«ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЕЛИЧИНЫТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.

ШУНТЫ И ДОБАВОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ»

Хабаровск 2000

§ 1. Измерение токов

Токи в электрических цепях измеряются при помощи прибо-ров разнообразных систем, называемых амперметрами и гальва-нометрами. Наиболее широко используются приботы трёх систем: магнитоэлектрической, электродинамической и электромагнитной.

При измерении в электрической цепи тока токоизмерители включаются в неё последовательно. Практически амперметр мо-жет :  1) либо находиться в электрической цепи включённым в те-чение всего времени действия этой цепи; либо  2) включаться в электрическую цепь на время измерений и затем удаляться из неё. Все амперметры обладают тем или иным внутренним сопро-тивлением. Включение их в электрическую цепь увеличивает со-противление этой цепи, а следовательно, изменяет в ней ток. От-сюда вытекает следующее требование:  для достижения доста-точно высоких к.п.д. использования электрической энергии в цепи с амперметрами, включёнными постоянно, и для доста-точно точного измерения тока при временном его включении в электрическую цепь сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с сопротивлением электрической цепи.

С целью увеличения цены деления шкалы амперметра (рас-ширения пределов измерения величины тока), внутреннее сопротивление амперметра снижают включением параллельно ему сопротивления, называемого шунтом (шунты включаются, в основном, к токоизмерителям магнитоэлектрической системы.     В этом случае часть измеряемого тока проходит через шунт.

Шунты широко применяются в технике при изготовлении ам-перметров из гальванометров (токоизмерителей магнитоэлектри-ческой системы, имеющих шкалу с известной ценой деления по току и напряжению), при изготовлении многопредельных ам-перметров.

§ 2. Расчёт сопротивления шунта

Проведём расчёт шунта к гальванометру.

Пусть  I_g – предельный ток гальванометра,  I –   предельный ток гальванометра с шунтом (амперметра).

 Через шунт,  включённый параллельно гальванометру при отклонении его стрелки до конца шкалы пройдёт ток (см. РИС.1), равный       

Гальванометр и шунт находятся под одинаковым напряжением

где  R_g – сопротивление гальвано-метра;

        R_ш– сопротивление шунта.

Из уравнения  (2) получаем фо-рмулу для расчёта сопротивления шунта

Решая совместно уравнения  (1)  и  (2), получим формулу для расчёта тока, измеряемого амперметром

Здесь  n – множитель шунта, показывающий во сколько раз изме-няется предел измерения прибора по току по сравнению с преде-лом измерения тока гальванометром:

§ 3. Измерение разностей потенциалов

Разности потенциалов (напряжения) измеряются электроди-намическими, компенсационными, электростатическими и другими методами. Наибольшее распространение в науке и тех-нике, в учебных лабораториях получил электродинамический ме-тод. В этом методе используются вольтметры различных систем – в основном:  магнитоэлектрической, электродинамической и электромагнитной.

В электродинамическом методе разность потенциалов (нап-ряжение) на участке цепи измеряется по тому току, который эту разность потенциалов вызывает в токоизмерителе с известным внутренним сопротивлением, например, в гальванометре, вклю-чённом параллельно этому участку цепи.

Пусть гальванометр  G  с внутренним сопротивлением  R_V  включен параллельно сопротивлению  r  участка цепи между точ-ками  А  и  В,  на котором измеряется напряжение  U_{AB (см. РИС.2). Разность потенциалов  UABсоздаёт в гальванометре ток, равный}

Так как сопротивление  R_V  гальванометра постоянно, то ток в нём прямо пропорционален напря-жению на участке цепи  АВ. Тогда шкалу гальванометра можно про-градуировать в вольтах. Токоизме-ритель со шкалой, проградуированной в вольтах, называется вольтметром.

Практически вольтметр может :  1) либо быть включённым в электрическую цепь в течение всего времени действия этой цепи;  2) либо подключаться к участку цепи на время измерения и затем от него отключаться.

Все вольтметры обладают конечным внутренним сопротив-лением. Подключение вольтметра к участку цепи  АВ (см. РИС.2) уменьшает (шунтирует) сопротивление этого участка, так как к сопротивлению  r  участка  АВ  параллельно подключается внут-реннее сопротивление  R_V  вольтметра. Это приводит к тому, что на участке  АВ  уменьшается падение напряжения. Когда вольтметр подключён к участку цепи постоянно, то его присутст-вие не изменяет параметров цепи. Однако, для достижения достаточно высоких к.п.д. использования электрической энергии в цепи с вольтметрами, включёнными постоянно, их сопротивле-ние желательно иметь достаточно высоким по сравнению с сопротивлением цепи. В случае же временного подключения вольтметра к участку цепи, мы, очевидно, измерим вольтметром напряжение меньшей величины, чем оно было на этом участке до подключения к нему вольтметра. В последнем случае использова-ния вольтметра весьма важно, чтобы при его включении на участке цепи не изменилось заметно падение напряжения.

Для чего нужно добавочное сопротивление

Шунт – простейший преобразователь тока в напряжение. Используется для расширения пределов измерения измерительных приборов по току, прежде всего магнитоэлектрической системы и цифровых..

Шунт характеризуется номинальным значением входного тока шунта I_номи номинальным значением падения напряжения на шунте U_ном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта

Ток через измерительный механизм равен:

где I – измеряемый ток, R_п – сопротивление измерительного механизма прибора (амперметра).

Введем коэффициент шунтирования, равный отношению величины полного тока к величине тока, протекающего через измерительный прибор n = I/I_пр. Тогда для получения величины тока через измерительный механизм в n раз меньше величины тока в основной цепи, сопротивление шунта должно выбираться из условия R_ш = R_п/(n-1),.

Измерительные шунты используются для измерений токов вплоть до 1000-5000А. Шунты для измерения токов до 30 А обычно встраиваются в измерительный прибор (внутренние шунты). Шунты на большие токи выполняются в виде отдельных устройств (внешние шунты).

Для шунтов предусмотрен следующий ряд номинальных напряжений – 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ

Измерительные шунты изготавливаются из манганина (сплав меди марганца и цинка, отличающийся высокой термостабильностью и очень малой термоЭДС) по следующим классам точности – 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5

Для переносных и щитовых приборов изготавливают многопредельные шунты, которые переключаются в ручном или автоматическом режимах. .

Область применения шунтов ограничивается в основном постоянными токами (на переменном токе возникает дополнительная погрешность из-за различной частотной зависимости сопротивлений шунта и прибора) и использование совместно только с магнитоэлектрическими и цифровыми приборами. Существенное большее энергопотребление приборов других систем делает применение шунтов в этих случаях технически сложным и энергозатратным.

Добавочные сопротивленияявляются простейшими измерительными преобразователями напряжения в ток. А поскольку электроизмерительные приборы всех систем, за исключением электростатической, реагируют именно на величину тока, то добавочные сопротивления служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров всех систем, а также других приборов, подключаемых к источнику напряжения – ваттметров, фазометров, счетчиков энергии.

Добавочное сопротивление включается последовательно с прибором и ток I в измерительной цепи прибора (рис. ) равен:

где U – измеряемое напряжение, R_П и R_Д– собственное сопротивление прибора и добавочное сопротивление. Поскольку через добавочное сопротивление и прибор протекает одни и тот же ток, падение напряжения на измерительном приборе будет равно:

Если прибор (вольтметр) имеет предел измерения U_ном то при помощи добавочного сопротивления можно расширить пределы его измерения в n раз если величина добавочного сопротивления удовлетворяет условию:

Добавочные сопротивления, как и шунты, обычно изготавливаются из манганина и используются при напряжениях до 30 кВ. В переносных и щитовых приборах используются многопредельные добавочные сопротивления.

Поскольку величина добавочных сопротивлений должна быть достаточно высокой и, соответственно, длина провода большой, они выполняются в виде катушки намоткой тонкого провода. Намотка добавочных сопротивлений, предназначенных для работы на переменном токе, для минимизации реактивного сопротивления выполняется бифилярной

Применение добавочных сопротивлений способствует также уменьшению температурной погрешности электроизмерительных приборов. Действительно, пусть коэффициенты b_П и b_Д есть температурные коэффициенты сопротивления соответственно измерительного прибора и добавочного сопротивления. Тогда из схемы рис. следует, что общий температурный коэффициента всего вольтметра будет равен:

Температурный коэффициент добавочного сопротивления обычно близок к ну

лю, b_Д »0, следовательно можно считать, что:

Отсюда следует, что поскольку R_П

Дата добавления: 2015-03-31 ; Просмотров: 10418 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

В одной из статей электрическое сопротивление, мы познакомились с новой величиной электрическое сопротивление или сопротивление проводника. Давайте еще раз вспомним, что такое сопротивление проводника.

Сопротивление проводника – это физическая величина, которая характеризует свойство проводника препятствовать проводить электрический ток. Более простыми словами это величина, которая мешает проводить электрический ток.
Условное обозначение сопротивления: R .
Единица измерения сопротивления – это Ом .
Обозначение резистора в электрических схемах:

Если рассуждать логично, то сопротивление проводника, отрицательное качество, так как потребляемый прибор, получает не всю энергию источника питания. Но на практике совсем наоборот. Как бы это было не логично, но практически не одна схема не обходится без элементов, которые обладают разными сопротивлениями. Элементы, которые обладают разными показателями сопротивления называются – Резисторами .

Рези́стор

Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрической цепи, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.

В этой статье, мы рассмотрим, как резистор участвует для снижения напряжения. Когда, я только начал заниматься радиоэлектроникой, мне сказали или где-то вычитал, что резистор понижает напряжение. В голове я себе это представлял так – в зависимости от нужного напряжения, берешь резистор с определенным номиналом и все. В принципе в этом есть доля правды, но все же все зависит от многих показателей замкнутой электрической цепи. Так же собирая цепь, меняя резисторы разных номиналов, не мог уловить на вольтметре сильные изменения напряжения. Конечно тогда, это не объяснимое для меня явления меня расстраивало.

Рассмотрим простую цепь, состоящую из источника питания (ИП), нагрузке в виде лампочки и соединяющих проводников. Лампочка стандартная маленькая – «3.5V 0.26A E10». Номиналы, напряжение – 3,5 В, ток, который должен протекать – 0,26 А. При подключении к ИП с напряжением 3,5 В, на что и рассчитана лампочка, в цепи образуется сила тока 0,26 А. Так же пользуясь законом Ома можно примерно рассчитать сопротивление лампочки.
Сначала вспомним основную формулу – Закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой: I = U/R .
В нашем случае нам нужно найти сопротивление – R.
Переворачиваем формулу R = U / I. (Как удобно формировать формулу, показано в статье Закон Ома)
Подставляем наши данные – 3,5 В / 0,26 А = 13 Ом (округлил) сопротивление лампочки.

Теперь давайте допустим у нас есть такая же лампочка, но нет такого источника питания(ИП), с таким напряжением. Есть только ИП с напряжением в 9 В. Если мы подключим такой источника питания к нашей цепи с лампочкой, то в цепи образуется ток примерно 0,7 А. Что почти в три раза больше номинального значения лампочки (0,26 А). Это скорее всего придет к перегоранию лампочки, лампочка выйдет из строя. Поэтому в наше схему нужно подключить добавочный резистор , как вы уже догадались, он будет забирать часть энергии, часть лишнего напряжения на себя.
Теперь необходимо подсчитать, какой резистор и с каким номиналом нам подойдет. Для этого нужно определить, на какое напряжение нам нужно снизить ИП. Помимо этого, очень важно знать номинальный ток нагрузки, в данном случае лампочки. Давайте распишем данные, который у нас есть.
Uип – 9 В , напряжение источника питания.
Uнаг – 3,5 В , номинальное напряжение лампочки.
Iнаг – 0,26 А , номинальный ток для лампочки.
Формула: Rдоб = (Uип – Uна)/ Iна = (9 – 3,5)/0,26 = 21 Ом (округлил)
И так, для того что бы лампочка не перегорела, нам необходимо подключить добавочный резистор сопротивлением 21 Ом. Что мы и сделаем:

Давайте для понимания, раскидаем что произошло у нас в цепи. Резистор мы подключили в цепь последовательно с нагрузкой, то есть после резистора идет лампочка или наоборот, в данном случае без разницы. При последовательно соединение сила тока для всех нагрузок (для резистора и лампочки) остается одним и тем же. А напряжение тока разделяется на нагрузки в зависимости от их сопротивления. В нашем случае, на нагрузку (Лампочку) падает 3,5 В, на добавочный резистор 5,5 В. Рассмотрим на схеме:

Теперь думаю стало яснее, почему мы использовали такую ( Rдоб = (Uип – Uна)/Iнаг ) формулу для вычисления сопротивления добавочного резистора. Сила тока у нас одинаковая, мы просто нашли сопротивление нагрузки, на которую уйдет наши лишние 5,5 В. Это очень важный момент в законах электрических цепей, поэтому необходимо хорошенько понять и запомнить. В каких еще случаях используют резисторы, рассмотрим при изучениях других радиоэлементов.

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.

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.

Расчет сопротивления шунта амперметра — компания «УСС-Электро»

Шунт это сопротивление, которое подключается параллельно к клеммам амперметра для увеличения диапазона измерения. Добавление шунта параллельно амперметру делит ток I, протекающий в данной цепи, на две составляющие Ia и Iш.

Содержание

Расчет сопротивления шунта амперметра

При электрических измерениях часто необходимо знать силу тока, протекающего в цепи. Это делается с помощью амперметра. Как и другие измерительные приборы, амперметр имеет свой максимальный предел измерения, если этого недостаточно, следует использовать шунтирующий амперметр.

Шунт это резистор, подключенный параллельно к клеммам амперметра для увеличения диапазона измерения. Добавление шунта параллельно амперметру делит ток I, протекающий в цепи, на две составляющие Ia и Iаш.

Согласно закону Кирхгофа мы знаем, что сумма токов, сходящихся на переходе, равна нулю, а значит, ток I является суммой токов Ia и Iаш. Чем меньше сопротивление шунта Rш, тем больше ток Iш, поэтому ток Iа, протекающий через амперметр, меньше. Зная зависимость между сопротивлением амперметра Ra и шунта Rш, можно узнать значение измеряемого тока I, или наоборот, зная ток I, можно рассчитать необходимое сопротивление шунта Rш.

Формула для расчета сопротивления шунта:

Чтобы увеличить диапазон измерения амперметра в n раз, используйте формулу шунта:

Если мы сравним расчеты двух методик друг с другом, то получим соответствие до четырех знаков после запятой, а в некоторых случаях даже до пяти знаков после запятой.

Как рассчитать сопротивление шунта

Для проверки величины тока используется прибор, называемый амперметром. На практике не всегда возможно иметь под рукой измерительный прибор с нужным диапазоном. Как правило, диапазон либо мал, либо велик. Здесь мы покажем, как изменить рабочий диапазон амперметра. Амперметры для больших токов от 20 ампер и выше имеют внешний шунтирующий резистор. Он подключается параллельно с амперметром. На рисунке 1 показана схема амперметра с шунтирующим резистором.

В качестве примера мы будем использовать амперметр М367 со шкалой до 150 ампер, поэтому при таком токе амперметр используется с внешним шунтирующим резистором.

После удаления шунтирующего резистора амперметр становится миллиамперметром с максимальным током 30 мА (это значение будет объяснено позже). Таким образом, используя различные шунтирующие резисторы, можно изготовить амперметр практически с любым диапазоном измерения.

Давайте подробнее рассмотрим существующий счетчик. Из его маркировки можно узнать следующее. Отметка в правом верхнем углу (цифра 1 на фото). Модель измерительной головки M367. Изготовлен на Краснодарском приборном заводе (его можно опознать по ромбу с буквами ЗИП). Год производства: 1973; серийный номер 165266.

Маркировка в левом нижнем углу (цифра 2 на фото). Маркировка слева направо. Прибор предназначен для измерения постоянного тока. Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамой. Напряжение между корпусом и маннитоэлектрической системой не должно превышать 2 кВ. Рабочее положение шкалы прибора – вертикальное. Класс точности прибора в процентах 1,5. ГОСТ8711-60. Измерительная головка предназначена для измерения тока до 150 ампер с использованием внешнего шунтирующего резистора с падением напряжения 75 милливольт.

Это все, что я смог определить по маркировке амперметра. Теперь перейдем к расчетам. Сопротивление шунта определяется по формуле:

Где
Rш – сопротивление шунтирующего резистора;
Rприб – внутреннее сопротивление амперметра;
Iприб – максимальный измеряемый ток амперметра без шунта
Iраб – максимальный измеряемый ток с шунтом (требуемое значение)

Если все данные для расчета доступны, можно начать сам расчет. Для простоты вы можете воспользоваться приведенным ниже онлайн-калькулятором:

В нашем случае из формулы видно, что данных недостаточно. Мы знаем только максимальный измеренный ток с шунтом. То есть то, что мы хотим увидеть при максимальном колебании стрелки амперметра.

Из маркировки на устройстве мы знаем падение напряжения на шунтирующем резисторе. А это уже что-то. Из этого параметра мы знаем, что при подаче на прибор напряжения 0,075 В (75 мВ) стрелка качнется до максимального значения на шкале в 150 ампер. Из этого следует, что максимальный размах стрелки измерительного прибора достигается при подаче напряжения 75 мВ. Кажется, что данных для расчетов все еще недостаточно. Вам необходимо знать сопротивление прибора и ток, при котором стрелка достигает максимального значения без шунтирующего резистора. Затем я предлагаю несколько способов определения необходимых параметров и решения проблемы.

Способ первый. Используя источник питания, найдите максимальное отклонение стрелки по току и напряжению без шунта. В нашем случае мы уже знаем напряжение. Мы не будем его измерять. Мы измеряем ток и смещение указателя. Поскольку у меня не было под рукой блока питания, пришлось использовать сильно разряженную батарейку АА. Ток батареи составлял 12 мА (согласно показаниям мультиметра). При таком токе игла измерительного прибора качнулась до 60 А на циферблате. Затем определите величину деления и рассчитайте общее (максимальное) отклонение стрелки. Поскольку градуировка на циферблате амперметра нанесена равномерно, найти (рассчитать) максимальный ток отклонения стрелки несложно.

Дивидендная стоимость инструмента рассчитывается по формуле:

Где:
x1 – меньшее значение,
x2 – большее значение,
n – количество пауз (интервалов) между значениями

Для простоты можно использовать следующий онлайн-калькулятор:

Расчет показывает, что значение деления стандартной шкальной единицы составляет 5 ампер. При 12 мА стрелка отклонилась до показаний 60А. Поэтому значение деления без шунта составляет 1 мА. Общее число делений равно 30, поэтому максимальное отклонение указателя при токе 150 А без шунта составляет 30 мА.

Затем мы используем закон Ома, чтобы найти сопротивление устройства. 0,075/0,03 = 2,5 Ом.

Расчет:
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2.5*0.03/(10-0.03)=0.00752 Ом для шкалы 10A mah
Rf=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2.5*0.03/(5-0.03)=0.01509 Ом для 5А макс.
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(3-0,03)=0,02525 Ом для 3А макс.

Для простоты вы можете использовать калькулятор сопротивления шунта, доступный в Интернете выше.

Второй вариант. Мы используем точный мультиметр для измерения сопротивления амперметра, а затем применяем закон Ома (зная максимальное напряжение смещения наконечника) для нахождения максимального тока смещения наконечника. Измерения проводились с помощью прецизионного мультиметра Mastech MS8218 и прибора Uni-t UT71E. При измерении сопротивления амперметра значение составило 2,50-2,52 Ом для UT71E и 2,52-2,53 Ом для MS8218.

Формула для расчета текущего размаха стрелки до максимального значения:

Для упрощения расчета максимального тока смещения стрелочного амперметра можно использовать следующий калькулятор:

Затем, как и в первом варианте, рассчитываем сопротивление шунтирующего резистора (калькулятор выше). Для расчета используется среднее значение показаний сопротивления, измеренного обоими мультиметрами, Rpr = 2,52 Ом.

Расчет:
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(10-0,02976)=0,00752 Ом для шкалы 10А макс.
Rf=Rprib*Iprib/(Irab-Iprib)=2,52*0,02976/(5-0,02976)=0,01508 Ом для шкалы 5A макс.
Rf=Rprib*Iprib/(IarabIprib)=2,52*0,02976/(3-0,02976)=0,02524 Ом для 3А макс.

Если сравнить расчеты двух методов друг с другом, то мы получим сходимость данных до четвертого знака после запятой, а в некоторых случаях даже до пяти знаков после запятой.

О тонкостях изготовления шунтирующего резистора я расскажу в статье: Как сделать шунтирующий резистор для амперметра. Самый простой метод отбора.

Шунты обычно изготавливаются из марганца – сплава, сопротивление которого мало изменяется с температурой. Шунты делаются взаимозаменяемыми (рис.2), рассчитаны на определенные токи и имеют определенное падение напряжения при максимальных токах.
ГОСТ определяет диапазон номинальных падений напряжения на шунтах: 10; 15; 30; 50; 60; 75; 300 мВ. Точность шунтов делится на классы: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 (цифра обозначает допустимое отклонение сопротивления от номинала в процентах).
Для изготовления шунта можно использовать металлы или сплавы с более высоким удельным сопротивлением, которые перечислены в таблице.
Самое главное – не устанавливать слишком большой ток, чтобы шунт не нагревался. Диаметр проводника d, обеспечивающий протекание требуемого тока I при заданной плотности j, определяется по формуле:
d = √(1.27-I/j) (2)
Для расчета шунта примем допустимое значение 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 приведенного 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)

Расчет шунта для амперметра.

При разработке силовых электронных устройств часто необходимо измерять постоянные и переменные токи, часто довольно большие. Напомним, что амперметр подключается последовательно с нагрузкой, и через него протекает измеряемый ток (постоянный или переменный – в зависимости от типа амперметра) (рис.1 a). Прямое измерение (с достаточной точностью) обычно ограничивается 5 А (амперметры с классом точности 1,0 или ниже, т.е. дающие погрешность 1%).

Для измерения больших токов параллельно амперметру подключается шунт RS1 (рис.1б), т.е. резистор с калиброванным сопротивлением. По сути, шунт является делителем: большая часть тока проходит через него, а небольшой ток, не превышающий максимально допустимый, всасывается в амперметр. Коэффициент деления шунта N определяется выражением:
N = I/Ip = R_RS+ руб,
где I – измеренный ток;
Ip – ток, протекающий через измерительный амперметр;
R_RS – сопротивление шунта;
Rp – внутреннее сопротивление амперметра.
Если необходимо расширить диапазон измерения амперметра в N раз, т.е. так, чтобы Ir был в N раз меньше измеряемого >I , то R_RS должны быть равны:
R_RS = Rp/(N-1). (1)

Шунты обычно изготавливаются из марганца – сплава с низким температурным сопротивлением. Шунты делаются взаимозаменяемыми (рис.2), рассчитаны на определенные токи и имеют определенное падение напряжения при максимальных значениях тока.
ГОСТ определяет диапазон номинальных падений напряжения на шунтах: 10; 15; 30; 50; 60; 75; 300 мВ. Точность шунтов делится на классы: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 (цифра указывает на допустимое процентное отклонение сопротивления от номинала).
Для изготовления шунта можно использовать металлы или сплавы с более высоким удельным сопротивлением, которые перечислены в таблице.
Очень важно не устанавливать слишком большой ток, чтобы шунт не нагревался. Диаметр проводника d, обеспечивающий протекание необходимого тока I при заданной плотности j, определяется по формуле:
d = √(1.27-I/j) (2)
Для расчета шунта примем допустимое значение 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 приведенного 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, невозможно учесть все ошибки, поэтому изготовленный шунт необходимо отрегулировать. Его длина должна быть немного больше расчетной длины. Желательно, чтобы концы были запрессованы в клеммные наконечники.
Резьбовые соединения нежелательны из-за их нестабильности. Пайка еще менее желательна из-за образования термоэлектрических паров в месте соединения.
Шунт подключается к используемому амперметру, который соединен последовательно с эталонным амперметром. Тщательно обработайте шунт напильником так, чтобы его сопротивление достигло требуемого значения.
При подключении в цепь, провода измеряемой цепи (питающие провода) должны идти к шунту, а от шунта к амперметру идут отдельные (тонкие) провода. Для этого промышленные шунты специально оснащаются двумя парами резьбовых отверстий для винтовых контактов.

Из этого соотношения следует, что

Шунтовое и аддитивное сопротивление – формулы и определения с примерами

Гальванометр – это очень чувствительный электроизмерительный прибор, используемый для измерения малых токов и напряжений.

Значение деления инструмента – это значение наименьшего деления его шкалы.
Простейшие соединения резисторов – последовательное и параллельное.

При последовательном соединении конец одного резистора соединяется с началом другого. В этом случае ток одинаков во всех резисторах:

При параллельном соединении все резисторы подключены одним концом к одному узлу, а другим – к другому. Точки в разветвленной долине, где сходятся не менее трех проводников, называются узлами цепи. Напряжение на каждом резисторе одинаково и равно напряжению в цепи: Ток в цепи равен сумме токов в ветвях: и их проводимости складываются: или

Каждый электроизмерительный прибор, включая амперметр и вольтметр, рассчитан на определенный предел измерения, который не должен быть превышен во избежание повреждения. Однако, расширив диапазон измерения прибора, можно измерить значение, превышающее максимально допустимое для данного прибора.
Для увеличения диапазона измерения амперметра параллельно подключается резистор. Это специально называется шунт. Сопротивление шунта выбирается таким образом, чтобы ток, протекающий через амперметр, не превышал максимально допустимого значения (рис. 110).

Ток в неразветвленной части цепи

где – ток, протекающий через шунт.

Поскольку амперметр и шунт соединены параллельно, падение напряжения на них одинаково:

Из этого уравнения следует, что

Подставляя выражение для тока в уравнение зенитного тока,
получаем

Если измеряемый ток в n раз больше значения амперметра, т.е. к амперметру должен быть подключен шунт сопротивления

Обратите внимание, что если амперметр зашунтирован шунтирующим резистором который позволяет измерять ток в n раз больше, увеличится в n раз.

Поэтому, чтобы значительно увеличить диапазон измерения амперметра, сопротивление шунта намного меньше, чем сопротивление амперметра. (Напомним, что сопротивление амперметра невелико, поэтому его подключение не должно существенно повлиять на величину тока в цепи).

Чтобы увеличить пределы измерения напряжения вольтметром, используйте резистор с сопротивлением который называется повышенная устойчивость (рис. 111).

Тогда измеренное напряжение U в цепи составит:

где – максимальное напряжение, на которое рассчитан вольтметр, – падение напряжения на добавочном резисторе

Поскольку вольтметр и добавочный резистор соединены последовательно, ток, протекающий через них, одинаков:

Учитывая закон Ома для однородной цепи

где – сопротивление вольтметра. В случае, когда мы обнаруживаем, что

Если вы хотите измерить напряжение, в n раз превышающее напряжение, на которое рассчитан вольтметр, т.е. Вам нужно добавить сопротивление к вольтметру.

Подчеркнем, что, как и в случае с шунтовым амперметром, значение деления вольтметра при добавлении дополнительного резистора что позволяет нам измерить в n раз большее напряжение, увеличится в n раз. Для того чтобы значительно расширить диапазон измерений вольтметра, необходимо

При копировании любых материалов с сайта evkova. org активная ссылка на www.evkova.org обязательна.

Сайт создан командой учителей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи.

Сайт написан, поддерживается и управляется командой учителей

Whatsapp и логотип Whatsapp являются торговыми марками корпорации WhatsApp LLC.

Сайт носит информационный характер и ни при каких обстоятельствах не является публичной офертой в понимании ст. 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Анна Евкова не предоставляет никаких услуг.

Мы приводим здесь простую экспериментальную схему, включающую контрольный цифровой амперметр (мультиметр), нагрузку (резистор сопротивлением в несколько Ом или простую лампу накаливания на 6,3 В) и практически неизвестный стрелочный индикатор. Все эти вещи соединены последовательно, в цепь, и подключены к регулируемому (в идеале) источнику питания. Предположим, мы установим его на 10 В и посмотрим, что покажет наш цифровой амперометрический мультиметр.

РАСЧЕТЫ ШУНТОВ

Не знаю, как вы, но я предпочитаю любой цифровой амперметр и вольтметр в лабораторном блоке питания старым добрым стрелочным индикаторам. Ведь при наличии любых коротких импульсов тока цифровой дисплей будет показывать тарабарщину, или даже показания останутся неизменными, если в цепи есть небольшая задержка в обновлении показаний. Точно так же можно проигнорировать короткое замыкание, но стрелка амперметра, когда она вибрирует, сразу покажет, в чем дело.

В целом, лучше использовать индикаторные головки на многих машинах. А блок питания – это тот случай, когда лучше не гнаться за модой на цифровые головки ALS, а просто сделать стрелочный дисплей вольт и ампер. Убедились? Тогда давайте рассчитаем и построим его. Я не буду обременять вас многолинейными формулами, теориями и поправочными коэффициентами для температуры воздуха и цен на нефть. Для этого достаточно простой, проверенной временем технологии практического расчета шунта для любого стрелочного индикатора, даже для неизвестного предела измерения.

Мы собираем эту простую экспериментальную установку из контрольного цифрового амперметра (мультиметра), нагрузки (резистора мощностью несколько ватт для нескольких Ом или простой лампочки для 6,3 В) и самого неизвестного стрелочного индикатора. Все эти вещи соединены последовательно, в цепь, и подключены к регулируемому (в идеале) источнику питания. Давайте установим, скажем, 10 вольт и посмотрим, что покажет наш цифровой мультиметр – амперметр.

Теоретически, он должен показывать 0,5 А. В идеале, для желаемого предела 1 A и игла должна показывать отклонение в половину шкалы. О, вы хотите, чтобы это был амперметр на 2 ампера вместо амперметра на 1 ампер? Нет проблем. Подключаем последовательно с головкой подстроечный резистор R3 (для эксперимента затем измеряем сопротивление и заменяем его фиксированным) на несколько килоОм и уменьшаем его сопротивление так, чтобы стрелка индикатора полностью отклонилась на 2А. Он должен быть предварительно настроен на максимальное сопротивление. Очевидно, что эти 2 усилителя должны быть предварительно настроены на напряжение от источника питания.

Да, мы это сделали. Что, если у нас игла измерительного прибора в обратном направлении показывает при 0,5 А мультиметр показывает только четверть шкалы, а по нужному вам плану полное отклонение стрелки было при 0,1 А? Затем просто увеличьте сопротивление шунта примерно в два раза и посмотрите, что произойдет. И стрелка будет отклоняться дальше, возможно, даже до полной шкалы, если вы угадали номинал резистора. Перегиб? Не заходит ли это слишком далеко? Затем отрегулируйте резистор, пока указатель не окажется там, где он должен быть.

Если вам теперь интересно, как собрать все это вместе в блок питания для тока наведения, вот схема подключения. Шунтируя указатель двумя разными резисторами R1 или R1+R2, можно получить два диапазона измерения тока: в нашем случае 0,1 A или 1 A. Сопротивление этих резисторов является ориентировочным – в процессе настройки и в зависимости от самого микроамперметра их сопротивление может меняться.

Еще проще рассчитать шунт, который преобразует циферблатный датчик в вольтметр. Подключаем последовательно цифровой вольтметр (на схеме не обозначен), головку, триммерный резистор R3 на пределе 200 – 1000 килоом, в любом случае защитный резистор R7 на 10-50 килоом и, конечно же, блок питания. Устанавливаем 10 В на БК (с помощью проверочного мультиметра) и, вращая потенциометр R3, который мы установили на максимальное сопротивление (иначе индикатор сразу сгорит, всегда помните этот момент!), добиваемся того, чтобы стрелка качалась на максимум. Во что превратился наш микроамперметр? Правильно – в вольтметр на 10 вольт. Тот же принцип можно использовать для превращения стрелочного указателя в вольтметр для любого напряжения. После завершения эксперимента измерьте сопротивление генератора и замените его на такое же постоянное.

А вот полная схема вольтметра – амперметра на основе одного стрелочного индикатора. Переключение “вольт – ампер” осуществляется с помощью тумблера. Примечание: переключение в режиме байпаса (0,1-1А) осуществляется не выключателем, а тумблером. Это тумблер, чтобы не было ситуации, когда внутренний рычаг выключателя уже отключился от одного контакта, но еще не подключен к другому. Тогда весь ток нагрузки пойдет через стрелку 100 мкА – она мгновенно взорвется. А деления на шкале можно нанести следующим образом: аккуратно очистите ненужные цифры индикатора лезвием, и напишите на их месте свои значения черной гелевой ручкой.

Рассмотрим пример, в котором все цифры взяты из головы и не имеют справочной достоверности.

Расчет шунта для амперметра

Ниже приведена формула для расчета необходимого сопротивления шунта, подключаемого к амперметру для увеличения шкалы измерения.

• R_А, I_A – сопротивление и ток амперметра
• R_Ш – сопротивление шунта
• I – измеренный ток

Если измеряемый ток значительно превышает максимальный номинальный ток амперметра, это значение можно опустить в приведенной выше формуле из-за его незначительного влияния на результат. И получаем соотношение R_Ш/R_А=I_А/I.

Если измеренный предельный ток должен быть увеличен на коэффициент m, можно использовать следующее соотношение – R_Ш= (m-1)/R_А

Давайте рассмотрим пример, где все цифры взяты из головы и не имеют справочной достоверности.

Задача. Амперметр имеет внутреннее сопротивление 10 Ом и максимальный измерительный ток 1 А. Каким должно быть сопротивление шунта, чтобы можно было измерить ток 100 А. Как она должна быть рассчитана?

Решение. При увеличении шкалы амперметр, как и раньше, будет проводить ток 1А, а шунт – 100-1=99А. Получится, что ток будет делиться 1:99, а сопротивления будут обратно пропорциональны.

Воспользуемся приведенной выше формулой и получим R_Ш=10*1/(100-1)=0,101 Ом.

Как выбрать шунтирующий резистор

1. TI Training home
2. Лаборатория точности TI
3. TI Precision Labs — Усилители
4. Усилители измерения тока
5. Приложения для усилителей измерения тока
6. Как выбрать шунтирующий резистор

Лаборатория TI Precision

МЕНЮ

• Операционные усилители (61)

• Усилители измерения тока (24)

  • Знакомство с усилителями измерения тока (3)

  • Приложения усилителя измерения тока (4)

  • Источники ошибок (10)

  • Отладка (6)

  • Усовершенствованные усилители измерения тока (1)

• Инструментальные усилители (7)

• Компараторы (5)

• Полностью дифференциальные усилители (5)

• Усилители со специальными функциями (4)

Электронная почта

[ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ МУЗЫКИ] Здравствуйте и добро пожаловать в серию TI Precision Lab, посвященную усилителям Current Sense. Меня зовут Раджани Манчуконда, и я инженер по маркетингу продукции для усилителей измерения тока Texas Instruments. В этом видео мы рассмотрим основные факторы, влияющие на выбор шунтирующего резистора, и покажем, как рассчитать максимальное значение шунтирующего резистора для приложения. Мы также кратко коснемся погрешности допуска шунтирующего резистора. Во-первых, давайте определим шунтирующий резистор или R-шунт. Это резистор, через который протекает ток нагрузки в приложении измерения тока. В соответствии с законом Ома дифференциальное напряжение, называемое V-шунтом или V-чувствителем, возникает на шунте R, которое затем измеряется дифференциальным усилителем, таким как усилитель измерения тока. Выбор значения R шунта основан главным образом на двух факторах: требуемой точности при минимальном токе нагрузки и рассеиваемой мощности при максимальном токе нагрузки с соответствующими размерами и стоимостью. Теперь позвольте мне объяснить, как определить минимальную точность тока для приложения измерения тока. Для простоты в этом случае мы будем рассматривать только ошибку смещения усилителя и игнорировать другие источники ошибок, которые будут обсуждаться в следующих видеороликах. Входное напряжение смещения усилителя, или VOS, является основным источником ошибок при малых токах нагрузки и, следовательно, при низких напряжениях считывания. График слева показывает, что ошибка смещения уменьшается по мере увеличения значения V. Чем больше напряжение, развиваемое на шунтирующем резисторе, тем точнее может быть выполнено измерение из-за фиксированного характера VOS. Другими словами, эта фиксированная внутренняя ошибка усилителя приводит к большей неопределенности по мере того, как входной сигнал становится меньше. Давайте рассмотрим это более подробно, используя теоретический усилитель измерения тока с VOS, равным 1 милливольту. Когда Vsense равен VOS при 1 милливольте, неопределенность измерения составляет 100%, как показано на графике и вычислении ошибки смещения. Когда Vsense увеличивается до 10 милливольт, погрешность измерения значительно снижается до 10%. Теперь, когда мы понимаем, что доминирующее ограничение при минимальном токе связано с ошибками VOS, давайте рассмотрим, что происходит при максимальном токе. Слева показан график зависимости рассеиваемой мощности от сопротивления шунта для фиксированного тока нагрузки. Рассеиваемая мощность в шунтирующем резисторе представляет собой произведение напряжения на нем и тока, протекающего через него, или произведение сопротивления шунта n на квадрат тока, протекающего через него. Увеличение значения токового шунтирующего резистора увеличивает дифференциальное напряжение, развиваемое на резисторе, снижая стоимость ошибок VOS. Однако мощность, рассеиваемая на шунтирующем резисторе, также увеличивается, что может вызвать проблемы с нагревом, размерами и стоимостью в реальном приложении. Существует компромисс между максимальной точностью при минимальном токе и минимальным рассеиванием мощности при максимальном токе. Рассмотрим приложение с минимальным током 1 ампер и максимальным током 10 ампер и наш усилитель с ВОС, равным 1 мВ. Красный график показывает изменение ошибки смещения при минимальном токе в зависимости от сопротивления шунта для этого приложения. Синий график показывает изменение рассеиваемой мощности при максимальном токе в зависимости от сопротивления шунта. Здесь мы видим, что увеличение значения шунтирующего резистора повышает точность тока, но также увеличивает рассеиваемую мощность. Уменьшение значения резистора шунта тока снижает требования к рассеиваемой мощности, но увеличивает погрешность измерения. Чтобы найти оптимальное значение для шунтирующего резистора, необходимо учитывать как требования к точности приложения, так и допустимую рассеиваемую мощность при выборе резистора. Продолжим работу с этим примером. Если для этого приложения выбран резистор 5 мОм, рассеиваемая мощность при максимальном токе нагрузки 10 ампер составит около 0,5 Вт, а точность при минимальном токе нагрузки 1 ампер составит 20 %. Если вы хотите повысить точность минимального тока до 15%, то вместо этого можно выбрать шунтирующий резистор около 6,6 мОм. Однако такой выбор обойдется нам примерно в 0,66 Вт рассеиваемой мощности при полной шкале. Более высокие требования к рассеиваемой мощности увеличивают размер и стоимость шунтирующего резистора, как я покажу позже. Так что есть компромисс, который нужно сделать. В этом случае погрешность меньше на 5 % в обмен на увеличение рассеиваемой мощности на 32 % и возможное увеличение размера и стоимости резистора. Разработчик схемы должен определить, что более важно в их приложении. Увеличение шунтирующего резистора дает лучшую точность, но существует верхняя граница значения шунтирующего резистора. Максимальное значение резистора в приложении зависит от следующих факторов: максимальный измеряемый ток нагрузки, полный диапазон выходного сигнала измерительного устройства или полный диапазон входного сигнала циркуляционного контура после устройства, а также коэффициент усиления датчика. устройство. Максимальное значение шунтирующего резистора рассчитывается как отношение полного выходного напряжения усилителя к его коэффициенту усиления и к максимальному току нагрузки. Следует отметить, что полный диапазон выходного сигнала зависит от питания устройства и ограничения его размаха выходного сигнала. До сих пор мы обсуждали ошибку смещения усилителя датчика и то, как она влияет на общую точность системы. Шунтирующие резисторы также не идеальны, и их неидеальность также оказывает значительное влияние на точность системы. Среди неидеальностей шунтирующего резистора его допуск является значительным источником ошибок. Он выражается в процентах и ​​определяется как максимальное отклонение от идеального значения сопротивления. Фактическое сопротивление может варьироваться на величину допуска как в положительном, так и в отрицательном направлении. Например, шунтирующий резистор на 10 мОм с допуском 1% может иметь сопротивление 10 мОм плюс-минус 0,1 мОм. То есть он может варьироваться от 9от 0,9 мОм до 10,1 мОм. В отличие от ошибки смещения усилителя вклад ошибки допуска шунта постоянен во всем диапазоне тока нагрузки. Теперь давайте рассмотрим реальный пример, чтобы лучше понять то, что мы уже обсуждали. В этом примере минимальный ток составляет 100 миллиампер, а максимальный ток — 10 ампер. Мы выбрали INA199 A1 в качестве усилителя измерения тока для этого приложения, максимальное значение VOS которого составляет 150 микровольт. В этом примере для простоты мы будем игнорировать другие источники погрешности усилителя. Коэффициент усиления этого устройства равен 50, а требуемое полное выходное напряжение равно 5 вольтам. Используя уравнения, которые мы ввели ранее, максимальное сопротивление шунта R составляет 10 мОм. Шунтирующий резистор на 10 мОм рассеивает мощность на один вольт при токе 10 ампер, а погрешность из-за смещения при токе 100 мА составляет 15 %. Вклад напряжения смещения в погрешность при максимальном токе составляет 0,15 %, но при полном входе преобладают другие источники погрешности, такие как погрешность усиления усилителя и погрешность допуска шунтирующего резистора. Таким образом, выбирая резистор с допуском 1 % и учитывая максимальную погрешность усиления INA19 1,5 %. 9 A1, общая ошибка при полной шкале составляет около 1,8%. Общая ошибка рассчитывается путем сложения источников ошибок в виде суммы квадратов, что подробно обсуждается в других видеороликах этой серии. Если выбранный шунтирующий резистор имеет допуск более 1,5 %, то в этом случае допуск будет преобладать над погрешностью полной шкалы. Вот таблица, в которой указана цена за единицу для резисторов на 10 мОм, но с разными допусками и номинальной мощностью. Можно отметить, что в целом цена увеличивается с большей мощностью и резисторами большего размера. И выбор более точного резистора с низким допуском также требует более высокой цены и большего места на плате. Таким образом, в этом видео мы определили шунтирующий резистор и определили компромисс между точностью минимального тока и рассеиваемой мощностью при максимальном токе. Затем мы обсудили, как рассчитать максимальное значение шунтирующего резистора для приложения. Наконец, мы кратко коснулись ошибки допуска шунтирующего резистора и ее влияния на точность системы. На этом видео заканчивается. Спасибо за просмотр. Пожалуйста, попробуйте пройти викторину, чтобы проверить свое понимание содержания. Для получения дополнительной информации и видеороликов об усилителях с измерением тока посетите веб-сайт ti.com/currentsense.

Предыдущий Далее

Описание

23 августа 2019 г.

В этом видеоролике рассматриваются основные факторы, влияющие на выбор шунтирующего резистора, и показано, как рассчитать максимальное значение шунтирующего резистора для приложения. Также кратко затрагивается ошибка допуска шунтирующего резистора.

Скачать слайды вебинара

Дополнительная информация

Блог

— СОВЕТ ЭКСПЕРТА № 9: КАК ИСПОЛЬЗОВАТЬ ШУНТЫ ДЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

Переключить навигацию

Поиск

Поиск

Расширенный поиск

Все категорииПриборы и испытательное оборудование- Измерители напряжения- Цифровые мультиметры — Общее- Мультиметры CP- Измерители клещевого типа- Оборудование для измерения сопротивления грунта- Измерители изоляции- Прерыватели- Детекторы выходного дня/Короткие локаторы- Регистраторы данных- Геодезическое оборудование- Катушки, трости и оборудование- Локаторы труб и кабелей — Измерители толщины сухого покрытия — Измеритель толщины материала — Проверка покрытия — Тестер электрода сравнения — Источники питания — Измерители толщины мокрого покрытия — Измерители глубины ямы — Приборы для проверки поверхности и загрязнения — Приборы для измерения температуры и влажности — Приборы для проверки адгезии — Детекторы напряжения — CP БезопасностьКатодная защита-Аноды-Ток под давлением- Аноды (гальванические/жертвенные)- Источники питания CP- Соединительные и соединительные коробки- Испытательные станции и маркеры- Анодная засыпка- Сращивание и герметизация кабелей- Электроды сравнения- Защита от перенапряжения- Защита от перенапряжения- Кабель и крепление кабеля — Дистанционные мониторы- Система защиты от переменного токаПокрытия и изоляционные материалы- Покрытия и ленты- Подготовка поверхности- Защита атмосферы- R Защитные экраны — Изолирующие изделия — Распорки, уплотнения и заполнение трубопроводов — Свиньи для очистки трубопроводов. Услуги по установке катодной защиты — Установка анодов в глубоких скважинах — Удаление анодов в глубоких скважинах — Распределенная или обычная установка — Установка системы смягчения переменного тока — Установка испытательной станции — Установка системы резервуаров для воды — Под резервуаром Монтаж системы- Заполнение обсадных трубКатодная защита Инженерные услуги- Инженерные услуги- Технические услуги- Консалтинговые услугиMeet Morph

Меню

Счет

Опубликовано в: Советы экспертов

Многие специалисты по катодной защите (CP) испытывают трудности с правильным способом чтения и интерпретации измерений или показаний шунта.

Основы

Шунт представляет собой калиброванный резистор известного номинала, последовательно включенный в электрическую цепь. Измеряя напряжение на шунте (математическая формула, используемая для расчета соотношения между током, напряжением и сопротивлением: закон Ома), можно рассчитать величину тока, протекающего в цепи.

Поскольку мы физически не можем видеть вольты, амперы или сопротивление, для демонстрации взаимосвязи используется сравнение с чем-то знакомым, например, с водяной/гидравлической цепью.

Значение	Водяной контур	Электрическая цепь
Давление	Фунтов на квадратный дюйм (PSI)	Напряжение (В)
Поток	галлонов в час (GPH)	Ток (Ампер или Ампер)
Сопротивление потоку	Размер трубы или потери на трение	Сопротивление (Ом)

 

Как в водяных, так и в электрических цепях, три показанных значения цепи можно непосредственно сравнить на предмет причины и следствия.

На примере резервуара для воды слева.

 

При высоком давлении/высоком уровне воды и низком сопротивлении (водяной клапан полностью открыт) мы можем получить большой ток или расход воды.

 

Такое же высокое давление с высоким сопротивлением или потерями на трение (водяной клапан почти закрыт) приведет к меньшему потоку или расходу воды.

 

Меньшее давление (более низкий уровень воды) в любом из предыдущих случаев приведет к соответственно меньшему расходу воды.

 

 

 

Закон Ома определяет следующие электрические фразы и символы как:

• Вольт (В) = электродвижущая сила
• Ампер (I) = Текущий расход
• Ом (R) = Сопротивление протеканию тока со знаком «Омега» ( Ом)

Если какие-либо из указанных выше значений обнаружены в электрической цепи, третье можно рассчитать с помощью закона Ома. Используя символы V, I и R, формула выглядит следующим образом: 

• В= IR или Вольт = Ток x Сопротивление
• I = V/R или ток = Вольт/Ом
• R= V/I или сопротивление = напряжение/ток

Если в электрической цепи встречаются любые два из приведенных выше значений, третье можно рассчитать с помощью закона Ома. Используя символы V, I и R, формула выглядит следующим образом: 

• В = IR или вольты = ток x сопротивление
• I = V/R или ток = Вольт/Ом
• R= V/I или сопротивление = напряжение/ток

Используйте диаграмму справа, чтобы понять формулу: Наведите палец на то, что вы хотите узнать, оставшиеся символы показывают формулу, которую вы будете использовать.

            Пример
Для расчета силы тока в цепи используйте формулу I = V/R

• Измерение напряжения с помощью портативного измерителя = 10,0 вольт
• Сопротивление цепи известно и имеет значение 2,0 Ом (Ом)
• Следовательно, уравнение: 10,0 В/2,0 Ом = 5,0 Ампер

 

Важное примечание. Всегда лучше использовать все целые единицы измерения, т. е. вольты, амперы и омы, а не смешивать значения, т. е. милливольты и амперы, в одном и том же расчете. Для справки:

• Вольт = 1000 милливольт
• Ампер = 1000 миллиампер
• Ом = 1000 мОм

Шунты и их правильное использование

Шунт представляет собой калиброванный резистор с известным номиналом. В катодной защите шунты используются для многих приложений. Некоторые виды использования включают:

• Измерение выходного тока анода (гальванический или импульсный ток)
• Проверка точности амперметров, установленных на панели выпрямителя
• Измерение тока в соединениях сопротивления трубопровода

Основное преимущество наличия шунта в цепи заключается в измерении протекающего тока без отключения цепи для установки переносного амперметра. В некоторых случаях можно использовать клещевые амперметры. Однако большинство из них не могут точно считывать значения силы тока менее 200 миллиампер (0,2 ампера).

Шунты бывают разных размеров и номиналов от менее одного ампера до тысяч ампер с различными значениями сопротивления. При наличии надлежащего шунта в цепи вы можете определить величину протекающего тока с помощью типичного цифрового мультиметра (DMM).

Ниже приведены примеры часто используемых шунтов для катодной защиты:

 

	Холлоуэй, тип «SS», 0,001 Ом, номинальный ток 25 ампер. Этот шунт очень популярен для использования в анодных распределительных коробках с подаваемым током.
	Холлоуэй, тип «RS», 0,01 Ом, номинальный ток 6 ампер. RS используется как в приложениях с подаваемым током, так и в приложениях с гальваническим анодом.
Примечание. Не на всех шунтах указано значение сопротивления. Holloway RS является одним из примеров этого.
	Пять шунтов, показанные слева, обычно используются в выпрямителях CP. Шунт будет подключен к амперметру на передней панели.   Три меньших шунта справа на фотографии обычно встречаются в распределительных коробках анодов или на испытательных станциях CP.
	Шунты слева популярны на постустановленных испытательных станциях. Они имеют цветовую кодировку, отображающую их значение сопротивления. Красный = 0,1 Ом Желтый = 0,01 Ом Оранжевый = 0,001 Ом

 

Примечание. Все шунты будут иметь 4 точки подключения. Два положения для подключения к токовой цепи и два положения для измерения напряжения или значения в милливольтах на шунте.

 

При измерении падения напряжения на шунте для определения тока необходимо знать значение сопротивления шунта и понимать закон Ома. Во всех случаях при измерении значений тока на шунтах следует использовать формулу I = V / R.       

• I = Текущее значение, которое необходимо знать
• В = Падение напряжения на контрольных точках шунта (обычно измеряется в милливольтах)
• R = известное сопротивление шунта в Ом

Примечание. Шунты, используемые в промышленности CP, обычно имеют очень низкие значения сопротивления, например 0,001 Ом, 0,01 Ом и 0,1 Ом.

 

Пример измерения 1 :   Значение сопротивления шунта составляет 0,001 Ом.

• При настройке прибора на милливольты постоянного тока вы измеряете 5,3 милливольта (0,0053 вольта) на шунте.
•  Сопротивление шунта 0,001 Ом
• Следовательно, уравнение 0,0053 / 0,001 = 5,3 Ампера

Преимущество использования этого шунта заключается в том, что значение, которое вы считываете в милливольтах на вашем измерителе, является прямым преобразованием в ампер.

Пример измерения 2: Сопротивление шунта 0,01 Ом

• При настройке прибора на милливольты постоянного тока вы измеряете 5,3 милливольта (0,0053 вольта)
• Сопротивление шунта 0,01 Ом
• Следовательно, уравнение 0,0053 / 0,001 = 0,53 Ампер

Другой способ думать об этом шунте состоит в том, что значение 10 милливольт на вашем счетчике будет равно 1,0 ампер. Таким образом, если ваш измеритель измеряет милливольты, показания будут 5,3, поэтому просто переместите десятичную точку на одну позицию влево, чтобы определить силу тока в амперах.

Важное примечание. В приведенных выше примерах измерения показания счетчика равны 5,3 мВ. Однако фактический ток был в 10 раз меньше. Поэтому технику необходимо знать значение сопротивления шунта.

2 года назад

Поиск в блоге

Последние сообщения

Теги не найдены

Калибровка шунта — ME-Systeme

Нулевой баланс и функциональный тест с шунтирующим резистором

Параллельным подключением резистора Rp к тензодатчику можно добиться определенной расстройки измерительного моста.
Можно использовать для проверки работоспособности.
В качестве альтернативы этот метод можно использовать для настройки выходного сигнала моста Уитстона на 0 мВ. Для этого шунтирующий резистор постоянно вставляется в мостовую схему тензометрического датчика или, как вариант, в соединительные клеммы измерительного усилителя.

Параллельное соединение шунтирующего резистора Rp с одним из четырех мостовых резисторов R приводит к изменению сопротивления ΔR:

ΔR = R · Rp / (R + Rp) — R      (Гл. 1)

Изменено как относительное изменение сопротивления, которое вы получаете:

ΔR/R = — R / (R + Rp)      (гл. 2)

С мостовым уравнением для четверти моста тензодатчика

Ud/Us = 1/4 · (ΔR1/R1)      (гл. 3)

Подстановка уравнения 3 в уравнение 2 дает:

R / (R + Rp) = 4 Ud/Us (гл. 4)

и изменен на Rp:

.

Rp = R · (1/4 · 1/Ud/Us —  1)      (Гл. 5)

С помощью уравнения 5 теперь можно рассчитать требуемое сопротивление шунта для заданной расстройки моста Ud / Us.

Для отрицательного влияния шунтирующего резистора установите его параллельно R1 или параллельно R3.

Для положительного эффекта шунтирующего резистора его располагают параллельно R2 или параллельно R4.

Практическое правило: прибл. Расстройка моста 1 мВ/В на мосту 350 Ом вам потребуется прибл. 100 кОм.

Шунтирующие резисторы для тензорезисторов 350 Ом

R в Омах	Ud/Us в мВ/В	Rp в Омах	∼ Rp в кОм из стандартной серии E12
350	0,5	174650	180
350	1,0	87150	82
350	2,0	43400	47
350	4,0	21525	22

 

Шунтирующие резисторы для тензорезисторов 120 Ом

R в Омах	Ud/Us в мВ/В	Rp в Омах	∼ Rp в кОм из стандартной серии E12
120	0,5	59880	56
120	1,0	29880	27
120	2,0	14880	12
120	4,0	7380	8,2

 

Шунтирующие резисторы для резисторов 350 Ом

R в Омах	Ud/Us в мВ/В	Rp в Ом	∼ Rp в кОм из стандартной серии E12
1000	0,5	499000	470
1000	1,0	249000	270
1000	2,0	124000	120
1000	4,0	61500	68

 

Нелинейность мостовой схемы

При расчете сопротивления шунта в уравнении 5 использовалась линеаризованная форма мостового уравнения:

ΔUd/Us = 1/4 (ΔR1/R1 — ΔR2/R2 + ΔR3/R3 — ΔR4/R4)     (Гл. 6)

или для четвертьмоста только с одним активным тензодатчиком R = R1 = R2 = R3 = R4

ΔUd/Us = 1/4 (ΔR/R)     (гл. 7)

Точное решение для четверти моста:

Ud/Us = 1/4 (ΔR/R) · 1/ (1 + ΔR/2R)      (гл. 8)

Дополнительный член 1 / (1 + ΔR / 2R) учитывает нелинейную составляющую.

или с c = 1/(1 —  2·ΔUd/Us)  и ур. 4 и разрешен в соответствии с Rp:

Rp = R · (1/4 · 1/Ud/Us —  1) · 1/c      (Гл. 9)

Расстройка моста, рассчитанная с помощью линеаризованного уравнения моста, слишком велика с коэффициентом c.

Для линеаризованной расчетной деформации 1000 мкм/м точное значение деформации составляет 999 мкм/м. Погрешность составляет около +1 мкм/м (+0,1%).

При 87150 Ом параллельно тензодатчику 350 Ом расстройка моста составляет 0,998 мВ/В. Это соответствует удлинению 2000 мкм/м с k-фактором 2.

Другая ошибка вызвана дополнительными последовательными резисторами. Это может, например. быть сопротивлением питающих линий, или для стандартной калибровки сигналов датчиков встроены калибровочные резисторы, а для регулировки дрейфа Е-модуля встроены термозависимые никелевые резисторы. Принципиальная схема моста Уитстона с последовательными резисторами показана на следующем рисунке.

 

Мостовая схема с защитным резистором

 

Rv состоит, например, из из 2x 1 Ом линейного сопротивления плюс 2x 20 Ом никелевых резисторов плюс 2x 10 Ом постоянных резисторов = 62 Ом. С учетом дополнительного делителя напряжения, приводящего к уменьшению питающего напряжения Us на мосту Уитстона, получается для мостового уравнения четвертьмоста (при R = R1 = R2 = R3 = R4):

Ud/Us = 1/4 · (ΔR/R) · Rv/(Rv+R) · 1/ (1 + ΔR/2R)    (Гл. 10)

или c = 1/(1 — 2·ΔUd/Us) и ур. 4 и экв. 10 и разрешен в соответствии с Rp:

Rp = R·(1/4·1/Ud/Us··1/c·Rv/(Rv+R)  —  1) ··   (Гл. 11)

Красные компоненты учитывают нелинейность мостовой схемы, синие компоненты учитывают влияние последовательных резисторов.

 

 

 

 

Шунтирующие резисторы Производство тепла | Учебники | Датчики тока | Продукция

Шунтирующие резисторы Теплогенерация

Датчики тока

• Принцип измерения шунтирующих резисторов и механизм тепловыделения
• Воздействие тепловыделения шунтирующих резисторов и меры противодействия рассеиванию тепла
• Методы измерения тока с низким тепловыделением

1. Выделение тепла в шунтирующем резисторе и принцип его действия

Для промышленного оборудования, такого как двигатели и инверторы, мониторинг тока имеет важное значение с точки зрения безопасности, производительности и эффективности. Одним из методов обнаружения тока является шунтирующий резистор. Шунтирующий резистор использует тот же принцип, что и обычный резистор, но предназначен для измерения тока. Как показано на рисунке 1, при подаче измеряемого тока через шунтирующий резистор с известным сопротивлением и измерении напряжения на шунтирующем резисторе значение подаваемого тока может быть рассчитано с использованием закона Ома V=IR. Соедините последовательно часть, ток которой необходимо измерить. Это самый популярный текущий метод обнаружения из-за его простого принципа и простоты использования.

Шунтирующий резистор также выделяет тепло при подаче тока, как и обычный резистор. Теплота сгорания пропорциональна квадрату силы тока и сопротивления в соответствии с законом Джоуля P=I2R.

Рисунок 1. Принцип обнаружения тока шунтирующим резистором

2. Теплотворная способность шунтирующих резисторов

Как уже говорилось, шунтирующий резистор выделяет тепло благодаря своему механизму.
Тогда сколько тепла на самом деле выделяет шунтирующий резистор?
См. рис. 2. Температура поверхности шунтирующего резистора была измерена в условиях, показанных справа. Мы обнаружили, что температура поднялась примерно до 80 ℃ в самой высокой точке. Его приращение температуры составляет 55 ℃.

Поскольку приращение температуры пропорционально теплотворной способности, оно удваивается при удвоении значения сопротивления и учетверяется при удвоении текущего значения. Поэтому шунтирующий резистор не подходит для измерения больших токов. Как правило, считается, что величина тока, который можно использовать, не беспокоясь о тепловыделении, составляет около 10 ампер.

Повышение температуры можно контролировать, уменьшая значение сопротивления шунта при условии, что подается та же сила тока. Однако, если значение сопротивления уменьшается, напряжение (V=IR) на шунтирующем резисторе также уменьшается. Напряжение считывания шунтирующего регистра должно быть на уровне, обеспечивающем достаточное отношение сигнал/шум при последующей обработке сигнала. Поэтому нежелательно уменьшать значение сопротивления только для уменьшения тепловыделения.

Экспериментальные условия

・Сопротивление шунта = 5 мОм 　・Размер = 6432 (6,4 x 3,2 мм)
・Сила тока = 20 А
・Комнатная температура (25°C) при естественном воздушном охлаждении

Рис. 2. Тепловое изображение шунтирующего резистора

3. Влияние тепловыделения

Как уже говорилось, трудно уменьшить тепловыделение за счет снижения значения сопротивления из-за компромисса между тепловыделением шунтирующего резистора и отношением сигнал/шум. Так что же может пойти не так, если шунтирующий резистор будет выделять тепло? Есть две основные проблемы.

1. Увеличение стоимости и увеличение размера деталей

Электронные компоненты, такие как шунтирующие резисторы, могут быть повреждены из-за чрезмерного тепловыделения. По этой причине электронные компоненты имеют рейтинг и должны безопасно использоваться с запасом. Как правило, чем выше рейтинг, тем выше стоимость и больше размер.

Печатные платы (PCB), используемые в промышленном оборудовании, таком как двигатель или инвертор, содержат множество компонентов. В последние годы из-за интеграции на заводах и других факторов эти печатные платы стали меньше по размеру. Другими словами, многие компоненты упакованы на небольшой печатной плате. Следовательно, температура окружающей среды других электронных компонентов повышается из-за тепла, выделяемого шунтирующим резистором. В результате необходимо выбирать другие компоненты с большими параметрами, такими как температура рабочей среды, что увеличивает общую стоимость системы и затрудняет интеграцию/миниатюризацию.

 

2. Увеличение сложности цепей и количества деталей

Значение сопротивления шунтирующего резистора колеблется в зависимости от температуры, а также от нормального сопротивления. Поскольку обнаруженное напряжение пропорционально значению сопротивления шунтирующего резистора, если значение сопротивления изменяется из-за повышения температуры, вызванного выделением тепла, в расчетном значении тока возникает отклонение. Следовательно, для точного определения тока с помощью шунтирующего резистора требуется схема коррекции температуры для компенсации изменения температуры шунтирующего резистора. Это усложняет схему и препятствует миниатюризации за счет увеличения количества деталей.

Таким образом, выделение тепла шунтирующим резистором оказывает существенное влияние на всю систему.

Рисунок 3. Принципиальная схема при использовании шунтирующего резистора

4. Для контроля выделения тепла шунтирующим резистором

Вы обнаружили влияние тепла, выделяемого шунтирующим резистором, на систему и понимаете важность контроля выделения тепла. Тогда как можно контролировать тепловыделение шунтирующего резистора? Чтобы контролировать влияние тепловыделения шунтирующего резистора на систему, тепло может рассеиваться только за пределы системы, поскольку сама теплотворная способность не может быть снижена.

тепловыделение происходит за счет передачи тепла другим веществам и воздуху в результате трех явлений: теплопроводности, конвекции (теплопроводности в воздух) и излучения. Поскольку количество тепла, рассеиваемого излучением, невелико при температуре 100°С и ниже, разработка метода излучения не оказывает большого влияния на тепловыделение шунтирующего резистора. Поэтому мы расскажем, как усилить эффект рассеяния тепла оборудованием за счет использования теплопроводности и конвекции.

1. Улучшение выработки тепла за счет теплопроводности

Существует три способа улучшения выработки тепла за счет теплопроводности.

1-1. Инновации с использованием разводки печатной платы

1-2. Инновации с использованием переходных отверстий на печатной плате

1-3. Нововведения на основе шунтирующих резисторов

1-1. Инновации с использованием разводки печатной платы

Тепло, уходящее от компонента на печатную плату, передается внутри печатной платы за счет «теплопроводности». Так как медная фольга, являющаяся печатным монтажом, обладает высокой теплопроводностью, то чем больше площадь медной фольги, тем больше количество тепла, ушедшего в горизонтальном направлении, и тем больше толщина или количество слоев , соответственно большее количество тепла ушло в вертикальном направлении. В результате можно подавить повышение температуры шунтирующего резистора (см. рис. 3). Однако этот способ создает проблемы, такие как увеличение стоимости единицы площади печатной платы и увеличение размера печатной платы.

Приведенные ниже данные рассчитаны с использованием следующего шунтирующего резистора.

・Значение сопротивления = 5 мОм ・Размер = 5025  (5,0 x 2,5 мм)

Если не указано иное, условия окружающей среды и печатная плата являются следующими・Толщина медной фольги = 70 мкм
・Площадь проводки = 20 мм x 40 мм  ・Количество слоев проводки = 4

Рисунок 4. Изобретательность с разводкой платы

1-2. Инновации с использованием переходных отверстий печатных плат

Изменение количества переходных отверстий и толщины (диаметра) переходных отверстий также изменяет теплопроводность. На рис. 4 показан результат повышения температуры за счет изменения количества переходных отверстий и диаметра. Результат расчета показывает, что количество переходных отверстий велико и чем больше диаметр, тем больше количество тепла уходит. Тепло также можно более эффективно рассеивать, размещая переходные отверстия рядом с шунтирующим резистором или непосредственно под ним. Однако существуют пределы влияния количества и диаметра переходных отверстий. Цена печатной платы также может увеличиваться по мере увеличения количества переходных отверстий.

 

1-3. Инновации на основе шунтирующих резисторов

Некоторые шунтирующие резисторы обладают высокими показателями рассеивания тепла. Такой продукт улучшает характеристики отвода тепла на печатную плату и предотвращает повышение температуры. Они дороже, чем обычные шунтирующие резисторы. Кроме того, поскольку значение сопротивления не снижается, существует ограничение на контроль повышения температуры.

Условия

・Ток = 20 А ・Расстояние между компонентом и переходным отверстием = 2 мм
・Толщина покрытия = 20 мкм

Рисунок 5. Изобретательность с переходными отверстиями на плате

2. Улучшение выработки тепла за счет конвекции

Существует два способа улучшить выработку тепла за счет конвекции.

2-1. С принудительным воздушным охлаждением

2-2. Разработка компонентов рассеивания тепла

2-1. Использование принудительного воздушного охлаждения

Принудительное охлаждение воздуха за счет увеличения скорости ветра с помощью вентилятора и т. д. называется принудительным воздушным охлаждением. Теплоотдача за счет конвекции пропорциональна половине мощности скорости ветра. Следовательно, чем выше скорость ветра, тем больше тепловыделение. (См. рис. 6.)
Однако корпус должен иметь вентиляционное отверстие, чтобы вентилятор рассеивал тепло.
Если имеется вентиляционное отверстие, оно будет восприимчиво к воде и пыли, а рабочая среда будет ограничена. Кроме того, естественно увеличивается стоимость установки вентилятора.

Приведенные ниже данные рассчитаны с использованием следующего шунтирующего резистора.

・Значение сопротивления = 5 мОм ・Размер = 5025 (5,0 x 2,5 мм)

Если не указано иное, условия окружающей среды и печатная плата соответствуют следующим

・Температура окружающей среды = 25°C
・Размер платы = 30 см² ・Толщина медной фольги = 70 мкм
・Площадь проводки = 20 мм x 40 мм  ・Количество слоев проводки = 4

Рис. 6. Изобретательность при использовании принудительного воздушного охлаждения

2-2. Разработка компонентов рассеивания тепла

Характеристики рассеивания тепла можно улучшить, прикрепив компонент рассеивания тепла, называемый радиатором, непосредственно под тепловыделяющей частью или на печатной плате, как показано на рис. 6. Рассеивание тепла за счет конвекции увеличивается за счет увеличения площадь поверхности за счет использования материалов с высокой теплопроводностью. При использовании этого метода новые детали устанавливаются только для отвода тепла, что создает проблемы с точки зрения стоимости и размера.

 

Таким образом, существуют различные меры по рассеиванию тепла. Несмотря на проблемы со стоимостью и размерами, можно понизить температуру системы.

Вы можете смоделировать, сколько тепла можно рассеять, какими мерами. Это называется тепловым проектированием, которое снижает вероятность отказа конструкции за счет предварительного моделирования, чтобы избежать возможных проблем такого рода. Поскольку шунтирующий резистор выделяет большое количество тепла, такой подход к тепловому расчету незаменим.

Рис. 7. Компоненты рассеивания тепла

5. Трудность отвода тепла из-за закрытой системы

Я хотел бы немного подробнее остановиться на типе шунтирующих резисторов, представленных в 1-3 предыдущей главы, и принудительном воздушном охлаждении, представленном в 2-1.

В последние годы на фабриках и других объектах развивается автоматизация, и использование роботов увеличилось. Например, при использовании робота на пищевой фабрике робот должен быть очищен из соображений гигиены и герметизирован для гидроизоляции (в соответствии с Стандарты IP). Однако тепло не может выходить наружу, если он герметичен. Насколько изменится повышение температуры, когда он запечатан в корпусе и когда он охлаждается естественным воздухом в атмосфере?
Давайте посмотрим на резистор с высоким тепловыделением, который имеет более низкий рост температуры, чем обычный шунтирующий резистор при естественном воздушном охлаждении.

Мы сравнили результаты открытой системы и закрытой системы. (См. рис. 8.)
Как показано на диаграмме, даже если повышение температуры в системе открытого воздуха остается низким, после того, как зона будет герметизирована, температура значительно возрастет, поскольку исчезнет зона утечки тепла. Эта тенденция более выражена по мере увеличения силы тока. Даже если характеристики рассеивания тепла улучшаются, температура повышается по мере уплотнения и интеграции, поскольку тепло не может рассеиваться должным образом.
В конце концов, контроль теплотворной способности сам по себе является важным фактором с точки зрения безопасности и стоимости.

Условия эксперимента

・Сопротивление шунта = 5 мОм Номинальная мощность 4 Вт ・Размер = 5025 (5,0 x 2,5 мм)

) было использовано.

・Величина тока = 10, 14, 20 А

Температура этого шунтирующего резистора измеряется в двух средах: одна открытая, а другая закрытая.

Рис. 8. Сравнение повышения температуры между закрытым и разомкнутым состояниями шунтирующего резистора

Датчик тока низкого тепловыделения, «Currentier»

До сих пор мы объясняли шунтирующий резистор, используемый для обнаружения тока, его принцип обнаружения тока, причину тепловыделения, теплотворную способность, влияние тепловыделения и метод. рассеивания тепла.

Как уже говорилось, хотя шунтирующие резисторы просты в принципе и просты в использовании, они выделяют большое количество тепла и требуют мер по отводу тепла, что делает их непригодными для измерения больших токов и закрытых сред. Судя по отзывам клиентов, от 10 до 20А (среднеквадратичное значение) кажется пределом тока для шунтирующих резисторов. Что можно сделать, чтобы легко определять ток, не беспокоясь о выделении тепла в любом приложении?

Одним из методов измерения тока является ИС датчика тока без сердечника с использованием элемента Холла. Поскольку ИС датчика тока без сердечника используют выход элемента Холла, сопротивление первичного проводника уменьшается, поскольку значение сопротивления не связано напрямую с отношением сигнал/шум. «Currentier» от AKM выделяет очень мало тепла среди интегральных схем датчиков тока без сердечника.

На рис. 9 показано тепловое изображение сравнения теплотворной способности шунтового регистра (нормальный тип в разделе 2) и токаря после подачи тока 20 А в течение 10 минут с использованием идентичных печатных плат. Это показывает, что шунтирующий резистор выделяет тепло до ΔT=55°C, тогда как Currentier выделяет тепло до ΔT=3°C.

Рис. 9. Сравнение повышения температуры между шунтирующим резистором (вверху) и токопроводом (внизу)

Величины приращения температуры Currentier также были измерены при 10A, 14A и 20A как для закрытой воздушной системы, так и для открытой воздушной системы. Результаты также сравнивались с результатами для шунтирующих резисторов (типы с высоким тепловыделением в разделе 5). На рис. 10 показаны результаты. Шунтирующий резистор с высоким тепловыделением имеет очень высокий нагрев в запаянном состоянии, но в случае Курьера температура поддерживается на низком уровне, даже если он запаян. Причина этого в том, что резистор Currentier очень мал и составляет «0,27 мОм».

В будущем низкое тепловыделение будет более важным, чем характеристики рассеивания тепла при обнаружении тока в герметичной среде.

Рисунок 10. Сравнение повышения температуры между шунтирующим резистором и резистором Currentier в закрытом и разомкнутом состоянии.

Мы подготовили инструмент моделирования выработки тепла для клиентов, которые хотят проверить выработку тепла способом, аналогичным реальной системе. Введя плату и условия окружающей среды, вы можете сразу рассчитать повышение температуры относительно эффективного тока.
Этот инструмент также может моделировать различные значения сопротивления и сравнивать их с шунтирующим резистором, цементным резистором и т. д. Мы надеемся, что вы найдете его полезным при расчете тепловых характеристик.

Моделируйте сейчас

Помимо низкого тепловыделения Currentier предлагает ряд других преимуществ, помогая клиентам решать их проблемы. Подробнее см. по следующей ссылке.

Решения

Калькулятор сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре

✖Коэффициент качества определяется как отношение начальной энергии, запасенной в резонаторе, к энергии, теряемой в одном радиане цикла колебаний.ⓘ Коэффициент качества [q]			+10% -10%
0017		AttohertzBeats per MinuteCentihertzCycle per SecondDecahertzDecihertzExahertzFemtohertzFrames Per SecondGigahertzHectohertzHertzKilohertzMegahertzMicrohertzMillihertzNanohertzPetahertzPicohertzRevolution per DayRevolution per HourRevolution per MinuteRevolution per SecondTerahertzYottahertzZettahertz	+10% -10%
✖Inductance is the tendency of an electric conductor to oppose a изменение электрического тока, протекающего через него.ⓘ Индуктивность [L]		AbhenryAttohenryCentihenryDecahenryDecihenryEMU of InductanceESU of inductanceExahenryFemtohenryGigahenryHectohenryHenryKilohenryMegahenryMicrohenryMillihenryNanohenryPetahenryPicohenryStathenryTerahenryWeber per Ampere	+10% -10%

✖Сопротивление шунтирующего поля — это устройство, создающее путь с низким сопротивлением для прохождения электрического тока. ⓘ Сопротивление шунта в параллельном резонансном контуре [R ш ]

AbohmEMU сопротивленияESU сопротивленияExaohmGigaohmKilohmMegohmMicrohmMilliohmNanohmOhmPetaomPlanck ImpedanceКвантованное сопротивление ХоллаReciprocal SiemensStatohmVolt per AmperEYottaohmZettaohm

⎘ Копировать

👎

Формула

Перезагрузить

👍

Шунтирующее сопротивление в параллельном резонансном контуре

ШАГ 0: Итоги предварительного расчета

ШАГ 1: Преобразование входных данных в базовые единицы

Коэффициент качества: 5 —> преобразование не требуется
Частота: 90 циклов в секунду —> 90 Гц (проверьте преобразование здесь)
Индуктивность: 5,7 Генри —> 5. 7 Генри Преобразование не требуется

ШАГ 2: Вычисление формулы

ШАГ 3: Преобразование результата в единицу измерения выхода

16108,2 Ом —> Преобразование не требуется

< 10+ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ Калькуляторы

Формула сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре

Сопротивление шунтирующего поля = добротность*(2*3,14*частота*индуктивность)
R _ш = q*(2*3,14*f*L)

Что такое резонансный контур?

Электрическая цепь с очень низким импедансом на определенной частоте. Резонансные контуры часто строятся с использованием катушки индуктивности, например катушки, подключенной параллельно конденсатору.

Как рассчитать сопротивление шунта в параллельном резонансном контуре?

Калькулятор сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре использует Сопротивление шунтирующего поля = добротность * (2 * 3,14 * частота * индуктивность) для расчета сопротивления поля шунта, формула сопротивления шунта в параллельной резонансной цепи определяется как резистор, имеющий очень низкое значение сопротивления. Шунт используется в гальванометре для измерения большого тока. Сопротивление поля шунта обозначается цифрой 9.0731 R _ш символ.

Как рассчитать сопротивление шунта в параллельном резонансном контуре с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для расчета сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре, введите добротность (q) , частоту (f) и индуктивность (L) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре с заданными входными значениями -> 16108,2 = 5 * (2 * 3,14 * 90*5,7) .

Часто задаваемые вопросы

Что такое сопротивление шунта в параллельном резонансном контуре?

Формула сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре определяется как резистор с очень низким значением сопротивления. Шунт используется в гальванометре для измерения больших токов и представляется как R _sh = q*(2* 3,14*ф*л) Сопротивление шунтирующего поля или = добротность*(2*3,14*частота*индуктивность) . Коэффициент качества определяется как отношение начальной энергии, запасенной в резонаторе, к энергии, теряемой в одном радиане цикла колебаний. Частота относится к числу появлений периодического события за время и измеряется в циклах/секунду. Индуктивность Тенденция электрического проводника сопротивляться изменению электрического тока, протекающего по нему.

Как рассчитать сопротивление шунта в параллельном резонансном контуре?

Формула сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре определяется как резистор, имеющий очень низкое значение сопротивления. Шунт используется в гальванометре для измерения большого тока, который рассчитывается с использованием Сопротивление поля шунта = Коэффициент качества*(2*3,14*Частота*Индуктивность) . Для расчета сопротивления шунта в параллельном резонансном контуре вам потребуется добротность (q) , частота (f) и индуктивность (L) . С помощью нашего инструмента вам нужно ввести соответствующее значение для коэффициента качества, частоты и индуктивности и нажать кнопку расчета. Вы также можете выбрать единицы измерения (если есть) для ввода (ов) и вывода.

Поделиться

Скопировано!

Шунты

м Шунты

м Шунты для амперметров полезны для расширения диапазона тока амперметра. Поскольку ток делится между двумя параллельными резисторами, можно увеличить диапазон микроамперметра или миллиамперметра постоянного тока, соединив параллельно дополнительное сопротивление с собственным сопротивлением постоянному току самого измерителя. Это называется измерительным шунтом.

ПОСЛЕДНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ:

ВЫ ЗДЕСЬ: ГЛАВНАЯ  > ТЕСТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ  > ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ШУНТЫ

Что такое шунт счетчика?

Измерительный шунт является полезным средством расширения диапазона тока амперметра. Поскольку ток делится между двумя параллельными резисторами, можно увеличить диапазон микроамперметра или миллиамперметра постоянного тока, соединив параллельно дополнительное сопротивление с собственным сопротивлением постоянному току самого измерителя. Это называется измерительным шунтом.

Свойства счетчиков

Было бы полезно при рассмотрении шунтов счетчиков сначала рассмотреть тему счетчиков, если вы еще этого не сделали.

Расчет шунта счетчика

Типичные диапазоны амперметров, доступные радиолюбителям и любителям электроники, обычно составляют 100 микроампер и 0–1 миллиампер. Очевидно, что существуют и другие диапазоны, особенно когда мы рассматриваем избыточные продажи счетчиков.

Предположим, у нас есть типичный миллиамперметр на 0–1 миллиампер, и мы хотим расширить его полезный диапазон для регистрации тока до 5 ампер для проекта источника питания.

На рисунке 1 представлен типовой щитовой миллиамперметр типа МУ45 (45мм).

Рисунок 1. Амперметр от 0 до 1 мА, требующий шунта

Итак, как сделать так, чтобы счетчик шунтировал от 0–1 мА до 5А? Рассмотрим схему на рисунке 2, которая дает вам некоторое представление о том, о чем мы.

Рисунок 2 – схема амперметра 0–1 мА с измерительным шунтом

Формула для определения сопротивления шунта:

R шунт = R метр / (n — 1)

Где R шунт — сопротивление шунта нашего измерителя, R метр — собственное сопротивление измерителя, а «n» — множитель. В нашем примере множитель «n» равен 5 А, разделенному на 1 мА, или 5/0,001, что, конечно же, равно 5000. Таким образом, (n — 1) должно быть 5000 — 1 = 4,9.99.

В этом упражнении мы предположим, что внутреннее сопротивление измерителя (R-метр) равно точно измеренному  равному 58 Ом.

Теперь, подставив все эти значения в нашу формулу, мы получим сопротивление шунта метра:

R шунт = 58 / (5000 — 1) = 0,0116 Ом

Сопротивление шунта этого измерителя должно безопасно выдерживать ожидаемый максимальный ток, в данном случае 5 ампер.

Довольно полезное значение допустимой нагрузки по току для обычных медных проводов общедоступного типа составляет 250 круговых мил на ампер. Милы в этом контексте — это тысячные доли дюйма, а круговые милы — это просто диаметр проволоки в тысячных долях дюйма в квадрате. Таким образом, 5 ампер потребовали бы что-то в районе 1250 милов, квадратный корень из которых составляет около 35 милов в диаметре или около 0,9мм.

С учетом фактора безопасности мы могли бы посмотреть на AWG № 19, который описан в таблицах проводов как имеющий диаметр 0,912 мм, диаметр 35,9 мил, 1288 окружность. мил и имеет сопротивление 8,21 Ом на 1000 футов (305 метров) при 25 градусах по Цельсию .

Отсюда следует, что если сопротивление 8,21 Ом/1000′, то для получения необходимой длины медного провода №19 используем формулу:

Длина (в футах) = R-шунт / [R-провод / 1000]

Или длина = 0,0116/[8,21/1000] = 1,4129(всегда конвертируйте в метрические, умножая на 305) В этом случае в метрических единицах мы получаем 431 мм медного провода № 19 калибра. Этот отрезок провода должен быть намотан в удобной форме, чтобы выдерживать выделяемое тепло, и желательно с промежутком в один виток (особенно если вы не использовали эмалированный провод).

Имейте в виду, что эти цифры действительны только при 25 C или 77 F.

Профессионалы в области инструментов, конечно, используют другие материалы. Если у вас есть доступ к точному миллиомметру, рассмотрите возможность использования провода от электрических нагревательных приборов, таких как тостеры, кувшины или радиаторы. Имейте в виду, что такой провод имеет разные температурные свойства, т. е. при нагреве сопротивление провода может меняться довольно значительно.

Обратная связь

Чтобы оставить отзыв, комментарии или предложения, используйте эту удобную форму.

Ссылка на эту страницу

НОВИНКА! — Как напрямую перейти на эту страницу

Хотите создать ссылку на мою страницу с вашего сайта? Это не может быть проще. Знание HTML не требуется; даже технофобы могут это сделать. Все, что вам нужно сделать, это скопировать и вставить следующий код. Все ссылки приветствуются; Я искренне благодарю вас за вашу поддержку.

Скопируйте и вставьте следующий код для текстовой ссылки :

<а href="https://www.electronics-tutorials. com/test-equip/meter-shunt.htm" target="_top">посетите страницу VK2TIP Meter Shunt

и должно выглядеть так:
посетите страницу измерительного шунта VK2TIP

 

СВЯЗАННЫЕ ТЕМЫ о шунтах счетчика

метров

Присоединяйтесь к нашей «дискуссионной группе по электронике»

ВЫ ЗДЕСЬ: ГЛАВНАЯ  > ТЕСТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ  > ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ШУНТЫ

автор Ян С. Пурди, VK2TIP сайта www.electronics-tutorials.com заявляет о моральном праве на быть идентифицированным как автор этого веб-сайта и всего его содержимого. Copyright © 2000 — 2001, все права защищены. Смотрите копирование и ссылки. Эти электронные учебные пособия предназначены для индивидуального частного использования, и автор не несет никакой ответственности за применение, использование, неправильное использование любого из этих проектов или учебных пособий по электронике, которые могут привести к прямому или косвенному ущербу или потерям, связанным с этими проектами или учебными пособиями.