В статье рассматриваются современные лабораторные средства измерения – электронные токовые шунты, которые применяются в качестве образцовых средств измерений постоянного и переменного тока.
Корнеев С.А. АО «ПриСТ»
Шунты токовые предназначены для расширения пределов измерения тока, измерения тока с повышенной точностью и в качестве ограничителей тока. Лабораторные токовые шунты характеризуются стабильным сопротивлением, низким температурным коэффициентом и широким диапазоном сопротивлений. Современные токовые шунты позволяют проводить измерения в цепях постоянного и переменного тока и обеспечивают широкий частотный диапазон. В настоящее время для прецизионных измерений применяются шунты с диапазоном частот до 100 кГц и точностью, которую ранее не могли обеспечить коммерчески доступные технологии производства шунтов.
Обычно, шунты представляют из себя набор низкоиндуктивных мер сопротивления и обеспечивают заявленную точность при номинальной нагрузке. С помощью лабораторных шунтов точные измерения можно выполнять в один этап. Ранее для этих целей требовались более сложные методы с использованием традиционных эталонов-переносчиков переменного и постоянного тока. Типичная схема определения параметров источников питания с использованием шунтов выглядит следующим образом (рис. 1):
ЛАТР – линейный автотрансформатор V1 – вольтметр напряжения питания. V2 – вольтметр для определения выходного тока источника питания. Rи – мера сопротивления — шунт. RН – нагрузка электронная (реостат).
Электронная нагрузка, которая используется для задания определенного значения тока, не обеспечивает образцовой точности и в качестве образцового средства измерений используется токовый шунт. В этом случае, действительное значение тока в измерительной цепи определяется соотношением: Iизмi=UV2/RИ.
Также как и электронные нагрузки, которые пришли на смену механическим реостатам, электронные шунты представляют из себя набор механических мер сопротивления, размещенных в одном лабораторном приборе, электронно-коммутируемых с измерительной цепью. Электронные шунты имеют индикаторы для отображения результатов измерений или выходы для подключения измерительного оборудования.
Рассмотрим несколько вариантов современных лабораторных шунтов.
АКИП-7501 (рис. 2) выполнен в моноблочном корпусе с 4-я входными терминалами на передней панели для подключения к измерительным шунтам. Два гнезда терминала «CURRENT INPUT» (красный/черный) обеспечивают последовательное подключение выбранного сопротивления измерительного шунта к нагрузке. Подключение может быть выполнено при помощи соединителя типа «банан» (4мм) или винтовой клеммой типа «под зажим». Максимальное допустимое значение протекающего тока указано на передней панели прибора над соответствующим терминалом. Переключатель пределов RANGE при помощи 5 клавиш служит для выбора потенциальных выходных клемм VOLTAGE OUTPUT (пределы падения напряжения) и коммутации к цепи встроенного амперметра (4 1/2 разряда). В этом же поле панели осуществляется выбор режима шунта: АС (при активации загорается сигнальная лампа) /DC (лампа не горит). Текущее значение тока на шунте можно измерить с помощью встроенного цифрового амперметра, имеющего 4 1/2 разряда. Подключение шунтов к потенциальному выходу и встроенному амперметру производится при помощи кнопочного переключателя. При этом не обязательно отключать нагрузку от источника тока при переключении предела, т. к. все шунты изолированы друг от друга.
Что такое ШУНТ | Шунтирующий резистор, конденсатор, диод
АКИП -7501 обеспечивает прецизионную точность. Предел допускаемой основной погрешности шунта по сопротивлению составляет от 0,01 % до 0,02 % (в зависимости от предела) на постоянном токе и 0,1 % на переменном токе (до 400 Гц). Такая точность обеспечивается передачей единицы измерения от Государственных первичных эталонов по поверочной схеме. Данные шунты внесены в Госреестр СИ и рекомендованы к применению в качестве эталонного оборудования.
Следующая модель электронного токового шунта – PCS-71000 (рис. 3) – новая разработка от компании «GOOD WILL INSTRUMENT».
Этот электронный шунт сочетает в себе сразу 3 прибора – многозначную меру сопротивления, амперметр 6 1/2 разряда и вольтметр 6 1/2 разряда. Данный шунт имеет тот же набор прецизионных мер сопротивления, что и его аналог АКИП-7501 – 5 эталонных мер сопротивления 0,001 Ом, 0,01 Ом, 0,1 Ом, 1 Ом, 10 Ом, программно коммутируемых с измерительной цепью. Предел допускаемой основной погрешности шунта по сопротивлению составляет от 0,01 % до 0,02 % на постоянном токе и 0,1 % на переменном токе (до 400 Гц)- аналогично с АКИП-7501. Однако, есть ряд существенных отличий в метрологических и конструктивных параметрах. В отличие от АКИП-7501 шунт PCS-71000 имеет более высокий верхний предел по току 300 А, который разбит на 5 поддиапазонов 300 А, 30 А, 3 А, 300 мА, 30 мА. Диапазоны 3 А, 300 мА, 30 мА имеют один выход, на который программно коммутируются меры сопротивлений. Такое решение, казалось бы, повышает риск выбрать не тот диапазон и вывести прибор из строя, если подать ток, превышающий выбранный предел. Но разработчики предусмотрели ряд защитных функций, которые предотвращают ошибку оператора. Выбор предела по току прибор может осуществлять автоматически, переключая при этом требуемое сопротивление, если ток будет превышать допустимое значение. Высокоамперный выход выведен на заднюю панель. Подключение осуществляется стандартным способом – измерительный провод крепится к клеммам болтовым соединением (рис. 4).
В результате, шунт PCS-71000 получился более компактный, чем АКИП-7501. Разработчики сделали конструкцию ровно в половину 19” стойки. Таким образом, используя опцию монтажа в 19” стойку можно компактно организовать рабочее место поверителя (рис. 5).
PCS-71000 оснащен полнофункциональными высокоразрядными амперметром и вольтметром. Для вольтметра предусмотрены отдельные входы, рассчитанные на напряжение 600 В для сигнала переменной частоты и до 1000 В постоянного напряжения. Индикаторы тока и напряжения имеют 6 1/2 разряда и могут использоваться для проведения комплексного тестирования параметров источников питания.
На рис. 6 представлена типовая схема подключения шунта в режиме тестирования источника питания.
Помимо встроенного амперметра, для проведения прецизионных измерений в PCS-71000 предусмотрен потенциальный выход, аналогично с АКИП-7501. Встроенные вольтметр и амперметр имеют настройки, как и более функциональные средства измерений – универсальные вольтметры. При считывании показаний пользователь может задать число усреднений, выбрать разрядность индикатора, а также настроить скорость отображения результатов измерений на индикаторе.
Также, большим плюсом шунта является наличие интерфейсов дистанционного управления. PCS-71000 имеет интерфейсы USB и GPIB, что позволяет его использовать в автоматизированных измерительных системах.
Все шунты характеризуются коэффициентом мощности. С повышением протекающего через шунт тока, изменяется его номинальное сопротивление. Конструктив и типы используемых компонентов в данных моделях разные, но зависимость изменения сопротивления от мощности в обеих моделях линейная, и не превышает пределов допускаемой основной погрешности шунта по сопротивлению.
Для точных электроизмерений немаловажное значение имеют не только технические характеристики СИ, но и соединительные кабели, как самостоятельный элемент схем коммутации при тестировании. В области электроизмерений подход к конструкции кабельной сборки или перехода должен осуществляться исходя из специфики и условий его применения. Компания «ПриСТ» рекомендует пользоваться измерительными проводами только известных торговых марок, таких как Pomona, США. Американская компания Pomona, имеющая более чем 50-летний опыт в производстве аксессуаров к измерительным приборам учитывает все современные требования к такой продукции, а в производстве использует только высококачественные материалы. Для обеспечения предела диапазона по току до 250 А предлагается опция специального высокостабильного по сопротивлению кабеля (рис. 7).
Электронные токовые шунты АКИП-7501 и PCS-71000 являются новейшими разработками в области точных электроизмерений и обладают всеми достоинствами современных лабораторных средств измерений:
- высокая точность измерений
- компактное исполнение
- универсальность и многофункциональность
- возможность дистанционного управления (PCS-71000)
У нас представлены товары лучших производителей
ПРИСТ предлагает оптимальные решения измерительных задач.
У нас вы можете купить осциллограф, источник питания, генератор сигналов, анализатор спектра, калибратор, мультиметр, токовые клещи, поверить средства измерения или откалибровать их. Также мы поставляем паяльно-ремонтное оборудование, антистатический инструмент, промышленную мебель. Мы имеем прямые контракты с крупнейшими мировыми производителями измерительного оборудования, благодаря этому можем подобрать то оборудование, которое решит Ваши задачи. Имея большой опыт, мы можем рекомендовать продукцию следующих торговых марок:
Как работает шунт
Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.
12 недорогих наборов электроники для самостоятельной сборки и пайки
Моя личная подборка конструкторов с Aliexpress «сделай сам» для пайки от простых за 153 до 2500 рублей. Дочке 5 лет — надо приучать к паяльнику))) — пусть пока хотя-бы смотрит — переходи посмотреть, один светодиодный куб чего только стоит
Условимся считать, что ток у нас постоянный и течет из пункта А в пункт Б. На своем пути он встречает шунт и почти беспрепятственно течет через него, так как сопротивление шунта очень маленькое. Не забываем, что электрический ток характеризуется такими параметрами, как Сила тока и Напряжение. Через шунт электрический ток протекает с какой-то силой ( I ), в зависимости от нагрузки цепи.
Помните Закон Ома для участка электрической цепи? Вот, собственно и он:
Сопротивление шунта у нас всегда постоянно и не меняется, попросту говоря «константа». Падение напряжение на шунте мы можем узнать, замерив вольтметром как на рисунке:
Значит, исходя из формулы
и делаем простой до ужаса вывод: показания на вольтметре будут тем больше, чем бОльшая сила тока будет протекать через шунт.
Так что же это значит? А это значит, что мы спокойно можем рассчитать силу тока, протекающую по проводу АБ ;-). Все гениальное — просто! И самое замечательное знаете что? Нам даже не надо использовать амперметр ;-).
Вот такой принцип действия шунта. И чаще всего этот принцип используется как раз для того, чтобы расширить пределы измерения измерительных приборов.
Виды шунтов
Промышленные амперметры выглядят вот так:
На самом же деле, как бы это странно ни звучало — это вольтметры. Просто их шкала нарисована (проградуирована) уже с расчетом по закону Ома. Короче говоря, показывает напряжение, а счет идет в Амперах ;-).
На одном из них можно увидеть предел измерения даже до 100 Ампер. Как вы думаете, если поставить такой прибор в разрыв электрической цепи и пропустить силу тока, ну скажем, Ампер в 90, выдержит ли тоненький провод измерительной катушки внутри амперметра? Думаю, пойдет белый густой дым). Поэтому такие измерения проводят только через шунты.
А вот, собственно, и промышленные шунты:
Те, которые справа внизу могут пропускать через себя силу тока до килоАмпера и больше.
К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать шунт с амперметром вот по такой схеме:
В некоторых амперметрах этот шунт встраивается прямо в корпус самого прибора.
Измерительные шунты и добавочные резисторы
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.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
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.
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.
Как сделать шунт своими руками
Для изготовления собственного шунта можно использовать следующие материалы:
- Полоса металла (латунь, медь)
- Металлическая проволока (нихром, константан, манганин)
- Канцелярская скрепка
Толщина и ширина заготовки подбирается исходя из требуемой величины сопротивления и максимального измеряемого тока. Чем больше сечение — тем больший ток может протекать через шунт.
Для регулировки величины сопротивления в полосе или проволоке можно делать прорези или изменять длину заготовки. При использовании пружины шунт настраивается поворотом вокруг оси или перемещением точки контакта.
Пошаговая инструкция по изготовлению шунта
- Взять заготовку нужного размера из подходящего материала
- Закрепить заготовку с помощью винтов или припоя на изолирующей пластине
- Подключить амперметр и источник напряжения
- Подавать ток и корректировать сопротивление шунта до необходимого значения
- Зафиксировать положение регулирующих элементов
При изготовлении шунта в домашних условиях следует соблюдать меры электробезопасности и использовать защитные очки и перчатки.
ШУНТ
ШУНТ, а́, ч. Електричне або магнітне відгалуження, яке вмикають паралельно до основного кола, або відгалуження вимірювального приладу (гальванометра, амперметра) для відведення частини електричного струму чи магнітного потоку. Сукупність гальванометра з шунтом являє собою прилад для вимірювання більш значних струмів — амперметр (Курс фізики, III, 1956, 162). Словник української мови: в 11 тт. / АН УРСР. Інститут мовознавства; за ред. І. К. Білодіда. — К.: Наукова думка, 1970—1980.— Т. 11. — С. 565. смотреть
-а, ч. Електричне або магнітне відгалуження (опір, індуктивність), яке вмикають паралельно до основного кола для відведення частини електричного струм. смотреть
ШУНТ
техн. шунт, -та́, узбі́чник — активный шунт — внутренний шунт — ёмкостный шунт — измерительный шунт — индуктивный шунт — калиброванный шунт — комбинированный шунт — магнитный шунт — многопредельный шунт — наружный шунт — отпадной шунт — секционированный шунт — термомагнитный шунт — токовый шунт — эталонный шунт Синонимы: магнитопровод, ответвление, проводник, путь. смотреть
-а, м. Электрическая цепь, включаемая параллельно основному участку электрической цепи измерительного прибора или устройства для ослабления тока в осн. смотреть
Рекомендуемые размеры шин
| Ток через шунт, А | Сечение шины, мм2 |
| 1-10 | 4×1 |
| 10-25 | 10×2 |
| 25-100 | 16×4 |
К типовым неисправностям шунта относятся:
- Обрыв токопроводящей дорожки или перегорание резистивного элемента
- Нарушение контакта в местах присоединения проводников
- Трещины или сколы изолятора
Причинами выхода шунта из строя могут быть как производственный брак, так и неправильная эксплуатация: превышение допустимых токов, высокая температура, механические повреждения.
Поиск и устранение неисправностей шунта
Для диагностики шунта используется прозвонка омметром или измерение сопротивления. При обнаружении дефектов производится замена компонента или его ремонт (перепайка контактов, замена резистивного элемента).
- Использовать защитные очки и перчатки
- Перед подключением убедиться в отсутствии напряжений
- Не превышать допустимые токи и мощности
- Выполнять надежный монтаж и изоляцию токоведущих частей
- Проверять затяжку контактных соединений
Соблюдение этих базовых рекомендаций по технике безопасности позволит избежать поражения электрическим током и выхода шунта из строя при эксплуатации.
