Подключение амперметра через шунт. Подбор и расчет устройства

Содержание

Подключение амперметра через шунт. Подбор и расчет устройства

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.

Как подключить амперметр к цепи переменного или постоянного тока

Прежде чем разбираться, как подключить амперметр, нужно знать, что прибор должен иметь небольшое сопротивление. Это необходимо для снижения напряжение для этого измерительного прибора. В идеале, сам прибор должен иметь нулевое, однако сделать это на практике невозможно.

Амперметр включается в цепь только последовательно, в зависимости от вольтметра, который имеет параллельное подключение. Если сделать все таки параллельно, ток пройдет по короткозамкнуттому пути, что повредить сам прибор. В статье будет разобрано, как правильно подключить данный измерительный прибор, а также это будет показано в двух видеороликах и одной лабораторной работе по электротехнике.

Подключение амперметра

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.

Цифровые амперметры: характеристики, виды, принцип работы

Цифровой амперметр (как и любой другой) предназначен для измерения силы тока в электрической цепи. Их включают в цепь, где электрическое поле генерируется источником постоянного или переменного тока последовательно с нагрузкой.

Для безопасного использования амперметра и ради сохранности его устройства необходимо понимать, что любой амперметр рассчитан на определённую силу тока.

Обычно на его корпусе указаны диапазоны, в которых он может работать. Каждому диапазону соответствуют отдельные резисторы, у каждого есть собственное сопротивление. Если включить амперметр в цепь со слишком большим напряжением, резистор может сгореть. В электронике и радиотехнике обычно используются приборы, которые измеряют токи в микроамперах или миллиамперах, реже в амперах.

Шунты для амперметра: подключение, применение и изготовление

Амперметр – прибор, замеряющий силу проходящего в электрической цепи тока, который часто бывает немалым. По закону Ома, чтобы пропустить больший ток, амперметр должен иметь как можно меньшее сопротивление. Решение – включение параллельно прибору шунта, обеспечивающего такое низкое значение сопротивления.

Почему одним прибором нельзя измерять широкий диапазон величин?

Принцип работы любого амперметра (стрелочного или катушечного) основан на переводе измеряемой величины в визуальное ее отображение. Стрелочные системы работают по механическому принципу.

Через обмотку протекает ток определенной величины, заставляя ее отклоняться в поле постоянного магнита. На катушке закреплена стрелка. Остальное – дело техники. Шкала, разметка и прочее.

Зависимость угла отклонения от силы тока на катушке не всегда линейная, это часто компенсируется пружиной особой формы.

Для обеспечения точности измерения, шкала делается по возможности с большим количеством промежуточных делений. В таком случае, для обеспечения широкого предела измерений шкала должна быть огромного размера.

Или же надо иметь в арсенале несколько прибором: амперметр на десятки и сотни ампер, обычный амперметр, миллиамперметр.

В цифровых мультиметрах картина схожая. Чем точнее шкала – тем ниже предел измерения. И наоборот – завышенная величина предела, дает большую погрешность.

Слишком загруженной шкалой пользоваться неудобно. Большое количество положений усложняют конструкцию прибора, и увеличивают вероятность потери контакта.

Применив закон Ома для участка цепи, можно изменить чувствительность прибора, установив шунт для амперметра.

Справка: Шунтом называется обходное сопротивление, проводник, подключенный параллельно измеряемому участку цепи. Часть тока устремляется в обход основного участка, и на подключенный прибор приходится меньшая нагрузка.

Изучение начнем с теории:

Как работает шунт

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

принцип работы шунт

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:

закон Ома

Сопротивление шунта у нас всегда постоянно и не меняется, попросту говоря «константа». Падение напряжение на шунте мы можем узнать, замерив вольтметром как на рисунке:

шунт принцип работы

Значит, исходя из формулы

Шунт

Шунт

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.

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.

Устройство амперметра

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.

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.

Устройство и принцип работы

Внутри цифровой амперметр состоит из нескольких главных функциональных узлов. Это компаратор и преобразователь напряжения, а также резисторы, цифровой процессор и устройство вывода данных на дисплей.

Компаратор выполняет функцию аналогово-цифрового преобразователя, конвертируя аналоговые данные о силе тока в цифровой сигнал. После эти данные отображаются на экране.

У амперметров с таким устройством есть ряд преимуществ перед старыми аналоговыми моделями. У последних, использующих традиционный отсчётный механизм со стрелкой, есть неудобная черта – показывать значение силы тока не сразу, а спустя какое-то время после включения в цепь. Цифровое устройство, напротив, выводит информацию без задержки. Его быстродействие зависит от мощности компьютера, который обрабатывает сигнал.

К плюсам цифровых устройств можно отнести также помехоустойчивость и высокую точность. Поскольку амперметры этого типа сейчас пользуются популярностью и устанавливаются во многих типах сетей, разработаны простые, удобные и универсальные схемы их установки.

Отсутствие необходимости калибровать прибор также является важным достоинством устройств на основе микроконтроллеров. Ведь традиционные стрелочные индикаторы, как и любые устройства механического типа, нуждались в периодической проверке шкалы на точность, настройке и калибровке.

По этой причине современные модели, способные выполнять до 1000 операций в секунду, более удобны в эксплуатации и пользуются спросом.

Но их расширенные возможности имеют свою цену – эти амперметры требуют отдельного питания для электронных микросхем и дисплея, и стоят они дороже, чем аналоговые.

Зачем нужен шунт?

Шунт – это полосковая линия (усиленная дорожка на плате) или отрезок провода с достаточно толстым сечением, низкоомная (менее 1 Ом) катушка или резистор с мощностью от 10 Вт. Он используется, когда, например, амперметр, рассчитанный на ток в 10 А, не может замерить, скажем, 50-амперный ток, потребляемый включёнными в электроцепь источника питания устройствами. На жаргоне электриков это явление называется «на шкале не хватает ампер». А точнее – диапазон замеров по току на этом же амперметре не охватывает такие высокие токи.

Цифровой вольтметр своими руками

> Советы электрика > Цифровой вольтметр своими руками

При работе с различными электронными изделиями возникает потребность измерять режимы или распределение переменных напряжений на отдельных элементах схемы.

Обычные мультиметры, включённые в режиме AC, могут фиксировать лишь большие значения этого параметра с высокой степенью погрешности.

При необходимости снятия небольших по величине показаний желательно иметь милливольтметр переменного тока, позволяющий производить измерения с точностью до милливольта.

Технические характеристики

Цифровые амперметры имеют стандартизированные технические требования. Так, цифровая измерительная головка, используемая в их конструкции, соответствует классу 0,5 точности, то есть имеет максимум относительной погрешности 0,5%. Это относится к универсальным амперметрам и вольтметрам, в конструкцию которых входит компаратор с невысокой чувствительностью, к портативным мини-амперметрам, используемым в цепях с небольшим током. Более точные амперметры имеют порог погрешности до 0,2%.

В качестве АЦП в микроконтроллерах современных амперметров используется высокочувствительный (от 2,2 мк) компаратор. Для амперметров переменного тока рекомендуется использовать компараторы с чувствительностью 3 мк. Устройства постоянного, переменного и импульсного тока (последние, например, применяются при замерах силы тока в цепи электросварки) допускают погрешность в пределах 0,2%.

Расчёт сопротивления шунта

Кроме закона Ома для участка цепи – её разрыва, в который включён амперметр, – в расчёт берётся и формула Кирхгофа. Общий ток, протекающий в месте включения прибора, равен сумме токов, проходящих через сам амперметр и его шунт.

Сопротивление амперметра в разы больше внешнего шунта. Ток, проходящий по внешнему шунту, в эти же несколько раз больше, чем на самом амперметре.

В случае с цифровым прибором, где вместо измерительной головки используется датчик тока и аналого-цифровой преобразователь, распределение токов, составляющих общий ток цепи, не меняется.

Как рассчитать шунт для амперметра?

  1. Расчет шунта для незначительного расширения верхнего предела шкалы амперметра.Сопротивление шунта вычисляется по формуле. Rш = (Rа * Iа)/(I — Iа)Rш – сопротивление, которым должен обладать шунт.Rа – внутреннее сопротивление амперметра без нагрузки. I – предполагаемый ток, при котором стрелка прибора займет максимальное положение в конце шкалы.Iа – ток, при котором стрелка прибора занимает крайнее положение в конце шкалы без применения шунта.Величина сопротивления рассчитывается по формуле в Омах, сила тока в Амперах.
  2. Расчет шунта для амперметра при существенном превышении предела измерений.Сопротивление шунта вычисляется по формуле. Rш = (Rа * Iа)/I

Популярное: Самостоятельное подключение трехфазного двигателя к однофазной сети – сложно, но осуществимо

шунт 75шсм3шунт маркировкаШунтШунтШунтпадение напряжения на шунтепромышленный шунт

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.

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.

Заключение

В завершении отметим, что если у вас нет под рукой амперметра для измерения переменного тока, но есть амперметр постоянного тока, а необходимо здесь и сейчас измерить переменный ток, то вам поможет схема выпрямления, которую просто добавляют в цепь, и при помощи обычного амперметра постоянного тока можно будет измерить переменный ток, без необходимости прибегать к использованию трансформатору тока.

Надеемся, что эта краткая статья помогла вам понять, чем отличается амперметр постоянного тока от амперметра переменного тока, и теперь вы сможете измерить даже переменный ток амперметром постоянного тока, без необходимости покупать токовые клещи. Конечно, для измерения больших токов токовые клещи незаменимы, однако в любительской практике порой необходимы простые и практичные решения.

Более подробно об устройстве амперметра и как его использовать рассказано в материале Лабораторная работа по электрическим измерениям. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

Разновидности

Существует несколько типов и конструкций амперметров на основе цифровых устройств, которые предназначены для разных целей и обладают соответствующими различными возможностями. Амперметры различаются по конструкции – например, в щитовом исполнении и устанавливаемые на DIN-рейку. Также они бывают адаптированы для работы в разных сетях.

Амперметры постоянного тока могут быть использованы, например, для контроля уровня силы тока в бортовой сети автомобиля и в других подобных сетях. Такие устройства обычно предназначены для определения силы тока в цепи с одной фазой, тогда как амперметры для промышленных сетей часто бывают трёхфазными.

Для определения и отображения на экране величины силы тока в трёхфазной сети обычно используются щитовые амперметры или более компактные и удобные модульные приборы, которые монтируются на DIN-рейку (специальный металлический профиль, предназначенный для крепления на нём таких устройств, как автоматический предохранитель или устройство защитного отключения).

У щитовых амперметров обычно имеется защита от вибраций, которые могут создавать помехи при измерении, от температурного воздействия или влаги.

В их конструкции может предусматриваться включение в цепь посредством трансформатора, если сила тока в сети достаточно большая.

Работа шунта на практическом примере

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

шунт 75шсм3

Сзади можно прочитать его маркировку:

шунт маркировка

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:

Шунт

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.

Шунт

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:

схема подключения шунт

Шунт

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

падение напряжения на шунте

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 😉

Шунт

Вспоминаем, что показывал наш блок питания?

Шунт

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:

Схема включения устройства

Амперметр включается последовательно в разрыв цепи. Последний может находиться в любом её месте. Сам прибор показывает, сколько ампер в час потребляет эта цепь. Внешний шунт также включается последовательно в цепь, но в тот же самый разрыв, получается, параллельно самому амперметру.

Определение постоянного и переменного тока

Для постоянного тока не требуется никаких особых схем – есть миллиамперметр, мощный шунт с сопротивлением в сотые и тысячные доли Ома. Они включаются между собой параллельно – и вся установка помещена в разрыв цепи. Для переменного же тока требуется способ с трансформатором тока, включённым по вышеописанной схеме. Чтобы стрелка не колебалась около нуля шкалы с частотой в 50 и более герц, используют диодный выпрямитель. Это один диод или диодный мост. Номинал диода по напряжению должен быть достаточно высок. Таким образом вы избежите электрического пробоя и последующего выхода прибора из строя.

Амперметр на светодиодах своими руками (схема)

Цифровой амперметр на светодиодах – удобный способ отображения информации, при котором имеет значение не только модуль измеряемой величины (что, кстати, значительно удобнее определять не по отклонению стрелочного индикатора, а по величине столбчатой диаграммы, или при помощи мини-дисплея), но и частоту изменения этого параметра.

Описание схемы

Светодиоды не отличаются большой мощностью, но использовать их в слаботочных электрических цепях допустимо и целесообразно. В качестве примера можно рассмотреть схему получения цифрового амперметра для определения силы тока в аккумуляторной батарее автомобиля, при номинальном диапазоне значений в 40…60 мА.

Вариант внешнего вида амперметра на светодиодах в столбик

Количество использованных светодиодов определит пороговое значение тока, при котором в работу будет включаться один из светодиодов. В качестве операционного усилителя можно использовать LM3915, либо подходящий по параметрам микроконтроллер. На вход будет подаваться напряжение через любой низкоомный резистор.

Удобно отражать результаты измерения в виде столбчатой диаграммы, где весь, практически используемый диапазон тока будет разделяться на несколько сегментов по 5…10 мА. Плюсом LED является то, что в схеме можно использовать элементы разного цвета – красного, зелёного, синего и т.д.

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.

Схема подключения шунта и амперметраНо 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.

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.

Но для приблизительной оценки иногда используют распрямлённую канцелярскую скрепку или отрезок провода.

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.

Как сделать шунт для амперметра, какие материалы при этом используются

Фабрично изготовленные шунты рассчитываются под готовые приборы, их параметры учитываются еще при вытягивании проволоки.

При создании учитывается даже расстояние от центра проволоки до мест подключения контактов. Несмотря на массивность конструкции, шунт достаточно точный и чувствительный прибор. На погрешность влияет даже разнесение контактов для прибора и контактов для измеряемой цепи.

Важно! Если шунт предназначен для измерения величин от 10 Ампер и выше – он должен выдерживать высокие токи без перегрева. Поэтому заводские шунты массивные, и с хорошим теплоотводом.

Это низкоомные приборы. Сопротивление измеряется единицами Ом. Поэтому на рабочую величину влияет даже сечение проводника. При точной подгонке свойств шунта, можно делать на шине пропилы, для изменения удельного сопротивления.

Еще один вариант юстировки фабричного шунта – подбор дополнительных сопротивлений. Такой способ часто практикуют доморощенные «Кулибины».

Шунт для амперметра своими руками можно изготовить из любого материала, обладающего низким сопротивлением и хорошей теплопроводностью. Если измеряемые токи не более 10 ампер – воспользуйтесь обычной стальной скрепкой большого размера.

Сталь противостоит влиянию высоких температур, и неплохо паяется (при необходимости стационарного монтажа). Если у вас есть медь – тоже хороший выбор. Только не переусердствуйте при калибровке. Случайно отпиленный для изменения сечения кусок нет смысла паять обратно.

Внимание! Если вы делаете проволочный шунт, не следует мотать из нее спираль.

Индуктивность при протекании больших токов может исказить результат. Лучше применить иной материал, или уложить шунт волнами.

Правила подключения

Для получения правильных результатов измерения силы тока необходимо соблюдать определённые правила включения прибора в цепь и, конечно, технику безопасности. Например, ни в коем случае не подключайте амперметр напрямую к клеммам источника питания. Это вызовет короткое замыкание.

Силу тока всегда измеряют через последовательное подключение, причём в сильноточные сети амперметр включают с шунтом, трансформатором или магнитным усилителем.

Общая инструкция включения амперметра в цепь предусматривает установку правильного предела измерения и подбор соответствующего шунта или трансформатора. Номинал шунта должен соответствовать тому пределу измерения, который был выбран, например, посредством ручного селектора (на переносных моделях) или указан в маркировке прибора. Иначе резисторы амперметра могут перегореть (при превышении предела силы тока).

Перед включением прибора в цепь определите, какой в ней может быть максимальный ток.

Это значение можно рассчитать, например, по мощности потребителя или — как чаще всего делают — по закону Ома, имея в качестве исходных данных напряжение на клеммах источника тока и общее сопротивление цепи.

Затем вам нужно установить режим, в котором будет работать прибор. На моделях переносного типа это легко делается соответствующим ручным селектором, на программируемых модулях – с помощью специальных джамперов-перемычек. Суть в том, что в амперметре должны быть задействованы резисторы, способные выдержать соответствующий предел измеряемой силы тока. После этого вы можете подключить устройство к шунту или трансформатору (если измерение не предусматривает включение амперметра в цепь напрямую).

Здесь следует учесть, что использование шунта неверного номинала приведёт к ошибкам в измерениях.

Некоторые модели цифровых амперметров могут подразумевать какой-либо алгоритм настройки для подключения различных типов трансформаторов.

Следующий шаг – подача питания. С этого момента необходимо соблюдать осторожность при выполнении измерений, не прикасаться к любым незаизолированным частям проводников или микросхемы. После этого вы можете считать показания с дисплея.

В следующем видео представлен обзор цифрового амперметра и рассмотрен принцип его работы.

Градуировка шкалы

Градуировка шкалы гальванометра (не готового амперметра) условная – она зависит от следующих параметров:

  • веса стрелки и катушки с эмальпроводом, увлекающей её за собой;
  • силы магнита (или намагничивающей катушки-статора, если постоянный ферритовый магнит не ставился);
  • жёсткости возвращающей пружины;
  • чёткости работы балансира стрелки.

В зависимости от того, какой прибор собирается на базе гальванометра – амперметр, вольтметр или омметр – градуировка производится согласно шунтам и принципиальной схеме прибора.

Например, чтобы проградуировать прибор при 15 вольтах (напряжение автомобильного генератора) на 15 же ампер, шунт должен иметь сопротивление 1 Ом. Если зарядный ток большой – на 75 А, то ставится мощный шунтирующий элемент на 0,2 Ом. Поправка на сопротивление обмотки гальванометра в этом случае окажется очень малой – само оно минимум в сотни раз выше, чем у шунтового соединения, и погрешность такого амперметра составит 0,2% и ниже. Точный расчёт можно провести и по вышеприведённой формуле, учтя сопротивление обмотки гальванометра. Если речь идёт о больших токах, не менее логично в разрыв цепи последовательно с амперметром включить плавкий или автоматический предохранитель – на случай «зашкаливания» прибора.

О том, как правильно подключить амперметр, смотрите в следующем видео.

Что требуется?

Для изготовления шунта, кроме проволоки, проводов, диэлектрика и крепежа, потребуются следующие приборы.

  • Готовый миллиамперметр. Можно использовать и гальванометр – измерительную головку без внутренних шунтов, резисторов и так далее.
  • Лабораторный блок питания, выдающий требуемый ампераж. Можно воспользоваться и автомобильным аккумулятором, в цепь с которым последовательно включена, например, фара на 100/90 Вт на основе лампы накаливания. Если такой фары нет, можно подключить отрезок нихромовой электроспирали или мощный керамический резистор на десятки ватт. Ни в коем случае не подключайте шунт с прибором «накоротко», без нагрузки.
  • При работе с бытовой осветительной сетью – выпрямительный диодный мост (или одиночные высоковольтные диоды) и дополнительный защитный автомат на 16 А, плавкие предохранители на несколько ампер.

Напряжение подаётся только после правильной сборки цепи.

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.

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.

Полученная деталь подключается параллельно амперметру или гальванометру.

Самодельный шунт

Не всегда под рукой имеются проволочные резисторы таких мизерных сопротивлений, я бы даже сказал чаще их нет. Из положения можно выйти при помощи нихромовой проволоки от вышедших из строя нагревателей, в крайнем случае можно использовать обычный медный провод. Для определения сопротивления куска проволоки понадобится амперметр (прям замкнутый круг) и источник питания с нагрузкой. Амперметр может конечно быть рассчитан на меньшие токи, чем предполагается измерять шунтом.

Например, для измерения сопротивления своего шунта 0,035 Ом я использовал источник напряжения 12 В и галогеновую лампу 12 В 35 Вт. Предварительно оценив, что лампа потребляет 35Вт/12В=2,9А, я использовал амперметр на 5 А. Безусловно, когда мы знаем ток потребления нагрузкой, как в моем случае, амперметром можно и не пользоваться, однако будет большая погрешность в измерениях.

Для измерительного шунта отлично подходит сборный шунт от советского измерительного прибора. Данный шунт имеет несколько отводов и обладает способностью держать большие токи.

Итак, подключаем шунт неизвестного сопротивления в разрыв между источником питания и нагрузкой (лампой). Аналогично, как при измерении тока, включаем параллельно шунту вольтметр. В ситуации с лампой вполне сойдет цифровой вольтметр. Закон Ома здесь применим с той лишь разницей, что теперь нам известен ток и напряжение, а сопротивление нет. Используя ту же формулу, подставляем известные значения: 2,9(ток потребления лампы)=0,1(напряжение на измеряемом шунте)/X(сопротивление неизвестно) — 2,9=0,1/X или данное уравнение можно записать иначе: X=0,1/2,9=0,034 Ома — сопротивление шунта.

Переградуировка прибора

Новую градуировку обновлённого стрелочного амперметра под новый шунт нужно произвести следующим образом.

  1. Снимите переднюю часть корпуса (смотровое окно прибора) вместе со стеклом.
  2. Подключите одну из лампочек известного номинала последовательно с амперметром к батарее или сетевому адаптеру питания. Так, на лампочках накаливания указывается ток в амперах и напряжение в вольтах. Если вы подключаете светодиодную панель или фару, на которой, например, указано напряжение 12 В и мощность в 24 Вт – вашим рабочим током будет 2 А (мощность, делённая на напряжение источника питания).
  3. Отметьте, на какой угол отклонилась стрелка прибора, точкой с числом (в данном случае это 2).
  4. Идеальный вариант – включите параллельно друг с другом одинаковые лампочки или фары, увеличивая их число каждый раз на одну. Так можно «прометить» всю шкалу амперметра. Этот способ хорош для переменного тока – шкала амперметра получается нелинейной за счёт влияния частоты тока и падения части напряжения на диодах. Разметка «на глаз» или с использованием транспортира (или по уже имеющейся «линейке» прибора), как часто делают при постоянном токе, не подойдёт. Лучше перестраховаться и сделать точнее.
  5. Закончив разметку, соберите прибор и проверьте, надёжно ли держится крепление шунта, хорош ли электрический контакт между ним и амперметром. Если габариты амперметра позволяют, шунт часто заливают эпоксидным клеем, а затем получившийся элемент (в виде бруска) приклеивают к задней стенке измерительной головки.

Амперметр с новым шунтом готов к работе. Можно подключить щупы или токовые клещи.

Принципы работы

Принцип работы зависит от типа модификации, а для этого стоит рассмотреть устройство амперметра постоянного тока.


Работа прибора

Основные элементы механической модели:

  • рамка;
  • наконечники;
  • центральная катушка;
  • подключенный сердечник;
  • магнит;
  • пружина.

Если рассматривать магнитоэлектрические модели, они включают следующие элементы:

  • проводник;
  • подпятник;
  • винт;
  • грузики.

Вам это будет интересно Инструменты для разделки кабеля

Принцип работы механических модификаций построен на полярности подключения к цепи. На стрелку оказывается воздействие магнитного поля. Направление грузика зависит от амплитуды импульсов. При возрастании электричества стрелка отклоняется в левую сторону.

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.

Заводские амперметры проходят тщательную поверку, едва сойдя с конвейера. Недочёты учитываются при выпуске приборостроительным заводом следующей партии амперметров. Амперметры, имеющие значительную погрешность, бракуются и направляются на переработку.

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

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий