Подключение амперметра через шунт. Подбор и расчет устройства

Что же такое шунт? Это слово заимствовано из английского языка («shunt», и дословно означает «ответвление»). Физически это сопоставимо, так как через этот элемент, подключенный параллельно к измерительному прибору, проходит большая часть тока, а меньшая – ответвляется в сам прибор. В этом его принцип действия аналогичен байпасу, установленному в системах отопления.

Устройство амперметра

Чтобы осознать необходимость включения амперметра через шунт, напомним вкратце его устройство.

Внутри поля постоянного магнита находится катушка – рамка. По ее виткам протекает измеряемый ток. В зависимости от величины измеряемого параметра положение катушки относительно постоянного магнитного поля изменяется. На ее оси жестко закреплена стрелка прибора. Чем больше измеряемый ток, тем больше отклоняется стрелка.

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.

Из этой конструкции следует, что величина тока в рамке конструктивно ограничена. Пружины и растяжки не могут одновременно быть достаточно упругими и иметь большое сечение.

Подключение амперметра через трaнcформатор тока

Расширение пределов измерения амперметра возможно, если использовать дополнительно устройство, называемое трaнcформатор тока. Работает оно по принципу обычного трaнcформатора, 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 трaнcформаторы имеют соответствующие габариты и применяются только в промышленных сетях. В малогабаритных же устройствах их использование нецелесообразно.

Подключение амперметра через шунт

Если прибор включается в измерительную цепь напрямую, без трaнcформатора 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:

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 пpaктике проводится точная подгонка сопротивления шунта и калибровка амперметра.

Подгонка измерительной системы

Для изготовления заводских изделий используются материалы, не изменяющие своих хаpaктеристик 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.

Как подключить вольтметр амперметр

Очень часто начинающие радиолюбители задают один и тот же вопрос: — Как подключить универсальный китайский вольтметр амперметр к самодельному зарядному устройству или регулируемому блоку питания? В последнее время меня буквально заваливают вопросами, как подключить, куда подключить. Поэтому я решил написать специально отдельную статью, в которой подробно расскажу, как и каким образом подключить китайский вольтметр амперметр к зарядному устройству или самодельному регулируемому блоку питания.

На сегодняшний день существует две популярные китайские, универсальные модели вольтметров амперметров со встроенным шунтом, которые так любят покупать в Китае на АлиЭкспресс все без исключения начинающие и профессиональные радиолюбители.

Давайте детально рассмотрим две модели самых популярных вольтметров амперметров китайского производства.

Оба прибора имеют пять проводов для подключения к блоку питания. У первого слева три толстых провода (черный, синий, красный) и два тонких (черный, красный). Тонкие провода предназначены для питания прибора: красный плюс, черный минус. Толстые провода: Черный минус амперметра, синий выход амперметра, красный вход вольтметра.

Второй прибор также имеет пять проводов три тонких (черный, красный, желтый) и два толстых провода (черный, красный). Тонкие провода предназначены для питания прибора: красный плюс, черный минус, желтый вход вольтметра. Толстые провода: черный минус амперметра, красный выход амперметра.

В каждый китайский универсальный измерительный прибор (КУИП) встроен измерительный шунт для амперметра, а это большой плюс, потому, что не надо ничего «колхозить», сделано по принципу «поставил и забыл». В некоторых КУИПах шунт изогнутый буквой «М» и блестящий, мне достались экземпляры с медным «П» образным шунтом. Как я понял, на качество измерений форма и цвет шунта никак не влияет.

У приборов на плате имеются подстроечные SMD резисторы с помощью которых, есть возможность подкорректировать показания вольтметра и амперметра.

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра амперметра первой модели к зарядному устройству из компьютерного блока питания.

Схема подключения вольтметра амперметра и вентилятора к зарядному устройству из компьютерного блока питания

Питание прибора осуществляется от отдельного источника питания в данном случае это пяти вольтовая зарядка от телефона, которую легко разместить в корпусе блока питания. Дело в том, что если подключить вольтметр амперметр к регулируемому выходу блока питания, то при понижении напряжения менее 4.5В прибор просто перестанет работать. Скорость вентилятора то же будет снижаться, но при низком напряжении радиаторы блока питания будут немного теплыми и ничего страшного не произойдет.

При выходном напряжении более 12В стабилизатор напряжения L7812CV включается в работу и тем самым поддерживает постоянное напряжение на вентиляторе не более 12В.

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра амперметра второй модели к зарядному устройству из компьютерного блока питания.

Схема подключения вольтметра амперметра и вентилятора к зарядному устройству из компьютерного блока питания

С зарядным устройством из компьютерного блока питания все понятно. Давайте рассмотрим схему подключения китайского вольтметра амперметра первой модели к регулируемому блоку питания. В верхней части схемы изображен регулируемый блок питания с защитой от короткого замыкания, состоящий из диодного моста, конденсатора, стабилизатора напряжения LM317, транзистора MJE13009, переменного резистора и трех постоянных резисторов.

Схема подключения вольтметра амперметра к регулируемому блоку питания

В нижней части схемы вентилятор и китайский вольтметр амперметр подключаются через стабилизатор напряжения L7812CV к выходу диодного моста параллельно конденсатору С1. Стабилизированное напряжение на вентиляторе и КУИПе не более 12В.

На этом рисунке изображена схема подключения китайского вольтметра амперметра второй модели к регулируемому блоку питания.

Схема подключения вольтметра амперметра к регулируемому блоку питания

Многие радиолюбители предпочитают устанавливать в зарядные устройства и регулируемые блоки питания аналоговые китайские измерительные приборы (КИП) за многие годы не утратившие своей популярности. Поэтому предлагаю рассмотреть схему подключения классического стрелочного вольтметра и амперметра.

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра и амперметра со встроенным токоизмерительным шунтом.

Схема подключения вольтметра и амперметра со встроенным шунтом к блоку питания

Вольтметр подключается параллельно к источнику питания с соблюдением полярности. На приборе должны быть отметки плюс и минус. Амперметр обычно подключают в разрыв минусового провода после вольтметра. Так же можно подключить в разрыв плюсового провода на точность измерений способ подключения прибора никак не влияет. Главное условие, соблюдение полярности.

Иногда бывают амперметры без встроенного токоизмерительного шунта. Тогда шунт приходится покупать отдельно. Чтобы у вас не было дополнительных расходов, перед покупкой амперметра всегда уточняйте у продавца наличие шунта внутри прибора. Иногда стоимость отдельного шунта больше стоимости прибора со встроенным шунтом.

Читать еще:  Эпоксидный клей температура применения

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра и амперметра с отдельным токоизмерительным шунтом к блоку питания.

Схема подключения вольтметра и амперметра с отдельным шунтом к блоку питания

Шунт всегда подключается параллельно амперметру. Без него прибор просто сгорит. Как подобрать шунт? Если прибор рассчитан на 10А, значит и шунт должен быть на 10А. На каждом шунте имеется маркировка указывающая на какую силу тока он рассчитан.

Ну вот и все, моя статья подошла к концу, у вас теперь есть новая пища для размышлений.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как подключить вольтметр амперметр

Шунты для амперметра: подключение, применение и изготовление

Амперметр – прибор, замеряющий силу проходящего в электрической цепи тока, который часто бывает немалым. По закону Ома, чтобы пропустить больший ток, амперметр должен иметь как можно меньшее сопротивление. Решение – включение параллельно прибору шунта, обеспечивающего такое низкое значение сопротивления.

Зачем нужен шунт?

Шунт – это полосковая линия (усиленная дорожка на плате) или отрезок провода с достаточно толстым сечением, низкоомная (менее 1 Ом) катушка или резистор с мощностью от 10 Вт. Он используется, когда, например, амперметр, рассчитанный на ток в 10 А, не может замерить, скажем, 50-амперный ток, потрeбляемый включёнными в электроцепь источника питания устройствами. На жаргоне электриков это явление называется «на шкале не хватает ампер». А точнее – диапазон замеров по току на этом же амперметре не охватывает такие высокие токи.

Расчёт сопротивления шунта

Кроме закона Ома для участка цепи – её разрыва, в который включён амперметр, – в расчёт берётся и формула Кирхгофа. Общий ток, протекающий в месте включения прибора, равен сумме токов, проходящих через сам амперметр и его шунт.

Сопротивление амперметра в разы больше внешнего шунта. Ток, проходящий по внешнему шунту, в эти же несколько раз больше, чем на самом амперметре.

В случае с цифровым прибором, где вместо измерительной головки используется датчик тока и аналого-цифровой преобразователь, распределение токов, составляющих общий ток цепи, не меняется.

Схема включения устройства

Амперметр включается последовательно в разрыв цепи. Последний может находиться в любом её месте. Сам прибор показывает, сколько ампер в час потрeбляет эта цепь. Внешний шунт также включается последовательно в цепь, но в тот же самый разрыв, получается, параллельно самому амперметру.

Что можно использовать?

В идеале используют отрезок провода или проволоки из металла или сплава, незначительно меняющего своё электрическое сопротивление при нагреве. А нагреваться шунт будет обязательно – хотя бы до нескольких десятков градусов, так как по нему протекает ток в единицы и десятки ампер. Специалисты рекомендуют использовать сплав манганина. Манганиновая проволока (или лента) считается наиболее устойчивым электротехническим элементом: её температурный коэффициент сопротивления в 200 раз меньше, чем у меди, и в 300 раз ниже по сравнению с железом. Использование медных и стальных шунтов способно нести ощутимую погрешность при значительных токах, вызывающих их нагрев.

Но для приблизительной оценки иногда используют распрямлённую канцелярскую скрепку или отрезок провода.

Если речь идёт о внушительной силе тока от сотен до тысяч ампер – например, при старте двигателя «КамАЗа», где создаётся пусковой ток в 500 и более ампер для раскручивания стартером вала двигателя, – простой шунт здесь попросту расплавится. Необходимо использовать токовые клещи – они являются более мощной версией шунта. Аналогично поступают в электроустановках и распределителях с высоким напряжением, где общий ток потребителей довольно высок.

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 пpeдoxpaнители 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.

Переградуировка прибора

Новую градуировку обновлённого стрелочного амперметра под новый шунт нужно произвести следующим образом.

1. Снимите переднюю часть корпуса (смотровое окно прибора) вместе со стеклом.
2. Подключите одну из лампочек известного номинала последовательно с амперметром к батарее или сетевому адаптеру питания. Так, на лампочках накаливания указывается ток в амперах и напряжение в вольтах. Если вы подключаете светодиодную панель или фару, на которой, например, указано напряжение 12 В и мощность в 24 Вт – вашим рабочим током будет 2 А (мощность, делённая на напряжение источника питания).
3. Отметьте, на какой угол отклонилась стрелка прибора, точкой с числом (в данном случае это 2).
4. Идеальный вариант – включите параллельно друг с другом одинаковые лампочки или фары, увеличивая их число каждый раз на одну. Так можно «прометить» всю шкалу амперметра. Этот способ хорош для переменного тока – шкала амперметра получается нелинейной за счёт влияния частоты тока и падения части напряжения на диодах. Разметка «на глаз» или с использованием трaнcпортира (или по уже имеющейся «линейке» прибора), как часто делают при постоянном токе, не подойдёт. Лучше перестраховаться и сделать точнее.
5. Закончив разметку, соберите прибор и проверьте, надёжно ли держится крепление шунта, хорош ли электрический контакт между ним и амперметром. Если габариты амперметра позволяют, шунт часто заливают эпоксидным клеем, а затем получившийся элемент (в виде бруска) приклеивают к задней стенке измерительной головки.

Амперметр с новым шунтом готов к работе. Можно подключить щупы или токовые клещи.

С несколькими шунтами

Из амперметра получится и самодельный килоамперметр. Так, из 100-амперного прибора легко сделать амперметр на 2 кА. Более высокие значения на пpaктике вряд ли понадобятся. Если у вас в наличии имеется прибор с одноамперным диапазоном измерений, сделайте несколько коммутируемых шунтов. Незачем переразмечать шкалу – достаточно подобрать шунты на 5, 10, 50, 100 и более ампер. Они помещаются в один внешний корпус вместе с выходными клеммами (для щупов) и многопозиционным переключателем, рассчитанным на такие значения тока.

Режимы помечаются маркером «x5», «x10» и так далее. Когда режим один, а амперметр переделан из одно- в десятиамперный, то слева от буквы «А» надпишите «x10» меньшим шрифтом.

При изготовлении многорежимного амперметра провода, соединяющие переключатель с шунтами и прибором, должны быть максимально короткими. Излишне длинные провода, подключённые к готовому шунту, имеющему точное сопротивление, и уже проградуированному прибору, приведут к заметной погрешности измерений – они включаются последовательно с шунтом и прибором, имеют своё, пусть и очень малое, сопротивление. Переключатель низкого качества со значительно окисленными контактами приведёт к тому, что прибор попросту начнёт «врать» – его токоведущие части и замыкающий подпружиненный шарик также вносят паразитное сопротивление.

Заводские амперметры проходят тщательную поверку, едва сойдя с конвейера. Недочёты учитываются при выпуске приборостроительным заводом следующей партии амперметров. Амперметры, имеющие значительную погрешность, бpaкуются и направляются на переработку.

О том, как произвести расчет шунта для амперметра, смотрите далее.

Шунт для амперметра своими руками

Многие домашние электрики недовольны тестерами промышленного производства, поэтому задумываются о том, как из амперметра сделать вольтметр, а также как повысить функциональность тестера промышленного производства. Для этой цели можно изготовить специальный шунт.

Читать еще:  Какое масло заливать в компрессор воздушный зимой

Перед тем как приступить к работе, следует выполнить расчет шунта для микроамперметра и найти материал, обладающий хорошей проводимостью.

Конечно, для большей точности измерений можно просто приобрести миллиамперметр, но такие приборы стоят довольно дорого, а применять их на пpaктике приходится весьма редко.

В последнее время в продаже появились тестеры, рассчитанные на большое напряжение и сопротивление. Для них шунт не нужен, но и стоимость их очень высока. Для тех, кто использует классический тестер, изготовленный еще в советское время, или пользуется самодельным, шунт просто необходим.

Недостатки промышленного амперметра

Подобрать токовый амперметр — дело непростое. Большинство приборов выпускается на Западе, в Китае или в странах СНГ, и в каждой стране к ним предъявляют свои индивидуальные требования. Также в каждой стране свои допустимые величины постоянного и переменного тока, требования к розеткам. В связи с этим при подключении амперметра западного производства к отечественному оборудованию может оказаться, что прибор не может правильно измерить силу тока, напряжение и сопротивление.

С одной стороны, такие устройства очень удобны. Они компактны, снабжаются зарядным устройством и просты в пользовании. Классический стрелочный амперметр не занимает много места и имеет визуально понятный интерфейс, но он часто не рассчитан на существующее напряжение сопротивление. Как говорят бывалые электрики, на шкале «не хватает ампер». Приборы, устроенные таким образом, обязательно нуждаются в шунтировании. Например, бывают ситуации, когда нужно измерить величину до 10а, а на шкале прибора отсутствует цифра 10.

Вот основные недостатки классического фабричного амперметра без шунта:

• Большая погрешность в измерениях;
• Диапазон измеряемых величин не соответствует современным электроприборам;
• Крупная калибровка не позволяет измерять малые величины;
• При попытке измерить большую величину сопротивления прибор «зашкаливает».

Для чего нужен шунт

Шунт необходим для того, чтобы правильно измерить сопротивление в тех случаях, если амперметр не предназначен для измерения таких величин. Если домашний мастер часто имеет дело с такими величинами, есть смысл изготовить шунт для амперметра своими руками. Шунтирование значительно повышает точность и эффективность его работы. Это важное и нужное устройство для тех, кто часто пользуется тестером. Обычно его используют владельцы классического амперметра 91с16. Вот основные преимущества самодельного шунта:

• Позволяет измерить сопротивление там, где у фабричного или самодельного амперметра не хватает делений на шкале;
• Помогает адаптировать зарубежные амперметры к российским электрическим цепям;
• Точность тестера значительно увеличивается;
• Защищает тестер от поломок и продлевает срок его службы. Любая ситуация, когда тестер «зашкаливает» является стрессом для прибора. Если амперметр «зашкаливает» часто (обычно так бывает, если он отсутствует), прибор быстро выходит из строя, а починить его непросто (легче купить новый).

Порядок изготовления

С самостоятельным изготовлением шунта легко справится даже первокурсник профессионально-технического училища или начинающий электрик-любитель. Если подключить это устройство соответствующим образом, оно значительно увеличит точность амперметра и прослужит долго. В первую очередь необходимо произвести расчет шунта для амперметра постоянного тока. Узнать о том, как производить расчеты, можно через интернет или из специализированной литературы, адресованной домашним электрикам. Рассчитать шунт можно с помощью калькулятора.

Для этого нужно просто подставить конкретные значения в готовую формулу. Для того чтобы воспользоваться схемой расчета, необходимо знать реальные напряжение и сопротивление, на которые рассчитан конкретный тестер, а также представлять себе тот диапазон, до которого нужно расширить возможности тестера (это зависит от того, с какими именно приборами чаще всего приходится иметь дело домашнему электрику).

Для изготовления прекрасно подойдут такие материалы:

• Стальная скрепка;
• Моток медной проволоки;
• Манганин;
• Медный провод.

Можно приобрести материалы в специализированных магазинах или воспользоваться тем, что есть дома.

По сути, шунт — это источник дополнительного сопротивления, снабженный четырьмя зажимами и подсоединенный к прибору. Если для его изготовления используется стальная или медная проволока, не стоит скручивать его в виде спирали.

Лучше аккуратно уложить его в виде «волн». Если шунт рассчитан правильно, тестер будет работать намного лучше, чем раньше.

Металл для изготовления этого устройства должен хорошо проводить тепло. А вот индуктивность в том случае, если домашний электрик имеет дело с протеканием большого тока, может негативно повлиять на результат и способствовать его искажению. Это тоже нужно иметь в виду при изготовлении шунта в домашних условиях.

Полезные советы

Если домашний электрик решил приобрести амперметр промышленного производства, следует выбирать прибор с мелкой калибровкой, потому что он будет более точным. Тогда, возможно, не понадобится и самодельный шунт.

При работе с тестером следует соблюдать элементарную технику безопасности. Это поможет избежать серьезных травм, вызванных поражением электрическим током.

Если тестер систематически «зашкаливает», использовать его не стоит.

Возможно, что прибор или неисправен, или не способен показать правильный результат измерений без дополнительного приспособления. Лучше всего приобретать современные амперметры отечественного производства, потому что они лучше подходят для тестирования электроприборов нового поколения. Перед тем как начинать работу с тестером, следует внимательно прочитать инструкцию по эксплуатации.

Шунт — прекрасный способ оптимизировать работу домашнего электрика по тестированию электрических цепей. Для того чтобы сделать это устройство своими руками, понадобятся только исправный тестер промышленного производства, подручные материалы и элементарные познания в области электрики.

Подключение амперметров к сети

С измерением силы тока мы сталкиваемся очень часто. Для того чтобы узнать мощность устройства, сечения кабеля для его питания, нагрев проводов и прочих элементов – это все зависит от силы тока. Для того чтобы непосредственно измерять эту силу, придумали устройство именуемое амперметром. Амперметр подключается в измеряемую цепь только последовательно. Почему? Разберем чуть ниже.

Как известно сила тока это отношение количества зарядов ∆Q, которые прошли через некоторую поверхность за время ∆t. В системе СИ измеряется в амперах А (1 А = 1 Кл/с). Для того чтобы измерять количество прошедших зарядов, амперметр нужно включить в цепь последовательно.

Чтобы минимизировать влияние измерительного сопротивления амперметра и соответственно уменьшить мощность потерь при измерении его делают как можно меньше . Если амперметр с таким внутренним сопротивлением подключить параллельно, то в цепи произойдет короткое замыкание. Пример схемы включения:

Постоянный ток измеряют приборами непосредственной оценки в диапазоне 10 -3 – 10 2 А, электронными аналоговыми, цифровыми, магнито-электрическими, электромагнитными, электродинамическими приборами — миллиамперметрами и амперметрами. Если ток свыше 100 А применяют шунт:

Шунты как правило, изготавливают на разные токи. Шунт – это медная пластина, имеющая определенное сопротивление. При протекании тока через пластину, на ней, согласно закону Ома U=I*R падает какое-то напряжение, то есть между точками 1 и 2 возникает напряжение, которое будет воздействовать на катушку прибора.

Сопротивление шунта, как правило, подбирают из соотношений:

Где R_и – сопротивление измерительной обмотки прибора, — коэффициент шунтирования, I – измеряемый, а I_и – максимально допустимый ток измерительного механизма.

Если измеряют переменный ток, то важно знать какое его значение измеряется (амплитудное, среднее, действующее). Это важно, так как все шкалы градуируются обычно в значениях действующих.

Переменные значения выше 100 мкА измеряют обычно выпрямительными микроамперметрами, а ниже 100 мкА – цифровыми микроамперметрами. Для измерений в диапазоне от 10 мА до 100 А используют выпрямительные, электродинамические, электромагнитные приборы, которые работают в диапазоне частот до нескольких десятков килогерц, а также термоэлектрические, частотный диапазон которых — до сотен мегагерц.

Для измерения переменных величин от 100 А и выше используют приборы, но с использованием трaнcформаторов тока:

Tрaнcформатор тока – это устройство, в котором первичная обмотка подключена к источнику тока (или как видно с рисунка ниже, первичная обмотка «одевается» на шину или кабель), а вторичная на измерительную обмотку какого-либо измерительного устройства (обмотка измерительного устройства или датчика должна иметь малое сопротивление).

Для измерения различного рода токов используют различные методы и средства. Чтобы правильно измерять необходимую величину и не нанести при этом никакого вреда, нужно правильно применять каждый метод измерения.

Подключение амперметра и вольтметра в сети постоянного и переменного тока

Постоянный ток не меняет направления во времени. Примером может служить батарейка в фонарике или радиоприемнике, аккумулятор в автомобиле. Мы всегда знаем, где положительная клейма источника питания, а где отрицательная.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения. Такой ток протекает в нашей розетке, когда мы к ней подключаем нагрузку. Тут нет положительного и отрицательного полюса, а есть только фаза и ноль. Напряжение на нуле близко по потенциалу с потенциалом земли. Потенциал же на фазовом выводе меняется с положительного до отрицательного с частотой 50 Гц, го есть ток под нагрузкой будет менять свое направление 50 раз в секунду.

Читать еще:  Жучок в виде зарядного устройства

В течение одного периода колебания величина тока повышается от нуля до максимума, затем уменьшается и проходит через ноль, а потом совершается обратный процесс, но уже с другим знаком.

Получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного: меньше потерь энергии, С помощью трaнcформаторов мы можем легко менять напряжение переменного тока.

При передаче большого напряжения требуется меньший ток для той же мощности. Это позволяет использовать более тонкие довода. В сварочных трaнcформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Измерение постоянного тока

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником электроэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы пpaктически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Шунт

Пределы измерения амперметров, предназначенных для проведения измерений в цепях постоянного тока, расширяемы, путем подключения амперметра не напрямую измерительной катушкой последовательно нагрузке, а путем подключения измерительной катушки амперметра параллельно шунту.

Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. То есть прибор фактически измерит падение напряжения на шунте известного сопротивления, и ток будет прямо пропорционален этому напряжению.

Пpaктически амперметр сработает в роли милливольтметра. Тем не менее, поскольку шкала прибора градуирована в амперах, пользователь получит информацию о величине измеряемого тока. Коэффициент шунтирования выбирают обычно кратным 10.

Шунты, рассчитанные на токи до 50 ампер монтируют непосредственно в корпуса приборов, а шунты для измерения больших токов делают выносными, и тогда прибор соединяют с шунтом щупами. У приборов, предназначенных для постоянной работы с шунтом, шкалы сразу градуированы в конкретных значениях тока с учетом коэффициента шунтирования, и пользователю уже не нужно ничего вычислять.

Если шунт наружный, то в случае с калиброванным шунтом — на нем указывается номинальный ток и номинальное напряжение: 45 мВ, 75 мВ, 100 мВ, 150 мВ. Для текущих измерений выбирают такой шунт, чтобы стрелка отклонялась бы максимум — на всю шкалу, то есть номинальные напряжения шунта и измерительного прибора должны быть одинаковыми.

Если речь идет об индивидуальном шунте для конкретного прибора, то все, конечно, проще. По классам точности шунты делятся на: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 — это допустимая погрешность в долях процента.

Шунты изготавливают из металлов с малым температурным коэффициентом сопротивления, и обладающих значительным удельным сопротивлением: константан, никелин, манганин, — чтобы когда протекающий через шунт ток нагревает его, это не отражалось бы на показаниях прибора. Еще для снижения температурного фактора при измерениях, последовательно с катушкой амперметра включают добавочный резистор из материла такого же рода.

Измерение постоянного напряжения

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, — он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

Добавочный резистор

И чтобы расширить пределы измерения вольтметра, последовательно с его рабочей обмоткой включается добавочный резистор, чтобы только часть измеряемого напряжения приходилась бы непосредственно на измерительную обмотку прибора, пропорционально ее сопротивлению. А при известном значении сопротивления добавочного резистора, по зафиксированному на нем напряжению легко определяется полное измеряемое напряжение, действующее в данной цепи. Так работают все классические вольтметры.

Коэффициент, появляющийся в результате добавления добавочного резистора, покажет, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения, приходящегося на измерительную катушку прибора. То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

Добавочный резистор встраивается в прибор. Для снижения влияния температуры окружающей среды на измерения, добавочный резистор изготавливают из материала обладающего малым температурным коэффициентом сопротивления. Поскольку сопротивление добавочного резистора во много раз больше сопротивления прибора, то и сопротивление измерительного механизма прибора в итоге не зависит от температуры. Классы точности добавочных резисторов выражаются аналогично классам точности шунтов — в долях процентов обозначают величину погрешности.

Чтобы еще больше расширить пределы измерения вольтметров, применяют делители напряжения. Это делается для того, чтобы при измерении на прибор приходилось напряжение, соответствующее номиналу прибора, то есть не превышало бы предел на его шкале. Коэффициентом деления делителя напряжения называется отношение входного напряжения делителя к выходному, измеряемому напряжению. Коэффициент деления берут равным 10, 100, 500 и более, в зависимости от возможностей применяемого вольтметра. Делитель не вносит большой погрешности, если сопротивление вольтметра также высоко, а внутреннее сопротивление источника мало.

Измерение переменного тока

Чтобы точно измерить прибором параметры переменного тока, необходим измерительный трaнcформатор. Измерительный трaнcформатор, применяемый в целях измерений, к тому же дает персоналу безопасность, поскольку благодаря трaнcформатору достигается гальваническая развязка от цепи высокого напряжения. Вообще, техника безопасности запрещает подключать электроизмерительные приборы без таких трaнcформаторов.

Применение измерительных трaнcформаторов позволяет расширить пределы измерения приборов, то есть появляется возможность измерять большие напряжения и токи при помощи низковольтных и слаботочных приборов. Так, измерительные трaнcформаторы бывают двух типов: трaнcформаторы напряжения и трaнcформаторы тока.

Измерительный трaнcформатор напряжения

Чтобы измерить переменное напряжение применяют трaнcформатор напряжения. Это понижающий трaнcформатор с двумя обмотками, первичная обмотка которого присоединяется к двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение, а вторичная — непосредственно к вольтметру. Измерительные трaнcформаторы на схемах изображают как обычные трaнcформаторы.

Tрaнcформатор без нагруженной вторичной обмотки работает в режиме холостого хода, и при подключенном вольтметре, сопротивление которого велико, трaнcформатор остается пpaктически в этом режиме, и поэтому можно считать измеренное напряжение пропорциональным напряжению, приложенному к первичной обмотке, с учетом коэффициента трaнcформации, равного соотношению количеств витков во вторичной и первичной его обмотках.

Таким образом можно измерять высокое напряжение, при этом на прибор будет подаваться небольшое безопасное напряжение. Останется умножить измеренное напряжение на коэффициент трaнcформации измерительного трaнcформатора напряжения.

Те вольтметры, которые изначально предназначены для работы с трaнcформаторами напряжения, имеют градуировку шкалы с учетом коэффициента трaнcформации, тогда по шкале без дополнительных вычислений сразу видно значение измененного напряжения.

В целях повышения безопасности при работе с прибором, на случай повреждения изоляции измерительного трaнcформатора, один из выводов вторичной обмотки трaнcформатора и его каркас сначала заземляются.

Измерительные трaнcформаторы тока

Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трaнcформаторы тока. Это двухобмоточные повышающие трaнcформаторы. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь, а вторичная — к амперметру. Сопротивление в цепи амперметра мало, и получается, что трaнcформатор тока работает пpaктически в режиме короткого замыкания, при этом можно считать, что токи в первичной и вторичной обмотках относятся друг к другу как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Подобрав подходящее соотношение витков, можно измерять значительные токи, при этом через прибор всегда будут протекать токи достаточно малые. Останется умножить измеренный во вторичной обмотке ток на коэффициент трaнcформации. Те амперметры, которые предназначены для постоянной работы совместно с трaнcформаторами тока, имеют градуировку шкал с учетом коэффициента трaнcформации, и по шкале прибора без вычислений можно легко считать значение измеряемого тока. С целью повышения безопасности персонала, один из выводов вторичной обмотки измерительного трaнcформатора тока и его каркас сначала заземляются.

Во многих применениях удобны проходные измерительные трaнcформаторы тока, у которых магнитопровод и вторичная обмотка изолированы и расположены внутри проходного корпуса, через окно которого проходит медная шина с измеряемым током.

Вторичная обмотка такого трaнcформатора никогда не оставляется разомкнутой, ибо сильное увеличение магнитного потока в магнитопроводе может не только привести к его разрушению, но и навести на вторичной обмотке опасную для персонала ЭДС. Чтобы провести безопасное измерение, вторичную обмотку шунтируют резистором известного номинала, напряжение на котором будет пропорционально измеряемому току.

Для измерительных трaнcформаторов хаpaктерны погрешности двух видов: угловая и коэффициента трaнcформации. Первая связана с отклонением угла сдвига фаз первичной и вторичной обмоток от 180°, что приводит к неточным показаниям ваттметров. Что касается погрешности связанной с коэффициентом трaнcформации, то это отклонение показывает класс точности: 0,2, 0,5, 1 и т. д. — в процентах от номинального значения.