Как сделать шунт (шунтирующий резистор) для амперметра. Самый простой метод - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Шунтирующий резистор устанавливается путем отрывания части проводов (стрелки указывают местоположение).

Содержание

Как сделать шунтирующий резистор для амперметра

В предыдущей статье мы рассмотрели подробный расчет шунтирующего резистора. В той же статье мы привели онлайн-калькулятор для удобства использования. В котором можно ввести исходные данные и, нажав всего одну кнопку, сразу же получить результат.

В этой статье мы расскажем вам, как подобрать шунтирующий резистор экспериментально (без расчетов). Какой материал использовать и как сконструировать резистор.

Простым примером для этой статьи будет амперметр для стенда проверки генератора переменного тока с амперметром 80.3701. Измерительным прибором, для которого мы будем делать шунтирующий резистор, является все тот же амперметр М367 из предыдущей статьи, где мы обсуждали расчет шунта.

Разбирая амперметр, внутри корпуса мы видим разделительный трансформатор и измерительную головку.

Для экспериментальных целей полезно использовать упрощенный метод выбора и изготовления резистора. Это связано с тем, что можно использовать практически любой материал. Например: металлическая полоска, скрепка, пружина и т.д. Но вы должны следовать определенным правилам:
– Материал должен быть проводящим. Это может быть сталь, латунь, бронза или медь. Но правильнее использовать константан или марганец, это сплавы с высоким электрическим сопротивлением. В целом они делятся на три группы. Первый – для журналов сопротивления, различных шаблонов, добавок и шунтов. Второй – для резисторов и реостатов, третий – для электронагревателей и печей (нихром);
– Сечение выбранного проводника должно быть выбрано с достаточным запасом, чтобы протекающий по нему ток не перегревал его и уж тем более не приводил к его расплавлению или перегоранию.

Давайте подробно рассмотрим, как мы делали шунты раньше. Поэтому мы в основном использовали обычную сталь, и этого нам было достаточно. Какие существуют варианты:
– Полоска олова из толстостенной жести, шириной до одного сантиметра (см. рисунок ниже, поз. “А”). Для компактности он был согнут волнами. Используется для измерения до трех-пяти ампер;
– скрепка. Согнутый в форме буквы U, он использовался для усреднения до трех ампер;
– полоса листовой жести толщиной до 0,7 миллиметра, шириной до одного сантиметра (см. рисунок ниже, позиция “B”). Для настройки шунта в полосе были сделаны дополнительные неглубокие надрезы. Используется для амперметра до десяти-двадцати ампер;
– Весна. Этот вариант будет подробно рассмотрен ниже. В зависимости от поперечного сечения материала пружины, токи могут варьироваться от одного ампера до пятидесяти ампер.

Точки “B” и “D” – это места, куда припаивается один из проводов от испытательной головки после регулировки.

Для токов свыше пятидесяти ампер мы использовали заводские шунтирующие резисторы. Они показаны на фотографии ниже.

Эти шунты имеют маркировку.

Маркировка состоит из трех параметров:
[I] номинальный рабочий ток – 100A,
[II] падение напряжения – 60 мВ,
[III] класс точности 0,5.

Настройка шунтирующего резистора производится путем отшлифовки части проводов (место отмечено стрелками).

Мы сделали нечто подобное, когда делали пазы для планок. Лента, как проводник, также используется в заводских шунтах. Где-то есть такой резистор, вы найдете его в качестве примера.

Мы должны сделать отдельную статью о заводских шунтах и написать о них подробно, с дополнительными примерами.

Из всех вышеперечисленных вариантов пружинный вариант показался нам наиболее удобным в плане настройки. Именно его мы использовали чаще всего. Если вы построите небольшую конструкцию, процесс калибровки устройства будет похож на работу с потенциометром. Но для этого нужно немного повозиться.

Давайте более подробно рассмотрим конструкцию нашего шунтирующего резистора. Ниже приведен немного упрощенный чертеж 3D-модели. Упрощение касается резьбы на винте и первого сообщения.

Шунтирующий резистор в данном случае представляет собой пружину [1], она будет закреплена двумя распорками [3] и [4]. Для этого в каждой стойке просверливаются отверстия, соответствующие внешнему диаметру пружины. Концы пружины аккуратно загибаются в кольцо с обеих сторон. Это будут штифты для винта. В одной из полок, в верхней части, сверлим отверстие и нарезаем резьбу. Позже в это отверстие будет вкручен специальный винт [2]. Сделайте небольшой конус или “пипетку” на этом винте.

Эта “пипетка” будет контактировать с пружиной между витками. Другими словами, это будет винт с контактным кольцом. Поскольку он находится между витками, поворачивая пружину, вы можете откалибровать амперметр с высокой степенью точности, а в конце работы затянуть ее, тем самым обездвижив пружину.

Для полного понимания нашей идеи давайте наложим на конструкцию эквивалентную схему.

Конечно, конструктивно шунт несколько сложен в изготовлении, но все это окупается легкой и достаточно точной настройкой устройства в дальнейшем. После модификации устройства схема выглядит следующим образом:

На этом работу с шунтирующим резистором можно считать законченной.

Данный материал подготовлен в рамках работы над измерительными приборами для стенда по испытанию электромотоциклов, перейдите в основной раздел по стенду, там же вы сможете ознакомиться с другими не менее интересными публикациями.

Давайте выберем диапазон измерения тока для нашего амперметра, допустим, 300 ампер. Теперь, используя мультиметр, измерьте сопротивление активной головки. В моем случае это 1454 Ом. Теперь нам известны два параметра измерительной головки. Полный ток отклонения и сопротивление. Из формулы закона Ома, I=U/R, выведите формулу для напряжения – U=IxR. Откройте калькулятор Windows. Умножьте 0,00005 А тока в амперах на 1454 Ом сопротивления, и вы получите величину напряжения, которое нужно подать на головку измерительного прибора, чтобы стрелка отклонилась до последней отметки на шкале. Я получаю U=0,0727 В или 72,7 милливольт. И снова мы возвращаемся к омам. Разработайте формулу для сопротивления: R=U/I . Теперь определите сопротивление шунта. Разделите 0,0727 В на сварочный ток 300 ампер. Получаем R шунта = 0,0002423 Ом. Скриншот на фото.

Как сделать шунт амперметра для сварочного аппарата.

Перед началом работы перейдите на вкладку “Программы” и загрузите для себя две программы.
Первая программа – это программа рисования проволоки.
Вторая – это передняя панель чертежа и шкала приборов.

Выберите соответствующую измерительную головку, лучше, если это будет стрелка полного отклонения тока на 50 или 100 микроампер. Я нашел измеритель на 50 мА, используя его в качестве примера, вы можете рассчитать шунт для амперметра.

Выберем предел измерения тока нашим амперметром, пусть это будет, например, 300 ампер. Теперь измерьте активное сопротивление головки с помощью мультиметра. Моя голова имеет сопротивление 1454 Ом. Теперь нам известны два параметра измерительной головки. Полный ток отклонения и сопротивление. Из формулы закона Ома – I=U/R, выводим формулу для напряжения – U=IxR. Откройте калькулятор Windows. Умножьте 0,00005 А тока в амперах на 1454 Ом сопротивления, и вы получите величину напряжения, которое нужно подать на головку измерительного прибора, чтобы стрелка отклонилась до последней отметки на шкале. Я получаю U=0,0727 В или 72,7 милливольт. И снова мы обращаемся к Ому. Выведем формулу для сопротивления: R=U/I . Теперь определим сопротивление шунта. Делим 0,0727 В на сварочный ток 300 ампер. Получаем R шунта = 0,0002423 Ом. Скриншот на картинке.

Выберите материал для изготовления шунта. В правой части выпадающего окна выбираем сталь. Это самый распространенный материал. Для простоты изготовления пусть шунт будет круглым. Поставьте точку в значении, которое будет использоваться в поле “Диаметр”. Введите значение сопротивления шунта, равное 0,0002423 Ом. Выбираем диаметр нашего шунта, для силы выбираем стержень диаметром 10 миллиметров. Нажмите на кнопку “Результат”. Результат вы можете увидеть на рисунке. Теперь выполнить маневр так же просто, как два пальца на асфальте. Берем стальной стержень соответствующего диаметра, отрезаем его по всей длине для лучшего охлаждения шунта, отмеряем 150 мм, отрезаем его и получаем резьбовой стержень М10 длиной 150 мм. Поскольку мы нарезали резьбу, мы изменили диаметр шунта, поэтому его длина для данного сопротивления будет меньше расчетной, при регулировке она будет фиксированной. Возьмите четыре гайки, желательно медные или латунные, два наконечника для проводов большого сечения 1 и два наконечника 2, для проводов, идущих к измерительной головке. В итоге у вас должна получиться конструкция, похожая на эту, но с медными гайками.

Изменяя расстояние между лопастями, можно легко откалибровать амперметр. Затем излишки стали можно отрезать.
Затем откройте программу FrontDesigner_3.0.

Он имеет русский интерфейс, поэтому вы должны быть в состоянии понять его. В итоге у вас должен получиться рисунок, подобный этому. Распечатайте новую шкалу на фотобумаге. Наконец, я хочу показать вам зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Он у меня уже около восьми лет. Здесь вы можете увидеть шкалу и переднюю панель, нарисованные с помощью только этой программы. Он был напечатан на струйном принтере. Фотография передней панели после наклеивания обязательно покрывалась прозрачным автомобильным лаком. Первый слой должен быть очень тонким, иначе чернила могут размазаться. Все это можно склеить с помощью ПВА. Надеюсь, вы найдете это полезным. До свидания, К.В.Й.

Вы также можете сделать самодельный килоамперметр из амперметра. Например, 100-амперный счетчик может быть легко преобразован в амперметр на 2 кА. Более высокие значения вряд ли понадобятся на практике. Если у вас есть прибор с диапазоном измерения в один ампер, сделайте несколько коммутируемых шунтов. Нет необходимости заново размечать шкалу – просто выберите шунты на 5, 10, 50, 100 или более ампер. Они размещены в едином внешнем корпусе в комплекте с выходными клеммами (для зондов) и многопозиционным переключателем, рассчитанным на такие значения тока.

Расчет сопротивления шунта

В дополнение к закону Ома для участка цепи – разрыва цепи, к которому подключен амперметр – также рассматривается формула Кирхгофа. Общий ток, протекающий в точке подключения, равен сумме токов, протекающих через сам амперметр и его шунт.

Сопротивление амперметра во много раз больше сопротивления внешнего шунта. Ток, протекающий через внешний шунт, также в несколько раз превышает ток, протекающий через сам амперметр.

В случае цифрового прибора, использующего вместо измерительной головки датчик тока и аналого-цифровой преобразователь, распределение токов, составляющих общий ток цепи, не меняется.

Расчет шунта для небольшого расширения верхнего предела шкалы амперметра. Сопротивление шунта рассчитывается по формуле. Rf = (Ra * Ia)/(I – Ia) Rf – сопротивление, которое должен иметь шунт. Ra – внутреннее сопротивление амперметра без нагрузки. I – предполагаемый ток, при котором стрелка прибора достигает своего максимального положения в конце шкалы.Ia – ток, при котором стрелка прибора достигает своего максимального положения в конце шкалы без шунта.Значение сопротивления рассчитывается по формуле в Омах, ток в Амперах.
Расчет шунта для амперметра при значительном превышении предела измерения.Сопротивление шунта рассчитывается по формуле. Rx = (Ra * Ia)/I

Недостатки промышленного амперметра

Выбор токового амперметра – непростая задача. Большинство устройств производится на Западе, в Китае или странах СНГ, и в каждой стране существуют свои индивидуальные требования. В каждой стране также существуют свои номиналы постоянного и переменного тока и требования к розеткам. По этой причине при подключении западного амперметра к бытовым приборам прибор может не измерять правильные значения тока, напряжения и сопротивления.

С одной стороны, такие устройства очень удобны. Они компактны, поставляются с зарядным устройством и просты в использовании. Классический аналоговый амперметр не занимает много места и имеет визуально понятный интерфейс, но он часто не приспособлен к существующему сопротивлению напряжения. Как говорят опытные электрики, на шкале “не хватает ампер”. Устройства, настроенные таким образом, определенно нуждаются в шунтировании. Например, бывают случаи, когда необходимо измерить значение до 10a, а цифра 10 отсутствует на шкале.

Это основные недостатки классических заводских амперметров без шунта:

Высокая погрешность измерений;
Диапазон измеряемых значений не соответствует современному электрооборудованию;
Большая калибровка не позволяет измерять малые количества;
При попытке измерить большое значение сопротивления прибор “зашкаливает”.

Мы рассчитаем шунт для амперметра, используя приведенные ниже формулы:

Шунт к амперметру

Чтобы визуально оценить ток зарядки, мне понадобится амперметр для измерения тока. Поскольку я не нашел ничего подходящего, мы будем использовать то, что у нас есть. А это “то, что у нас есть” – обычный индикатор старого магнитофона. Поскольку этот индикатор реагирует на очень маленькие токи, нам нужно сделать для него шунт.

Шунт – это проводник с определенным удельным сопротивлением, который подключен параллельно прибору, измеряющему ток. Он пропускает или шунтирует большую часть электрического тока. В результате через устройство будет протекать номинальный ток, рассчитанный для счетчика. Чтобы понять, как протекают токи в цепи, изучите законы Кирхгофа.

Чтобы рассчитать шунт для амперметра, мне понадобится несколько параметров измерительной головки (индикатора): сопротивление рамки (Rram), ток, при котором стрелка индикатора отклоняется как можно дальше (Iind) и верхнее текущее значение, которое индикатор должен измерить в будущем (Imax). Максимальный измеряемый ток составляет 10 A. Теперь необходимо определить Iind, который получается экспериментально. Но для этого необходимо собрать небольшую схему.

Используйте резистор R1 для получения максимального отклонения стрелки индикатора и снимите это показание с тестера PA1. В моем случае Iind = 0,0004 A. Сопротивление рамы Rram также измеряется тестером и составляет 1 кОм. Все параметры известны, теперь осталось рассчитать сопротивление шунта амперметра (индикатора).

Для расчета шунта для амперметра воспользуемся следующей формулой:

Rf=Rram * Iind / Imax; получаем Rf=0,04 Ом.

Основным требованием к шунтам является их способность пропускать токи, не вызывая чрезмерного нагрева, т.е. иметь стандарты плотности тока для проводников. В качестве шунтов используются различные материалы. Поскольку у меня нет под рукой “другого материала”, я буду использовать старый добрый медный проводник.

Затем, предполагая, что Rx=0,04 Ом, мы выбираем кусок медной проволоки соответствующего размера из книги по сопротивлению медных проводников. Чем больше диаметр, тем лучше, но при этом увеличивается длина медного провода. Я проигнорирую эти требования и выберу метровую длину. Для меня самое главное – не расплавить шунт, тем более что я не собираюсь использовать его более чем на 6 А. Я скручиваю выбранный медный провод и припаиваю его параллельно измерительной головке. Вот и все, шунт готов. Теперь осталось отрегулировать сопротивление шунта и более точно откалибровать шкалу измерителя. Это делается экспериментально.

Вольтметры разработаны и изготовлены для использования в стационарных установках, при монтаже на панели и для полевых измерений (переносные).

Погрешности измерения

Погрешность измерения вольтметра напрямую связана с выходным напряжением наводки. Общие возмущения обычно изменяют параметры сопротивления. Это может привести к значительному снижению данного параметра. На сегодняшний день существует три проверенных метода борьбы со всеми видами помех в вольтметрах. Первый метод заключается в использовании экранированных кабелей

Очень важно, чтобы вход схемы был изолирован от оборудования.

Второй метод заключается в использовании интегрирующего элемента. Таким образом, период интерференции может быть значительно сокращен. Последний способ заключается в установке специальных фильтров на вольтметры. Их основная задача – увеличить сопротивление в электрической цепи. Таким образом, амплитуда помех на выходе после устройства значительно снижается. Следует также отметить, что многие системы передатчиков способны значительно увеличить скорость измерений. Однако по мере увеличения производительности точность записи данных снижается. В результате эти преобразователи могут вызывать большие помехи в электрической цепи.

Читайте далее: