Шунт для амперметра: что это и зачем нужен
Шунт для амперметра - необходимый элемент для расширения диапазона измерений прибора. В этой статье вы узнаете, что такое шунт, как он устроен, какими параметрами характеризуется и как правильно его выбрать или самостоятельно изготовить. Разберем несколько практических кейсов с расчетами и рекомендациями.
Что такое шунт и зачем он нужен
Шунт представляет собой резистор с очень низким сопротивлением, который подключается параллельно к зажимам амперметра. Он нужен для того, чтобы увеличить предел измерения тока амперметром, не меняя его внутренней конструкции.
Принцип работы шунта основан на законе Ома и правила Кирхгофа. При подключении шунта параллельно амперметру, измеряемый ток разветвляется и частично проходит через амперметр, а остальная часть - через шунт. Чем меньше сопротивление шунта, тем больший ток будет проходить через него. По падению напряжения на шунте можно рассчитать величину полного тока в цепи по формуле:
I = Уш / Рш, где
- I - измеряемый ток,
- Уш - падение напряжения на шунте,
- Рш - сопротивление шунта.
Таким образом, шунт позволяет амперметру измерять ток, значительно превышающий его собственный номинальный предел измерения.
Типы шунтов и их характеристики
Существует несколько стандартных типов шунтов, отличающихся диапазоном измеряемых токов, точностью, конструкцией и другими параметрами:
- 75ШСМ - для токов 5-15000 А, погрешность 0,5-1%
- 50ШСМ - для токов 0,5-100 А, погрешность 0,5%
- 10ШС - для токов 10 мА - 10 А, класс 0,2
Важнейшими характеристиками шунта являются:
- Номинальное значение измеряемого тока
- Номинальное падение напряжения (обычно 60 или 75 мВ)
- Класс точности (0,2; 0,5; 1,0 и т.д.)
- Допустимая мощность рассеяния
Материалом для изготовления шунтов служат сплавы с высоким удельным сопротивлением и температурной стабильностью, такие как манганин или константан. Конструктивно шунт выполняется в виде резистивного элемента (пластины, полосы или проволоки) с присоединенными токовыми шинами или зажимами.
Как подобрать шунт для конкретного амперметра
При выборе шунта нужно руководствоваться следующими критериями:
- Номинальный измеряемый ток шунта должен соответствовать требуемому пределу измерения
- Сопротивление шунта рассчитывается исходя из внутреннего сопротивления амперметра
- Класс точности шунта должен быть не ниже класса точности амперметра
Для примера рассмотрим задачу выбора шунта для амперметра модели М367 с внутренним сопротивлением 10 Ом и пределом измерения 1 А. Требуется увеличить диапазон измерения до 20 А. Рассчитаем необходимое сопротивление шунта Рш:
Ia : Иш = Ra : Рш
1 A : 19 A = 10 Ом : Рш
Рш = 10 Ом / 19 = 0,526 Ом
Таким образом, подходящим шунтом будет 75ШСМ 5А с номинальным сопротивлением 0,5 Ом. Для монтажа потребуются медные шины сечением 16x4 мм.
Далее рассмотрим пошаговый процесс изготовления собственного шунта для амперметра.
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.
Пример расчет шунта
Рассмотрим пример расчета шунта для амперметра постоянного тока модели Э514 с внутренним сопротивлением 100 Ом, классом точности 0,5 и диапазоном измерения 10 мА. Необходимо увеличить верхний предел измеряемого тока до 500 мА. Согласно формуле:
Рш = 100 Ом х 0,01 А / (0,5 А - 0,01 А) = 2 Ом
Выбираем ближайшее стандартное значение сопротивления шунта - 2,2 Ом. После установки полученного шунта диапазон амперметра постоянного тока увеличится до требуемых 500 мА.
Потенциометрический шунт
Регулируемый потенциометрический шунт может быть выполнен на основе реохорда или ползункового переменного резистора. Это позволяет более точно подстроить сопротивление под конкретный амперметр постоянного тока.
Для изготовления потенциометрического шунта потребуются:
- Переменный резистор (реохорд)
- Провода для подключения
- Источник напряжения
Последовательность настройки аналогична описанной выше инструкции по созданию обычного шунта.
Выбор сечения токопроводящих шин
При монтаже шунта важно правильно выбрать сечение токопроводящих шин, чтобы избежать их перегрева. Сечение рассчитывается по формуле:
S = I / [j],
где:
- S - площадь поперечного сечения, мм2
- I - измеряемый ток через шунт, А
- [j] - допустимая плотность тока для материала шины, А/мм2
Например, для медной шины и тока 100 А плотность тока составит [j]= 2 A/мм2. Тогда сечение должно быть не менее S = 100 A / 2 A/мм2 = 50 мм2.
Рекомендуемые размеры шин
| Ток через шунт, А | Сечение шины, мм2 |
| 1-10 | 4x1 |
| 10-25 | 10x2 |
| 25-100 | 16x4 |
Возможные неисправности шунта
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).
Правила безопасной работы с шунтами
- 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.