Часто при электротехнических измерениях необходимо узнать величину тока протекающего в цепи. Для этого используется амперметр. Как и другие измерительные приборы, амперметр имеет свой максимальный предел измерения, в тех случаях, когда его недостаточно, применяют шунтирование амперметра.
Шунт — это сопротивление, которое подключается параллельно к зажимам амперметра, с целью увеличения диапазона измерений. Добавление шунта параллельно амперметру вызывает разделение тока I, который протекает через данную цепь, на две составляющие – Iа и Iш.
По закону Кирхгофа известно, что сумма токов сходящихся в узле равна нулю, а значит, ток I представляет собой сумму токов Iа и Iш. Чем меньше сопротивление шунта Rш , тем ток Iш больше, а значит ток Iа, который протекает через амперметр — меньше. Зная, как соотносятся сопротивление амперметра Ra и шунта Rш, можно узнать величину измеряемого тока I или напротив, зная ток I, можно рассчитать необходимое сопротивление шунта Rш.
Формула для расчета сопротивления шунта:
Для увеличения диапазона измерения амперметра в n раз, формула для шунта:
Пример 1
Рассчитайте сопротивление шунта, который увеличит диапазон электромагнитного амперметра до 10 А, если известно, что амперметр имеет внутреннее сопротивление 5 Ом и измеряет ток до 1 А.
Измеряемый ток в 10 А, делится на два тока Iа = 1 А, и Iш, который равен:
Отсюда измеряемый ток должен разделиться в соотношении:
Так как по закону Ома сопротивление обратно пропорционально току, то
Пример 2
Определите, какое должно быть сопротивление шунта, для того, чтобы увеличить предел измерения амперметра в 5 раз, если известно, что внутреннее сопротивление амперметра 2 Ом.
Сопротивление шунта рассчитывается по следующей формуле:
Пример 3
Амперметр дает полное отклонение стрелки при токе в 3 А. Необходимо измерить с помощью него ток в 150 А. Определите сопротивление шунта, если известно, что внутреннее сопротивление амперметра 1 Ом.
Для проведения измерения необходимо увеличить ток в n раз:
По уже знакомой формуле рассчитаем сопротивление шунта:
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 Iизм = IШ + IА,
где IШ – сила тока, протекающая через шунт, IА – сила тока, протекающая через амперметр (см. рис. 3.2.1). При сохранении между сопротивлениями шунта Rш и амперметра RА 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 UШ, а следовательно, и RШ, 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 IА и IШ 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
%.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
§ 72. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ
Для измерения силы тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через прибор проходит весь ток, протекающий в цепи.
При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают. По этой причине амперметр должен обладать незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением цепи. Пусть в электрическую цепь включен источник электрической энергии, напряжение которого U = 10 в. Сопротивление потребителя rп=20 ом. В этой цепи, согласно закону Ома, ток
Допустим, что обмотка миллиамперметра, которым следует измерить ток, имеет сопротивление
rа=30 ом. Тогда при включении прибора в цепь в ней установится ток
Таким образом, если включить в цепь прибор с большим сопротивлением, то нарушится ее электрический режим и сила тока будет измерена с ошибкой на 0,3 а.
Этот пример подтверждает, что желательно измерять силу тока в цепи таким прибором, у которого собственное сопротивление наименьшее. Присоединять амперметр к полюсам источника тока без нагрузки нельзя. Это объясняется тем, что по обмотке амперметра, имеющей малое сопротивление, в данном случае пройдет большой ток и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке. По обмотке и отдельным элементам электроизмерительных приборов некоторых систем во избежание возможности их порчи нельзя пропустить сколько-нибудь значительный ток. В частности, это относится к спиральным пружинам и подвижной катушке магнитоэлектрического прибора.
Если такой измерительный прибор нужно приспособить для измерения значительной силы тока — расширить пределы измерения амперметра, та он снабжается шунтом.
Шунт — это относительно малое, но точно известное сопротивление (rш), присоединяемое параллельно измерительному механизму. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 84. При таком включении шунта из n частей тока, протекающего в цепи, через прибор проходит лишь одна его часть, а через шунт — остальные n-1 частей.
Это происходит потому, что сопротивление шунта меньше сопротивления амперметра n — 1 раз. Число n показывает, во сколько раз нужно увеличить предел измерения амперметра. Таким образом, шунт служит для расширения пределов измерения прибора.
Пусть амперметр позволяет измерять силу тока Iа = 5 а, а в данном случае необходимо этим прибором измерить силу тока I=30 а. Значит, нужно увеличить предел измерения прибора в
раз. Сопротивление шунта, который надо присоединить параллельно амперметру, чтобы обеспечить такое расширение предела измерения, можно определить по формуле:
Если сопротивление амперметра rа = 0,15 ом, то сопротивление шунта
После присоединения шунта к прибору каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указана на ней. В нашем случае, если стрелка прибора с шунтом установится на делении 5, это значит, что в цепи протекает ток I=5xn = = 5×6= 30 а.
Шунт должен иметь четыре зажима, это необходимо для устранения влияния на сопротивление шунта переходных сопротивлений контактов. Шунты изготовляют из манганина — сплава, у которого температурный коэффициент сопротивления практически равен нулю.