваши задачи. Имея большой опыт, мы можем рекомендовать продукцию следующих торговых марок:

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector