Измерительные шунты и добавочные резисторы

Измерительные ш унты

К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный механизм измерительного прибора.

Ш унты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

Рис. 1. Схема соединения измерительного механизма с шунтом

На рис. 1 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма измерительного прибора с шунтом R ш. Ток I и протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью

I и = I (R ш / R ш + R и),

где R и — сопротивление измерительного механизма.

где n = I / I и — коэффициент шунтирования.

Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до 30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

На рис. 2 показан наружный шунт на 2000 А Он имеет массивные наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Зажимы шунта А и Б — токовые.

Рис 2 Наружный шунт

Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам В и Г, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

Наружные шунты обычно выполняются калиброванными, т е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения.

На рис. 3, а, б показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный шунт состоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в зависимости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 3, а) или путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 3, б).

При работе шунтов с измерительными приборами на переменном токе возникает дополнительная погрешность от изменения частоты, так как сопротивления шунта и измерительного механизма поразному зависят от частоты.

Рис.3. Схемы многопредельных измерительных шунтов: a — шунта с рычажным переключателем, б — шунта с отдельными выводами

Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.

Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток, а на значение тока непосредственно реагируют измерительные механизмы вольтметров.

Добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров различных систем и других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, например, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д.

Добавочный резистор включают последовательно с измерительным механизмом (рис. 4). Ток I и в цепи, состоящий из измерительного механизма с сопротивлением Rи и добавочного резистора с сопротивлением Rд, составит:

где U — измеряемое напряжение.

Если вольтметр имеет предел измерения Uном и сопротивление измерительного механизма Rи и при помощи добавочного резистора Rд надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая постоянство тока I и, протекающего через измерительный механизм вольтметра, можно записать:

U ном / R и = n U ном / (Rи + Rд)

Рис 4. Схема соединения измерительного механизма с добавочным резистором

Добавочные резисторы изготовляются обычно из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока.

Добавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную обмотку для получения безреактивного сопротивления.

При применении добавочных резисторов не только расширяются пределы измерения вольтметров, но и уменьшается их температурная погрешность.

В переносных приборах добавочные резисторы изготовляются секционными на несколько пределов измерения (рис. 5).

Рис. 5. Схема многопредельного вольтметра

Добавочные резисторы бывают внутренние и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и подразделяются на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальный резистор применяется только с тем прибором, который с ним градуировался. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

Калиброванные добавочные резисторы делятся на классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Они выполняются на номинальные токи от 0,5 до 30 мА.

Добавочные резисторы применяются для преобразования напряжений до 30 кВ.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Электротехника и электроника (стр. 3 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4

Следует запомнить, что на широко применяемых калибро­ванных шунтах указывается номинальный ток, номинальное на­пряжение шунта и класс точности. Под номинальным напряжени­ем шунта понимается падение напряжения на сопротивлении шун­та (между потенциальными его зажимами) при прохождении по нему номинального тока.

Калиброванные шунты пригодны для подключения к любому амперметру, номинальное падение напряжения на измерительном механизме которого равно напряжению шунта.

Для исключения излишней погрешности измерения и повре­ждения прибора должна быть верно составлена измерительная схема. Правильным включением прибора и шунта является такое, когда в разрыв цепи измеряемого тока I последовательно с нагруз­кой к токовым зажимам присоединяется шунт, а параллельно ему к потенциальным зажимам присоединяется прибор (см. рис.25).

При правильно составленной схеме шунт и измерительный механизм соединяются параллельно и к ним применимы все соот­ношения для параллельных цепей.

Расчетная формула для определения сопротивления шунта:

Rш = ,

где n = — шунтирующий множитель;

Сопротивление шунтов необходимо вычислять с точностью до 5-го знака.

При известных значениях сопротивлений шунта и измери­тельного механизма можно определить ток, проходящий через из­мерительный механизм, в зависимости от измеряемого тока:

Iи = I · .

Для расширения пределов измерения вольтметров различных систем и для расширения пределов измерения в параллельных це­пях ваттметров и других приборов применяются добавочные рези­сторы. На калиброванном резисторе указываются номинальный ток, номинальное напряжение на его зажимах, класс точности и значение сопротивления резистора.

При правильно составленной схеме измерения измеритель­ный прибор совместно с последовательно соединенным с ним до­бавочным резистором включается параллельно нагрузке, на кото­рой выполняется измерение напряжения (см. рис.26).

Так как добавочный резистор и измерительный механизм включаются последовательно, то к ним применимы все соотноше­ния для последовательных цепей.

В результате можно вывести расчетную формулу’ для опреде­ления сопротивления добавочного резистора:

где m = — множитель добавочного резистора;

Uи- номинальное напряжение измерительного механизма;

При решении задач №№ 11-20 следует разобрать решение примеров 14 и 15 и материал по [4], §4.10.

Измерительный механизм амперметра магнитоэлектрической системы рассчитан на ток Iи=25 мА. напряжение Uи =75 мВ, число делений шкалы αн =50. Схема соединения измерительного меха­низма с шунтом показана на рис.25.

Используя данный измерительный механизм, надо создать амперметр на номинальный ток (предел измерения) Iн=3 А.

Значение тока, измеренного амперметром, I=2,4 А.

сопротивление измерительного механизма Rи

сопротивление шунта Rш,

потери мощности в шунте Pш

потери мощности в измерительном механизме Ри

постоянную (цену деления шкалы) амперметра CI

отклонение стрелки прибора при измерении тока I α

Краткая запись условия:

Определить: Rи, Rш, Iш, Рш, Ри, СI, α.

1) Сопротивление измерительного механизма:

Rи = = = 3 Ом.

2) Шунтирующий множитель:

n = = = 120.

3) Сопротивление шунта:

Rш = = = 0,02521 Ом.

Iш =Iн – Iи = 3-0,025 = 2,975 А.

5) Потери мощности в шунте:

Рш = Uн · Iш = 75·10-3 · 2,975 = 223 · 10-3 Вт = 223 мВт.

6) Потери мощности в измерительном механизме:

Ри = Uи · Iи = 75·10-3 · 25 · 10-3 = 1875 · 10-6 Вт = 1,875 мВт.

7) Постоянная амперметра (цена деления):

CI = = = 0,06 A/дел.

8) Число делений, на которое отклонилась стрелка амперметра при измерении тока I:

α = = = 40,

Сопротивление измерительного механизма вольтметра маг­нитоэлектрической системы Rи=600 Ом, рассчитан он на напряже­ние Uи=1,2 В, число делений шкалы αн =75. Встроенный внутрь вольтметра добавочный резистор имеет сопротивление Rд=29,4 кОм.

Схема включения вольтметра с добавочным резистором по­казана на рис.26.

Отклонение стрелки вольтметра при измерении напряжения составило α=60 дел.

падение напряжения на добавочном резисторе Uд

предельное значение напряжения, которое можно

измерить вольтметром с добавочным резистором Uн

потери мощности в вольтметре РU

постоянную (цену деления шкалы) вольтметра СU

измеренное напряжение U

Краткая запись условия:

Определить: Iи, Uд, Uн, РU, CU U.

1) Ток вольтметра, он же ток измерительного механизма:

Iи = = = 0,002 A = 2 A.

2) Падение напряжения на добавочном резисторе:

Uд = Iи · Rд = 0,002· 29,4·103 = 58,8 В.

3) Номинальное значение прибора (предел измерения):

4) Постоянная прибора (цена деления):

СU = = = 0,8 В/дел.

5) Измеренное напряжение:

6) Потери мощности в вольтметре:

Данные задачи относятся к расчету выпрямителей перемен­ного тока, собранных на полупроводниковых диодах. Подобные схемы выпрямителей находят сейчас применение в различных электронных устройствах и приборах.

При решении задачи следует помнить, что основными пара­метрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан данный диод, и величина обратного на­пряжения Uo6p, которое диод выдерживает без пробоя в непрово­дящий период.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя за­даются величиной мощности потребителя Pd, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением Ud В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсю­да нетрудно определить ток потребителя:

Id = .

Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода Iдоп выбирают диоды в зависимости от выбранной схемы выпрямите­ля.

Технические данные полупроводниковых диодов

Источник

Расчет шунта для амперметра

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Тема 3.2 Расширение пределов измерения

Студент должен

знать:

— шунты, дополнительные сопротивления, измерительные трансформаторы;

— основные параметры измерительных трансформаторов;

уметь:

— рассчитать параметры шунта;

— рассчитать параметры дополнительного сопротивления;

— выбрать измерительный трансформатор;

— рассчитать новую цену деления и определить показания прибора.

Расширение пределов измерения в цепях постоянного тока: шунты, дополнительные сопротивления, расчет, схемы подключения. Расширение пределов измерения в цепях переменного тока: измерительные трансформаторы тока и напряжения, выбор, подключение. Режимы работы измерительных трансформаторов.

Материал для изучения

Шунты.

Для расширения пределов измерения по току электроизмерительных приборов при замерах в сетях постоянного тока применяются шунты. Непосредственно, т.е. без шунтов, включают в измерительную сеть только микроамперметры и миллиамперметры, пределы измерения которых не превышают 15 – 30 мА. При больших токах весь измеряемый ток пропустить через обмотку катушки измерительного механизма нельзя. Кроме того, при больших токах возможен нагрев токопроводящих спиральных пружин и изменение их упругих свойств. Поэтому при практических измерениях токов, превышающих ток, допустимый в рамке прибора, амперметры шунтируют, т.е. включают их таким образом, чтобы через них не протекал весь измеряемый ток.

Рис. 3.2.1. Схема включения приборов в цепь постоянного тока с измерительными преобразователями

Шунты представляют собой сопротивления, включаемые в цепь измеряемого тока. Параллельно сопротивлению шунта присоединяется амперметр. Шунт имеет очень небольшое сопротивление, и по нему проходит почти весь ток, тогда как к амперметру подводится лишь падение напряжения на зажимах шунта. Параллельно шунту подключается электроизмерительный прибор. Таким образом, вместо большого тока прибором измеряется небольшое падение напряжения. Включение в цепь измеряемого тока амперметра и параллельное подключение к нему шунта запрещается, так как в случае неисправности шунта через обмотку амперметра пойдет ток большой силы, что приведет к ее перегоранию.

Сила измеряемого тока равна I_изм = I_Ш + I_А,

где I_Ш – сила тока, протекающая через шунт, I_А – сила тока, протекающая через амперметр (см. рис. 3.2.1). При сохранении между сопротивлениями шунта R_ш и амперметра R_А известного соотношения

по показаниям амперметра можно будет определять значение измеряемого тока. Решая эти уравнения, получим: .

Отношение измеряемого тока к току, протекающему через амперметр, численно равное , называется шунтирующим множителем (или коэффициентом шунтирования) и показывает, во сколько раз расширяются пределы измерений амперметров при включении шунта. Сопротивление шунта можно выразить через шунтирующий множитель . Из этого равенства следует, что для расширения пределов измерения силы тока в р раз сопротивление шунта должно быть в (р – 1) раз меньше сопротивления амперметра.

Шунты делятся на внутренние и наружные.

Сопротивление шунта сравнительно мало (0,01 – 0,0001 Ом), и поэтому по сравнению с ним существенное значение имеет переходное сопротивление контактов и сопротивление соединительных проводов. Чтобы устранить влияние переходных сопротивлений контактов на показания электроизмерительных приборов, в шунтах применяют специальные зажимы: токовые – для включения шунта в измеряемую сеть (одна пара) и потенциальные – для подключения к шунту электроизмерительных приборов (одна или несколько пар). Присоединение амперметров к шунтам должно производиться калиброванными проводами с определенным сопротивлением (обычно 0,035 Ом), проверенными совместно с шунтов, а не случайно подобранными. Если по условиям размещения шунта и амперметра расстояние между ними превышает длину соединительных проводов, приданных амперметру, эти провода следует заменить более длинными, обязательно сохранив значение их сопротивления (увеличивая сечение проводов), иначе погрешность приборов увеличится.

Шунты применяют на судах в магнитоэлектрических приборах на постоянном токе. Применять шунты для электродинамических и других измерительных механизмов нецелесообразно, поскольку эти механизмы потребляют относительно большую мощность, что приводит к необходимости иметь значительные U_Ш, а следовательно, и R_Ш, что приводит, в свою очередь, к увеличению габаритов и массы шунта. Кроме того, применение шунтов на переменном токе тоже приводит к погрешности, обусловленной перераспределением токов I_А и I_Ш при разных частотах из-за влияния реактивных сопротивлений измерительного механизма и шунта.

Необходимо измерить ток потребителя в пределах 20 – 25 А. Имеется микроамперметр с пределом измерения 200мкА, внутренним сопротивлением 300 Ом и максимальным числом делений 100. Определить сопротивление шунта для расширения предела измерения до 30 А и определить относительную погрешность измерения на отметке 85 делений, если класс точности прибора 1,0.

Решение. Необходимо вначале определить коэффициент шунтирования:

,

тогда Ом.

Определим показание амперметра, соответствующее 85 делениям, для чего цену деления 0,3 А/дел умножим на число делений 85, тогда прибор покажет I = 25,5 А.

Относительная погрешность в этой точке

%.

Источник