Ток полного отклонения. Шунт для амперметра: расчет, изготовление и подключение

Как рассчитать шунт для амперметра. Зачем нужен шунт и как его изготовить своими руками. Способы подключения шунта к амперметру. Формулы для расчета сопротивления шунта.

Что такое шунт для амперметра и зачем он нужен

Шунт для амперметра — это низкоомное сопротивление, которое подключается параллельно измерительному механизму прибора для расширения пределов измерения тока. Основные функции шунта:

• Увеличение диапазона измеряемых токов амперметра
• Защита измерительного механизма от перегрузки
• Снижение падения напряжения на амперметре

Без шунта через измерительный механизм амперметра протекает весь измеряемый ток. Шунт позволяет пропустить через прибор только часть тока, а основной ток идет через шунт. Это дает возможность измерять токи, значительно превышающие номинальный ток амперметра.

Как рассчитать сопротивление шунта

Для расчета сопротивления шунта используются следующие формулы:

1. Основная формула:

R_ш = R_a / (n — 1)

где:

• R_ш — сопротивление шунта
• R_a — внутреннее сопротивление амперметра
• n — во сколько раз нужно увеличить предел измерения

2. Через токи:

R_ш = R_a * I_a / (I — I_a)

где:

• I — полный измеряемый ток
• I_a — ток через амперметр

Пример расчета шунта

Рассмотрим пример расчета шунта для амперметра:

Дано:

• Амперметр на 100 мА
• Внутреннее сопротивление R_a = 1 Ом
• Нужно увеличить предел до 10 А

Решение:

1. Определяем n: n = 10 А / 0.1 А = 100
2. Рассчитываем сопротивление шунта: R_ш = 1 / (100 — 1) = 0.0101 Ом

Таким образом, для расширения предела измерения до 10 А необходим шунт сопротивлением 0.0101 Ом.

Способы изготовления шунта своими руками

Существует несколько способов самостоятельного изготовления шунта для амперметра:

1. Из манганиновой проволоки. Манганин обладает малым температурным коэффициентом сопротивления, что обеспечивает стабильность характеристик.
2. Из медной проволоки или шины. Более доступный вариант, но с худшей температурной стабильностью.
3. Из нихромовой проволоки. Подходит для изготовления высокоомных шунтов.
4. С использованием готовых резисторов. Соединяются параллельно для получения нужного сопротивления.

При изготовлении важно обеспечить хороший теплоотвод от шунта, так как через него протекает большой ток.

Схемы подключения шунта к амперметру

Существует два основных способа подключения шунта к амперметру:

1. Внутреннее подключение

Шунт устанавливается внутри корпуса амперметра и подключается параллельно измерительному механизму. Применяется для относительно небольших токов (до 30-50 А).

2. Внешнее подключение

Шунт устанавливается отдельно от амперметра и соединяется с ним проводами. Используется для измерения больших токов (сотни и тысячи ампер). Позволяет снизить нагрев корпуса прибора.

В обоих случаях важно обеспечить надежный контакт между шунтом и токоведущими частями схемы для снижения переходного сопротивления.

Особенности использования шунтов на переменном токе

При использовании шунтов на переменном токе необходимо учитывать следующие факторы:

• Индуктивность шунта может вносить дополнительную погрешность на высоких частотах
• Скин-эффект приводит к увеличению активного сопротивления шунта с ростом частоты
• Емкостные связи между элементами шунта могут искажать результаты измерений

Для минимизации этих эффектов при работе на переменном токе применяют специальные конструкции шунтов с пониженной индуктивностью.

Преимущества и недостатки использования шунтов

Основные преимущества применения шунтов:

• Простой и недорогой способ расширения пределов измерения
• Возможность измерения очень больших токов
• Защита измерительного механизма от перегрузки

Недостатки:

• Снижение чувствительности амперметра
• Возможное влияние на измеряемую цепь из-за падения напряжения на шунте
• Необходимость учета температурной погрешности

Несмотря на недостатки, применение шунтов остается одним из самых распространенных способов расширения пределов измерения амперметров.

Заключение

Использование шунтов позволяет значительно расширить возможности амперметров по измерению больших токов. При правильном расчете и изготовлении шунта можно получить надежный измерительный прибор с широким диапазоном измерений. Важно учитывать особенности применения шунтов на постоянном и переменном токе для обеспечения высокой точности измерений.

2. Ток полного отклонения вольтметра типа д 57 равен 5 mА. Определите полнее входное сопротивление прибора на частоте 50 Hz для трех пределов измерения 15, 300, 600 V.

Решение. Полное входное сопротивление вольтметра определяется по закону Ома:

т.е.

З. Определить показания α_V цифрового вольтметра типа ВК7-10А. если на его вход подано пилообразное напряжение, максимальное значение которого U_m=141 V, частота напряжения f = 50 Нz.

Вольтметр имеет преобразователь средневыпрямленного значения с двух-полупериодной схемой выпрямления, открытый вход, показания програ­дуированы в действующих значениях синусоидального напряжения. Чему равно среднеквадратичное значение U исследуемого напряжения?

Решение.

Рис. 6.1

Период Т исследуемого напряжения

Мгновенное значение напряжения в пределах периода описывается линейной зависимостью

Показания вольтметра с учетом градуировки его шкалы в действующих значениях синусоидального напряжения

где U

СР. В — средневыпрямленное значение напряжения;

1,11 – коэффициент формы для синусоидального напряжения.

Среднеквадратичное значение исследуемого напряжения

Следует обратить внимание на то, что, несмотря на градуировку прибора в действующих значениях, показания не соответствуют дей­ствительному среднеквадратичному значению несинусоидального напря­жения.

Примеры для самостоятельной подготовки

1. Определите входное сопротивление электростатического вольт­метра с верхним пределом 75 V при частотах 50 и 1000 Hz,если входная емкость его равна С_V=30 pF.

Ответ: 106 и 5.3 МΩ.

2. Определите входную емкость измерительного устройства, состоящего из электростатического вольтметра с емкостным делителем, ис­пользуемого для измерения высокого напряжения, если C_V=4 pF; C₁=40 pF; C₂=20 pF. Вольтметр подключен параллельно конденсатору C.

Ответ: 13,75 pF.

3. Определите значение входного сопротивления вольтметра со ступенчатым включением добавочных резисторов на пределах U₁=100 mV, U₂=2,5 V и U₃=10 V, если ток полного отклонения рамки измерительного механизма I₀=50 μA.

Ответ: 2 kΩ; 50 kΩ; 200 kΩ.

4. Изменятся ли показания магнитоэлектрического и электромаг­нитного вольтметров, если фазу первой гармоники приложенного к ним напряжения, изменяющегося по закону сдвинуть на 130º?

Ответ: не изменятся.

5. Определите показания магнитоэлектрического, электромагнит­ного и электродинамического вольтметров, если измеряемое напряже­ние изменяется по закону

Ответ: 3 V; 5 V; 5 V.

6. Определите максимальное значение поданного на вольтметр с открытым входом, имеющий преобразователь среднеквадратичного зна­чения, напряжения треугольной формы, если шкала прибора проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения. Показание вольтметра α

V=100 V.

Ответ: K_a (K_a — коэффициент амплитуды треугольного на­пряжения).

7. Определите показания α_V электромагнитного вольтметра, если на его вход подано напряжение прямоугольной формы «меандр», максимальное значение которого U_m=141V, частота f=50 Hz.

Ответ: 141 V.

Контрольные вопросы

A. 1. Какой погрешностью нормируется класс точности аналогового прибора?

2. В каких значениях переменного напряжения проградуированы шкалы электромагнитных приборов?

3. Какое условное обозначение электромагнитного прибора на шкале?

4. Какое условное обозначение электростатического прибора на шкале?

5. В каких значениях синусоидального напряжения проградуиро­ван применяемый в работе цифровой вольтметр Щ4313?

6. Какой погрешностью нормируется класс точности цифрового прибора?

7. Назовите основные характеристики показывающих приборов.

8. Чему равно предельное значение вариации прибора?

9. Какой физической величиной обычно характеризуют собствен­ное потребление вольтметра?

10. Что является причиной возникновения методической погрешности измерения при подключении вольтметра в схему?

11. Имеются электромагнитный и электронный вольтметры с одина­ковыми пределами измерения. Какой из них имеет большее входное сопротивление?

12. Почему входное сопротивление электронного вольтметра слож­но определить при помощи амперметра?

13. Вольтметры какой системы работают только на постоянном то­ке?

14. Какая погрешность прибора называется основной?

15. Укажите правильное соотношение для основной приведенной погрешности.

16. Укажите правильное соотношение для основной относительной погрешности.

17. На какой отметке шкалы относительная погрешность измерения вольтметром с U_H=150 V будет наименьшей?

18. Что определяет числитель дроби 0,02/0,01, обозначающей основную погрешность прибора?

19. Что определяет знаменатель дроби 0,02/0,01, обозначающей основную погрешность прибора?

Б. 20. Каков частотный диапазон вольтметров выпрямительной системы?

21. Укажите частотный диапазон вольтметров электромагнитной сис­темы.

22. Каков частотный диапазон электронных вольтметров?

23. У вольтметров какой системы, электростатической или выпрямительной, частотный диапазон выше?

24. Каковы причины возникновения частотной погрешности в в вольтметрах электромагнитной системы?

25. Чем ограничивается точность выпрямительных вольтметров?

26. Укажите причины возникновения частотной погрешности в при­борах выпрямительной системы.

27. Укажите причины возникновения температурной погрешности в приборах выпрямительной системы.

28. На какое значение измеряемой величины реагируют магнитоэлектрические приборы с выпрямителями?

29. Как градуируется шкала электромагнитного вольтметра?

30. В каких значениях градуируются шкалы выпрямительных вольт­метров?

31. В каких значениях градуируются шкалы амплитудных вольт­метров для измерений в цепях синусоидальных напряжений?

32. На какое значение измеряемой величины реагируют магнитоэлектрические приборы?

33. Определите показание выпрямительного милливольтметра, имеющего двухполупериодную схему выпрямления, измеряющего напря­жение, сведения о котором даны на рис. 6.2. Шкала прибора проградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения.

34. Определите показание электронного вольтметра с амплитуд­ным детектором с «закрытым» входом, если форма кривой напряжения имеет вид, изображенный на рис. 6.3. Шкала прибора проградуирова­на в амплитудных значениях.

Рис. 6.2 Рис. 6.3

35. Определите коэффициенты формы и амплитуды для напряжения, форма которого приведена на рис. 6.1.

Лабораторная работа № 7

Измерительные преобразователи (ИП) угловых перемещений

Контрольные вопросы

А. 1. Почему магнитопровод ферродинамического ИП выполняется из электротехнической стали, а не из обычной?

2. Для чего магнитопровод ферродинамического ИП выполняется из электротехнической стали, а не из ферромагнитного материала?

3. Как изменяется коэффициент взаимной индукции между подвижной и неподвижной обмотками прео6разователя при увеличении угла отклонения от нейтрального положения?

4. На каком принципе основано действие ферродинамического ИП?

5. При каком значении угла отклонения α_Х подвижной обмот­ки от нейтрального положения α_{0 ЭДС} катушки равна нулю?

6. С какой целью в цепь подвижной катушки ИП последовательно подключают неподвижную катушку, причем обе катушки магнитосвяза­ны с другой неподвижной катушкой, питаемой от источника переменного напряжения?

7. Каким должно быть минимальное значение ЭДС на зажимах неподвижной катушки, включенной в измерительную цепь преобразова­теля, чтобы фаза выходного сигнала оставалась неизменной при любом положении подвижной катушки?

8. Чем, в основном, объясняется нелинейность характеристики ферродинамического ИП?

9. Укажите правильную формулу, при помощи которой определяет­ся приведенная погрешность γ_Н ИП от нелинейности характеристики.

10. Как определяется чувствительность ферродинамического ИП?

11. Как определить коэффициенты взаимной индукции М₁₂ двух встречно (согласно) последовательно подключенньх индуктивностей L₁ и L₂?

12. Укажите условие возникновения автоколебаний в генераторе колебаний звуковых частот, собранном по схеме и с мостом L₁-L₂-R₁-R₂.

13. Чему равна частота f автоколебаний частотного ИП, если сопротивления R₁, R₂ и индуктивности L₁ L₂ равны между собой?

I4. Укажите правильную зависимость между индуктивностью L катушки, числом витков и активной составляющей магнитного сопротивления.

15. Какая зависимость существует между активной составляющей магнитного сопротивления R_M и длиной l_Х воздушного зазора?

16. На рис. 7.2 изображены принципиальные схемы индуктивных датчиков. Как будет изменяться индуктивность катушек в схемах а, б, в при указанных на рисунках перемещениях сердечника?

а) б) в)

Рис. 7.1

17. Чему равна чувствительность идеализированного частотного ИП?

18. Как определить приведенную погрешность γ_Н частотного ИП?

19. Какой из приведенных на рис. 7.1 индуктивных ИП обладает более высокой чувствительностью?

Рис. 7.2

20. Укажите наиболее правильное определение принципа действия индуктивных ИП.

От каких параметров зависит выходная величина ИП — индуктивность или взаимная индуктивность?

Б. 21. Какой метод преобразования использован в рассматриваемой лабораторной работе цифровом ИП?

22. Какой вид имеет число в двоичной системе счисления?

23. Укажите правильную запись числа 18 в двоично-десятичном коде.

24. Укажите правильную запись числа 18 в двоично-десятичном коде с «весами» элементов кода одного разряда 2, 4, 2, 1.

25. Запишите число в коде Грея.

26. Переведите из двоичного кода в код Грея число 01011.

27. Переведите из кода Грея в двоичный код число 01011.

28. Какое число десятичной системы обозначено в коде Грея числом 11001?

29. Запишите число 15 в двоичной системе счисления,

30. Какое число десятичной системы обозначено в коде Грея чис­лом 01001?

Лабораторная работа № 8

Измерение потерь в стали

Контрольные вопросы

1. При каких допущениях начерчена на рис. 6.1 векторная диаграмма для цепи, приведенной на рис. 8.3?

2. Определите допущения, с которыми начерчена векторная диаграмма на рис. 8.2 для схемы, изображенной на рис. 8.3.

Рис. 8.1 Рис. 8.2

3. Чему равны показания ваттметра в схеме рис. 8.3?

Рис. 8.3

4. Что произойдет с показаниями ваттметра, если его обмотку напряжения переключить на напряжение U₁?

5. Укажите формулу, по которой следует рассчитать потери в стали при допущениях, соответствующих диаграмме рис. 8.1.

6. Укажите формулу, по которой следует рассчитать потери в стали при допущениях, соответствующих диаграмме рис. 8.2.

7. Определите коэффициент трансформации намагничивающего ап­парата по данным векторной диаграммы рис. 8.1.

8. Почему при измерении потерь ваттметровым методом регулировку тока в цепи обмотки намагничивания производят при помощи автотрансформатора (либо специального источника напряжения), но не при помощи резисторов с пеpеменным сопротивлением?

9. Определите средневыпрямленное значение ЭДС Е_СР, ин­дуктированной в катушке с числом витков, равным N потоком

10. Какую форму будут иметь величины i₁, e₂, Ф(t) (см. рис. 8.3), если R_OH<<X_OH?

11. Какую форму будут иметь величины i₁, e₂, Ф(t) (см. рис. 8.3), если R_OH>>X_OH?

12. Для определения амплитуды переменного магнитного потока из­меряют среднее значение ЭДС, наводимой в измерительной обмот­ке этим потоком. Какое основное требование при этом предъявляет­ся к приборам-измерителям среднего (средневыпрямленного) значения?

13. Почему ваттметровый метод предполагает использование малоко­синусного ваттметра?

14. Как зависят потери на вихревые токи от частоты?

15. Как зависят потери на гистерезис от частоты?

16. Какую форму будет иметь ток в цепи намагничивающей обмот­ки, если регулировка его будет выполняться резистором с большим сопротивлением?

17. В результате двух опытов, проведенных при частотах f₁ и f₂, определены суммарные потери в стали Р₁ и Р₂. Установите зависи­мость потерь на вихревые токи исследуемого образца от частоты аналитическим методом.

18. В результате двух опытов, проведенных при частотах f₁ и f₂, определены суммарные потери в стали Р₁ и Р₂. Установите аналити­ческим методом зависимость потерь на гистерезис от частоты для данного образца.

19. Показания ваттметра в схеме рис. 8.3 будут равны . Рассматривая диаграмму рис. 8.1, можно написать

Полагая, что и зная уравнение потерь в стали , выведите формулу

20. При каком условии напряжение U_c на конденсаторе С (см. рис. 8.4) будет пропорционально индукции В в материале сердечника?

Рис. 8.4

21. Покажите, что напряжение U_R1 (рис 8.4) пропорционально напряженности Н магнитного поля.

Б. 22. Определите масштаб развертки напряжения на экране осциллографа, если на его вход подано постоянное напряжение U, а на экране наблюдается световая полоса длиной l.

23. Изобразите 2-3 мгновенных значения тока при заданных за­висимости Ф (i) и потоке .

Рис. 8.5

24. Изобразите 2-3 точки зависимости потока Ф (t) от време­ни при заданных зависимостях Ф(i) и i(t).

Рис. 8.6.

25. Будут ли отличаться гистерезисные циклы, полученные при воздействии на один и тот же образец а) переменным и б) пос­тоянным током одинаковых значений?

26. В каком режиме динамическая петля шире — в режиме синусои­дальной индукции или в режиме синусоидальной напряженности (при одинаковых значениях В_m)?

27. Почему для расчета амплитудного значения напряженности магнитного поля нельзя использовать показания амперметра, включенного в цепь намагничивающей обмотки?

28. Как изменится вид динамической петли гистерезиса с измене­нием частоты?

29. К каким входам осциллографа следует подвести напряжения U_C и U_R1 (рис. 8.4), чтобы получить на экране динамическую петлю В(Н)?

30. Как построить основную кривую намагничивания?

Лабораторная работа № 9

Измерение частоты, интервалов времени и разности фаз

Контрольные вопросы

А. 1. Какие существуют методы измерения частоты?

2. Какие приборы предназначены для непосредственного измерения частоты?

3. Какие существуют методы измерения интервалов времени?

4. Какой способ применяется для непосредственного измерения интервалов времени?

5. На чем основан принцип действия электродинамического часто­томера?

6. Укажите правильную векторную диаграмму электродинамического частотомера.

7. Какое положение занимает указатель отключенного электродинамического частотомера?

8. Почему электродинамические частотомеры применяют только в цепях больших токов?

9. В чем заключается принцип действия электронного конденса­торного частотомера?

10. Каково назначение входного устройства в конденсаторных частотомерах?

11. Каково назначение ограничителя в схеме электронного конден­саторного частотомера?

12. Каким образом в конденсаторных частотомерах выбираются под­диапазоны измеряемых частот?

13. При каком условии шкалу выходного прибора в электронном кон­денсаторном частотомере можно проградуировать в значениях частоты?

14. Чем определяется погрешность измерения частоты синусоидальных сигналов электронными аналоговыми частотомерами?

15. Для измерения каких величин применяются цифровые частотомеры?

16. Как с помощью цифрового частотомера измерить частоту?

17. Чем обусловлено возникновение погрешности при измерении частоты цифровыми частотомерами?

18. Как изменяется относительная погрешность измерения частоты цифровым частотомером с увеличением частоты при неизменном значе­нии интервала времени измерения?

19. Как повысить точность измерения частоты цифровым часто­томером на низких частотах?

20. Как с помощью цифрового частотомера измерить период?

21. Как с помощью цифрового частотомера измерить интервал времени?

22. Как с помощью цифрового частотомера измерить длительность импульса?

Б. 2З. Какие существуют методы измерения угла сдвига фаз меж­ду током и напряжением?

24. Какие существуют методы измерения угла сдвига фаз мeжду двумя напряжениями?

25. В каких единицах нормируется погрешность измерения угла фаз?

26. Для измерения каких величин применяются электродинамиче­ские фазометры?

27. Укажите правильную векторную диаграмму электродинамиче­ского фазометра.

28. На какой отметке шкалы устанавливается стрелка у невклю­ченного электродинамического фазометра?

29. Поясните принцип измерения угла сдвига фаз между двумя напряжениями электронным аналоговым фазометром.

30. Какой прибор используется в качестве выходного в электронных аналоговых фазометрах?

31. Какой параметр импульса тока, поступающего на выходной прибор в электронном аналоговом фазометре, пропорционален углу сдвига фаз?

32. Что произойдет, если на вход электронного аналогового фа­зометра подать только исследуемое напряжение?

33. Какой принцип положен в основу работы цифрового фазометра?

34. В какие промежуточные величины, удобные для квантования, преобразуют угол сдвига фаз в цифровых фазометрах?

35. Какие значения угла сдвига фаз можно измерять с помощью цифровых фазометров с квантованием временных интервалов?

З6. Как зависит среднеквадратическая погрешность результата измерения в цифровом фазометре от числа измерений?

40

Как рассчитать шунт для микроамперметра

Чтобы рамка могла поворачиваться, ее ось крепят в подпятниках, либо вывешивают на растяжках. При использовании подпятников ток рамки проходит по спиральным пружинам, если же подвижная часть прибора подвешена на растяжках, то они являются проводниками тока.

Измерительный шунт — сопротивление, параллельно подключенное к зажимам измерительного амперметра (параллельно его внутреннему электрическому сопротивлению). Это позволяет прибору расширить измерительный диапазон по току при снижении его чувствительности и разрешающей способности.

Измерительные шунты производят из манганина. В зависимости от конструктивного исполнения бывают:

• внутренними;
• наружными (внешними).

Для определения небольших значений тока (не более 30 А) шунт чаще всего находится внутри корпуса прибора. В случае измерения внушительных значений тока во избежание чрезмерного нагрева корпуса шунт имеет наружную конфигурацию исполнения.
В портативных магнитоэлектрических устройствах, рассчитанных на силу тока не более 30 ампер, внутренние шунты рассчитаны на несколько граничных значений измеряемой величины.

Многопредельный шунт устроен в виде ряда резисторов, которые возможно коммутировать в соответствии с пределом измерения, рычажным тумблером либо путем перемещения провода с одной клемы на другую.

У внешних резисторов, как правило, присутствует калибровка, с расчётом на распространенные значения тока и напряжения. Такие шунтирующие сопротивления имеют ряд номинальных значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

При использовании элементов шунтирования в измерениях величин переменного тока наблюдается добавочная погрешность, связанная с преобразованием частоты, поскольку сопротивления измерительного механизма и шунтирующего устройства находятся в различных зависимостях от частоты.

Шунтирующие звенья классифицируются согласно точности: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, и 0,5. Цифровые значения, отвечающие каждому классу, указывают на допустимую величину расхождения сопротивления с его номиналом, выраженную в процентах.

Подключение амперметра через трансформатор тока

Расширение пределов измерения амперметра возможно, если использовать дополнительно устройство, называемое трансформатор тока. Работает оно по принципу обычного трансформатора, но первичная обмотка содержит всего несколько витков. При прохождении по ней измеряемого тока его величина во вторичной обмотке будет меньше в несколько раз.

Но такие трансформаторы имеют соответствующие габариты и применяются только в промышленных сетях. В малогабаритных же устройствах их использование нецелесообразно.

Подгонка измерительной системы

Для изготовления заводских изделий используются материалы, не изменяющие своих характеристик в широком диапазоне температур. Поэтому лучший вариант – подбор готового шунта и подгонка для своих целей уменьшением сечения и длины его проводника до соответствия рассчитанному значению. Но для изготовления шунта для амперметра можно использовать и подручные материалы: медную или стальную проволоку, даже скрепки подойдут.

Теперь потребуется блок питания с регулятором напряжения, чтобы выдать требуемый ток. Для нагрузки можно использовать резистор соответствующей мощности или лампы накаливания.

Сначала добиваемся соответствия полного отклонения стрелки прибора при максимальном значении измеряемой величины. На этом этапе подбираем сопротивление нашей самоделки до максимально возможного совпадения с конечной риской на шкале.

Затем проверяем, совпадают ли промежуточные риски с соответствующими им значениями. Если нет – разбираем амперметр и перерисовываем шкалу.

И когда все получилось – устанавливаем готовый прибор на свое место.

Читать также: Как проверить строительный уровень в домашних условиях

Понятия и формулы

Шунтом называется сопротивление, которое присоединяется параллельно зажимам амперметра (параллельно внутреннему сопротивлению прибора), чтобы увеличить диапазон измерений. Измеряемый ток I разделяется между измерительным шунтом (rш, Iш) и амперметром (rа, Iа) обратно пропорционально их сопротивлениям.

Сопротивление шунта rш=rа х Iа/(I-Iа ).

Для увеличения диапазона измерений в n раз шунт должен иметь сопротивление rш=(n-1)/rа

1. Электромагнитный амперметр имеет внутреннее сопротивление rа=10 Ом, а диапазон измерений до 1 А. Рассчитайте сопротивление rш шунта так, чтобы амперметр мог измерять ток до 20 А (рис. 1).

Измеряемый ток 20 А разветвится на ток Iа=1 А, который потечет через амперметр, и ток Iш, который потечет через шунт:

Отсюда ток, протекающий через шунт, Iш=I-Iа=20-1=19 А.

Измеряемый ток I=20 А должен разделиться в отношении Iа:Iш=1:19.

Отсюда вытекает, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Iа:Iш=1/rа : 1/rш;

Сопротивление шунта rш=10/19=0,526 Ом.

Сопротивление шунта должно быть в 19 раз меньше, чем сопротивление амперметра rа, чтобы через него проходил ток Iш, в 19 раз больший тока Iа=1 А, который проходит через амперметр.

2. Магнитоэлектрический миллиамперметр имеет диапазон измерений без шунта 10 мА и внутреннее сопротивление 100 Ом. Какое сопротивление должен иметь шунт, если прибор должен измерять ток до 1 А (рис. 2)?

При полном отклонении стрелки через катушку миллиамперметра будет проходить ток Iа=0,01 А, а через шунт Iш:

откуда Iш=I-Iа=1-0,99 A=990 мА.

Ток 1 А разделится обратно пропорционально сопротивлениям: Iа:Iш=rш:rа.

Из этого соотношения найдем сопротивление шунта:

10:990=rш:100; rш=(10х100)/990=1000/990=1,010 Ом.

При полном отклонении стрелки через прибор пройдет ток Iа=0,01 А, через шунт – ток Iш=0,99 А, а по общей цепи – ток I=1 А.

При измерении тока I=0,5 А через шунт пройдет ток Iш=0,492 А, а через амперметр – ток Iа=0,05 А. Стрелка при этом отклоняется до половины шкалы.

При любом токе от 0 до 1 А (при выбранном шунте) токи в ветвях разделятся в отношении rа:rш, т. е. 100:1,01.

3. Амперметр (рис. 3) имеет внутреннее сопротивление rа=9,9 Ом, а сопротивление его шунта 0,1 Ом. В каком отношении разделится измеряемый ток 300 А в приборе и шунте?

Задачу решим при помощи первого закона Кирхгофа: I=Iа+Iш.

Кроме того, Iа:Iш=rш:rа.

Из второго уравнения получим ток Iа и подставим его в первое уравнение:

Ток в приборе Iа=I-Iш=300-297=3 А.

Из всего измеряемого тока через амперметр пройдет ток Iа=3 А, а через шунт Iш=297 А.

Шунт для амперметра

4. Амперметр, внутреннее сопротивление которого 1,98 Ом, дает полное отклонение стрелки при токе 2 А. Необходимо измерить ток до 200 А. Какое сопротивление должен иметь шунт, подключаемый параллельно зажимам прибора?

В данной задаче диапазон измерений увеличивается в 100 раз: n=200/2=100.

Искомое сопротивление шунта rш=rа/(n-1).

В нашем случае сопротивление шунта будет: rш=1,98/(100-1)=1,98/99=0,02 Ом.

Подключение амперметра через шунт

Если прибор включается в измерительную цепь напрямую, без трансформатора тока, его называют амперметром прямого включения.

Без шунта можно использовать приборы, рассчитанные на небольшую силу тока, порядка миллиампер. За счет шунтирования измерительной обмотки сопротивлением, большим, чем ее собственное, мы можем изменить предел измерения. Схема включения сложностью не отличается: через шунт проходит измеряемый ток, а параллельно ему подключается амперметр.

В дело здесь вступает первый закон Кирхгофа. Измеряемый ток делится на два: один протекает через рамку, второй – через шунт.

Соотноситься между собой они будут так:

Шунт на 10 ампер своими руками

Амперметр не такой редкий прибор и часто они есть в старых зарядных устройствах и других приборах. Но пока не столкнёшься с амперметром не узнаешь что ему оказывается нужен шунт. Хотя конечно есть амперметры со встроенными шунтами, но там где постоянный ток шунты обычно внешние. В зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов шунты можно сказать что самодельные. Там шунт представляет из себя отрезок металлической проволоки диаметром около 2мм.

Когда вы вынимаете амперметр из прибора можно сразу вынуть и шунт, но если шунта нет то его можно сделать самостоятельно. Я делал шунты из медной проволоки, из металлической пластины и проволоки, из болта диаметром 6мм зажимая гайками контакты и все они нормально работали. Ниже на рисунке схема подключения амперметра с самодельным шунтом из медного провода.

Ничего сложного в изготовлении шунта из медного провода нет. Нужен отрезок подходящего провода сечением примерно 2.5кв, это для амперметра на 10-30А, если ток больше то сечение лучше потолще. Далее провод зачищается от изоляции, и к одному концу припаивается один провод от амперметра, а второй конец нужно перемещать по проводу пока показания амперметра не совпадают с показаниями второго подключенного амперметра. То-есть чтобы откалибровать показания нужен второй рабочий амперметр. Вот как выглядит мой самодельный шунт (ниже фото).

В общем ничего сложного в этом нет, самое быстрое это изготовление шунта из медного провода, но можно в принципе постараться и сделать шунт похожий на заводской, хотя зачем если этот шунт никто не увидит. Главно правильно откалибровать самодельный шунт, и для этого нужен рабочий второй амперметр, ну или взять обычный мультиметр включить на измерение постоянного тока.

РАСЧЁТ ШУНТА

Не знаю как вы, а я любому цифровому амперметру и вольтметру в лабораторном блоке питания предпочту старые добрые стрелочные индикаторы. Ведь при наличии каких либо коротких импульсов тока, на цифровом индикаторе будет абракадабра, а то и вообще показания останутся без изменений, если стоит в схеме небольшая задержка обновления показаний. Так же и короткое КЗ может остаться без внимания, а вот стрелка амперметра, дёрнувшись, сразу покажет что к чему.

Расчет сопротивления шунта

Отсюда следует, что, зная ток полного отклонения измерительной системы (Iпр) и внутреннее сопротивление рамки (Rпр), можно вычислить требуемое сопротивление шунта (Rш). И тем самым изменить предел измерения амперметра.

Но, перед тем как переделать миллиамперметр в амперметр, нужно решить две непростых задачи: узнать ток полного отклонения измерительной системы и ее сопротивление. Можно найти эти данные, зная тип миллиамперметра, который переделывается. Если это невозможно, придется провести ряд измерений. Сопротивление можно измерить мультиметром. А вот для второго параметра потребуется подать на прибор ток от постороннего источника, измеряя его величину с помощью цифрового амперметра.

Но такой расчет шунта для амперметра не будет точным. Невозможно с помощью подручных средств обеспечить требуемую точность измерений. Система измерения с шунтом имеет большую чувствительность к погрешности при определении исходных данных. Поэтому на практике проводится точная подгонка сопротивления шунта и калибровка амперметра.

Расчет и изготовление шунта

Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.

Следовательно, варьируя разными значениями сопротивления електр. звена, можно добиться любой области измерения. Чтобы подтвердить это на практике, можно создать шунт для амперметра своими руками.

Основные понятия и формулы

Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.

Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).

Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.

Расчет шунтирующего звена

Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.

Share

Tweet

Зарядка аккумулятора. Амперметр.

♦ В предыдущей статье: «Выпрямитель для зарядки аккумулятора» для контроля зарядного тока применяется амперметр на 5 — 8 ампер. Амперметр довольно дефицитная вещь и не всегда подберешь его на такой ток. Попробуем изготовить амперметр своими руками. Для этого потребуется стрелочный измерительный прибор магнитно-электрической системы на любой ток полного отклонения стрелки по шкале.

Необходимо посмотреть, чтоб у него не было внутреннего шунта или добавочного сопротивления для вольтметра. ♦ Измерительный стрелочный прибор имеет внутреннее сопротивление подвижной рамки и ток полного отклонения стрелки. Стрелочный прибор может использоваться как вольтметр (добавочное сопротивление включается последовательно с прибором) и как амперметр (добавочное сопротивление включается параллельно с прибором).

♦ Схема для амперметра справа на рисунке.

Добавочное сопротивление — шунт рассчитывается по специальным формулам… Мы же изготовим его практическим путем, применив только калибровочный амперметр на ток до 5 — 8 ампер, или применив тестер, если он имеет такой предел измерения.

♦ Соберем несложную схему из зарядного выпрямителя, образцового амперметра, провода для шунта и заряжаемого аккумулятора. Смотрите рисунок…

♦ В качестве шунта можно использовать толстый провод из стали или меди. Лучше всего и проще, взять тот же провод, каким наматывалась вторичная обмотка, или чуть-чуть потолще.

Необходимо взять отрезок медного или стального провода длиной около 80 сантиметров, снять с него изоляцию. На двух концах отрезка сделать колечки для болтового крепления. Включить этот отрезок последовательно в цепь с образцовым амперметром.

Один конец от нашего стрелочного прибора припаять к концу шунта, а другим проводить по проводу шунта. Включить питание, установить регулятором или тумблерами ток заряда по контрольному амперметру — 5 ампер. Начиная от места пайки, другим концом от стрелочного прибора проводить по проводу. Установить одинаковые показания обоих амперметров. В зависимости от сопротивления рамки вашего стрелочного прибора, разные стрелочные приборы будут иметь разную длину провода шунта, иногда до одного метра. Это конечно не всегда удобно, но если у вас будет свободное место в корпусе, можно аккуратно разместить.

♦ Провод шунта можно смотать в спираль как на рисунке, или еще как нибудь по обстоятельствам. Витки немного растянуть, чтоб не касались друг друга или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки по всей длине шунта.

♦ Можно предварительно определить длину провода шунта, а потом вместо голого применить провод в изоляции и намотать уже в навал на заготовку. Подбирать надо тщательно, проделывая все операции несколько раз, тем точнее будут показания вашего амперметра. Соединительные провода от прибора необходимо обязательно припаивать непосредственно к шунту, иначе будут неправильные показания стрелки прибора.

♦ Соединительные провода могут быть любой длины, а потому шунт может быть расположен в любом месте корпуса выпрямителя. ♦ Необходимо подобрать шкалу к амперметру. Шкала у амперметра для измерения постоянного тока равномерная.

Один из вариантов шкалы смотрите на рисунке:

Тут можно сделать шкалу на 5 ампер, на 8 ампер или на полное отклонение стрелки до 10 ампер. Могут быть другие шкалы, на другие цифры по шкале. А можно подрисовать свои цифры. Нужно немного пофантазировать.

Такой амперметр подойдет только для измерения постоянного или пульсирующего тока.

Share

Видео с вопросами: Связь полного тока отклонения гальванометра с максимальным током, измеряемым амперметром

Стенограмма видео

Гальванометр и шунтирующий резистор соединены параллельно, образуя амперметр. Сопротивление гальванометра в 10 раз больше сопротивления шунтирующего резистора. Какая из следующих строк график правильно соотносит полный ток отклонения гальванометра с максимальный ток измеряемый амперметром? (A) Линия I, (B) Линия II, (C) Линия III, (D) линия IV, (E) ни одна из строк.

В этом вопросе есть амперметр, состоящий из гальванометра, соединенного параллельно с шунтом резистор. Гальванометр будет иметь полный ток отклонения, который мы обозначим как 𝐼 G, и сопротивление, которое мы обозначим как 𝑅 G. Нам говорят, что сопротивление гальванометр в 10 раз больше сопротивления шунтирующего резистора. Таким образом, обозначая сопротивление шунтирующий резистор как 𝑅 S, мы имеем 𝑅 G равно 10 𝑅 S. Давайте очистим варианты ответа для теперь, чтобы дать нам еще немного места.

Мы можем вспомнить, что мы знаем уравнение для требуемого сопротивления шунта 𝑅 S, чтобы этот амперметр мог измерить максимальный ток 𝐼. Это уравнение задается как 𝑅 S равно 𝐼 G 𝑅 G сверх 𝐼 минус 𝐼 G, где снова 𝑅 S — сопротивление шунта, 𝐼 G — полный ток отклонения на гальванометре, 𝑅 G — сопротивление гальванометра, а 𝐼 — максимальный ток, измеряемый амперметр. Подставив это уравнение вместо сопротивление шунта в соотношении 𝑅 G равно 10 𝑅 S, мы получим 𝑅 G равно 10𝑅S равно 10𝐼G 𝑅G больше 𝐼 минус 𝐼G.

Теперь мы можем изменить это уравнение чтобы увидеть, как максимальный ток 𝐼 относится к полному току отклонения 𝐼 G. Мы можем начать с избавления от средний термин 𝑅 S здесь, чтобы просто оставить сопротивление 𝑅 G с обеих сторон уравнение. Мы можем устранить сопротивление, деля обе части на 𝑅 G, что дает 10𝐼 G на 𝐼 минус 𝐼 G. Затем мы можем умножить обе части на 𝐼 минус 𝐼 G, что дает 𝐼 минус 𝐼 G равно 10 𝐼 G. Наконец, добавив 𝐼 G к обоим стороны, мы получаем уравнение, которое связывает максимальный ток 𝐼 с полной шкалой ток отклонения 𝐼 Г. 𝐼 равен 11 𝐼 Г. Таким образом, на каждый миллиампер полный ток гальванометра отклонения, мы должны ожидать увидеть 11 миллиампер максимальный ток амперметра.

Теперь мы можем посмотреть на линии на график и посмотрите, какая линия правильно соотносит полный ток отклонения гальванометра до максимального тока, измеряемого амперметром. Строки I, II и III показывают, что миллиампер полного тока отклонения будет относиться либо к одному, либо к двум миллиампер максимального измеряемого тока. Но мы знаем, что отношения должны привести к большему числу. Хотя вертикальная ось этого графика не поднимается до 11, мы видим, что линия IV очень крутая и, следовательно, скорее всего, будет иметь отношение, которое нам нужно для полномасштабного отклонения в один миллиампер ток гальванометра дает 11 миллиампер максимального измеримого амперметра текущий.

Чтобы еще раз проверить, что строка IV правильно, мы можем разделить обе части этого уравнения на два. Заметьте, что у нас есть половина 𝐼 равно 11𝐼 Г, деленное на два, или 5,5𝐼 Г. Следовательно, половина миллиампер полный ток отклонения должен соответствовать 5,5 миллиампер максимального измеряемый ток. Так как вертикальная ось график поднимается до 5,5, давайте проведем горизонтальную линию от этого значения на оси перейти к строке IV. Также нарисуем вертикальную линию простираясь от этой точки на линии IV вниз до горизонтальной оси. Это помогает нам увидеть, что для строки IV Половина мА полного тока отклонения соответствует 5,5 мА. максимального измеряемого тока. Итак, строка IV правильно представляет зависимость между током гальванометра и амперметра.

Таким образом, мы знаем, что правильный ответ должен быть вариантом (D). Строка IV правильно соотносит полный ток отклонения гальванометра до максимального измеряемого тока по амперметру.

Амперметр дает полное отклонение при токе 2 ампера. Течет через него. Сопротивление амперметра 12 Ом. Если тот же амперметр будет использоваться для измерения максимального тока 5 ампер, то амперметр должен быть подключен с сопротивлением 9 ампер.0001

A2Z-CURRENT ELECTRICITY-Ammeter And Voltmeter

20 видео

РЕКЛАМА

Ab Padhai karo bina ads ke

Khareedo DN Pro and dekho sari videos bina kisi ad ki rukaavat ke!

Обновлено: 27-06-2022

Текстовое решение

A

8 Ом в серии

B

18 Ом в серии

C

8ohms In Parallel

D

9000 18HMSMM4.

Правильный ответ C

Решение

(c ) iig=1+GS⇒52=1+12S⇒S=8Ω (параллельно)

Ответ

Пошаговое решение от экспертов, которое поможет вам избавиться от сомнений и получить отличные оценки на экзаменах .

---

Похожие видео

Амперметр показывает отклонение на полную шкалу, когда через него проходит ток 1,0 А. Чтобы преобразовать его в амперметр диапазона 10 А, отношение его сопротивления и сопротивления шунта будет

16120985

Сопротивление гальванометра составляет 25 Ом, и для полного отклонения требуется 50 мкА. Величина сопротивления шунта, необходимая для преобразования его в амперметр на 5 ампер, равна 9(-5) ампер. Теперь сопротивление шунта необходимо преобразовать в амперметр в 1 ампер. диапазон будет равен

16121128

Амперметр с сопротивлением 180 Ом показывает отклонение на полную шкалу при токе 2 мА. Шунт, необходимый для преобразования в показания амперметра 20 мА, составляет (в омах)

233494258

Гальванометр с сопротивлением 50 Ом преобразуется в амперметр путем подключения низкоомного сопротивления (шунта) со значением 1 Ом параллельно гальванометру, S. Если Полный ток отклонения гальванометра равен 10 мА, тогда максимальный ток, который можно измерить амперметром, равен — 9 А. 0005

278666155

एक सेल के सि सि से जोड़ जाने प एक एक वोल वोलшить 5 वोल्ट म देत देत है तथ जुड़ जुड़ हुआ अमीट अमीट अमीट्पिय धाप देत तथ एक जुड़ जुड़ हुआ अमीट अमीट्पिय धाप की बत बत जुड़ जुड़ हुआ o सेल के सिरों से 2 ओम का एक प्रतिरोध जोड़ दिया ज। ๤त इस प्रतिरोध से प्रवाहित धारा होगी

400557331

10 ओम प्रतिरोध का एक धारामापी 0.01 ऐम्पियर धारा पर पूर्ण पैमाने का विक्षेप देता है इसे 10 ऐम्पियर की धारा नापने वाले अमीटर में बदलना है आवश्यक शन्ट का प्रतिरोध होगा

575619597

100 ओम प्रतिरोध के एक चलकुण्डल धारामापी के साथ 0.1 ओम का प्रतिरोध, एक अमीटर की भाँति प्रयुक्त किया जा रहा है धारामापी में पूर्ण विक्षेप के लिए धारा 100 माइक्रो ऐम्पियर है परिपथ में प्रवाहित उस न्यूनतम धारा को ज्ञात कीजिये जो अमीटर में अधिकतम विक्षेप दर्शाये

575619697

Амперметр показывает полное отклонение при силе тока 2 ампера. Течет через него. Сопротивление амперметра 12 Ом. Если тот же амперметр будет использоваться для измерения максимального тока 5 ампер, то амперметр должен быть подключен с сопротивлением

642971912

Амперметр дает полное отклонение шкалы, когда через него проходит ток 1,0 А. его в амперметр диапазона 10А, отношение его сопротивления к сопротивлению шунта будет —

643090823

Текст Решение

Амперметр показывает отклонение на полную шкалу при прохождении через него тока 1,0 А. Для преобразования его в амперметр диапазона 10 А отношение его сопротивления к сопротивлению шунта будет равно

644113151

Гальванометр сопротивлением 12 Ом дает отклонение на полную шкалу при токе 2,5 мА. Как вы его переведете в амперметр диапазона 7,5 А. Найдите сопротивление амперметра.

644988984

Текстовое решение

Гальванометр сопротивлением 50 Ом преобразуется в амперметр путем подключения низкоомного сопротивления (шунта) номиналом 1 Ом параллельно гальванометру, S. Если полный ток отклонения гальванометра равен 10 мА, то максимальный ток, который может быть измеренное амперметром равно —

645065911

Вольтметр сопротивлением 1000 Ом дает полное отклонение шкалы при протекании через него тока 100 мА.