Амперметр - прилад, заміряли силу проходить в електричному ланцюзі струму, який часто буває чималим. Згідно із законом Ома, щоб пропустити більший струм, амперметр повинен мати якомога менший опір. Рішення - включення паралельно приладу шунта, що забезпечує таке низьке значення опору.
Навіщо потрібен шунт?
Шунт - це Полоскова лінія (посилена доріжка на платі) або відрізок проводу з досить товстим перетином, низькоомних (менше 1 Ом) котушка або резистор з потужністю від 10 Вт. Він використовується, коли, наприклад, амперметр, розрахований на струм в 10 А, не може заміряти, скажімо, 50-приміщення повинна бути захищена струм, споживаний включеними в електроланцюг джерела живлення пристроями. На жаргоні електриків це явище називається «на шкалі не вистачає ампер». А точніше - діапазон вимірів по току на цьому ж амперметр не охоплюють такі високі струми.
Розрахунок опору шунта
Крім закону Ома для ділянки ланцюга - її розриву, в який включений амперметр, - в розрахунок береться і формула Кирхгофа. Загальний струм, що протікає в місці включення приладу, дорівнює сумі струмів, що проходять через сам амперметр і його шунт.
Опір амперметра в рази більше зовнішнього шунта. Струм, що проходить по зовнішньому шунту, в ці ж кілька разів більше, ніж на самому амперметр.
У випадку з цифровим приладом, де замість вимірювальної головки використовується датчик струму і аналого-цифровий перетворювач, розподіл струмів, що становлять загальний струм ланцюга, не змінюється.
Схема включення пристрою
Амперметр включається послідовно в розрив ланцюга. Останній може перебувати в будь-якому її місці. Сам прилад показує, скільки ампер на годину споживає цей ланцюг. Зовнішній шунт також включається послідовно в ланцюг, але в той же самий розрив, виходить, паралельно самому амперметрі.
Що можна використовувати?
В ідеалі використовують відрізок проводу або дроту з металу або сплаву, незначно змінює свій електричний опір при нагріванні. А нагріватися шунт буде обов'язково - хоча б до кількох десятків градусів, тому що по ньому протікає струм в одиниці і десятки ампер. Фахівці рекомендують використовувати сплав манганина. Манганіновим дріт (або стрічка) вважається найбільш стійким електротехнічним елементом: її температурний коефіцієнт опору в 200 разів менше, ніж у міді, і в 300 разів нижче в порівнянні з залізом. Використання мідних і сталевих шунтів здатне нести відчутну похибка при значних токах, що викликають їх нагрівання.
Але для приблизної оцінки іноді використовують распрямлённую канцелярську скріпку або відрізок проводу.
Якщо мова йде про значну силі струму від сотень до тисяч ампер - наприклад, при старті двигуна «КамАЗа», де створюється пусковий струм в 500 і більше ампер для розкручування стартером вала двигуна, - простий шунт тут просто розплавиться. Необхідно використовувати струмові кліщі - вони є більш потужною версією шунта. Аналогічно надходять в електроустановках і розподільниках з високою напругою, де загальний струм споживачів досить високий.
Що потрібно?
Для виготовлення шунта, крім дроту, проводів, діелектрика і кріплення, будуть потрібні наступні прилади.
- Готовий міліамперметр. Можна використовувати і гальванометр - вимірювальну головку без внутрішніх шунтів, резисторів і так далі.
- Лабораторний блок живлення, що видає необхідний ампераж. Можна скористатися і автомобільним акумулятором, в ланцюг з яким послідовно включена, наприклад, фара на 100/90 Вт на основі лампи розжарювання. Якщо такий фари немає, можна підключити відрізок ніхромового електроспіралі або потужний керамічний резистор на десятки ват. Ні в якому разі не підключайте шунт з приладом «накоротко», без навантаження.
- При роботі з побутовою освітлювальною мережею - випрямний діодний міст (або поодинокі високовольтні діоди) і додатковий захисний автомат на 16 А, плавкі запобіжники на кілька ампер.
Напруга подається тільки після правильного складання ланцюга.
Шунт своїми руками
Спірально змотувати дріт (або емальпровід) не рекомендується - індуктивність вийшла котушки зменшить точність амперметра. Котушковий шунтування має недолік - гасіння стрибків струму, особливо в разі дросселірованной (з сердечником) котушки. Якщо відрізок дроту занадто довгий, розташуйте його у вигляді хвилястої «змійки».
В якості діелектрика підійде будь-який ізолятор - від керамічного до текстолітового. До того ж скручений у вигляді котушки провід може перегріти діелектрик, що не витримує підвищеної - більше 150 градусів - температури. А до перегріву стійкі лише кераміка і загартоване скло.
- Спочатку вирізується діелектрична пластина, в якій свердлити отвори під болти з шайбами і гайками. Матеріал - текстоліт, гетинакс, дерево або композитні матеріали.
- Для суттєвої ізоляції тепла дроту від несучої пластини на болти встановлюються керамічні кільця. Після них ставляться шайби, що затискають дріт.
- Для запобігання самовільного розкручування і випадання дроту і проводів перед гайками проставляються гроверние шайби.
- Нарешті, вставляються дроти і кінці дроту між шайбами, а гайки затягуються.
Отримана деталь підключається паралельно амперметрі або гальванометра.
переградуювання приладу
Нову градуювання оновленого стрілочного амперметра під новий шунт потрібно зробити наступним чином.
- Зніміть передню частину корпусу (оглядове вікно приладу) разом зі склом.
- Підключіть одну з лампочок відомого номіналу послідовно з амперметром до батареї або адаптера живлення. Так, на лампочках розжарювання вказується струм в амперах і напруга в вольтах. Якщо ви підключаєте світлодіодну панель або фару, на якій, наприклад, вказано напругу 12 В і потужність в 24 Вт - вашим робочим струмом буде 2 А (потужність, поділена на напругу джерела живлення).
- Відзначте, на який кут відхилилася стрілка приладу, крапкою з числом (в даному випадку це 2).
- Ідеальний варіант - увімкніть паралельно один з одним однакові лампочки або фари, збільшуючи їх число кожного разу на одну. Так можна «Прометей» всю шкалу амперметра. Цей спосіб хороший для змінного струму - шкала амперметра виходить нелінійної за рахунок впливу частоти струму і падіння частини напруги на діодах. Розмітка «на око» або з використанням транспортира (або по вже наявній «лінійці» приладу), як часто роблять при постійному струмі, не підійде. Краще перестрахуватися і зробити точніше.
- Закінчивши розмітку, зберіть прилад і перевірте, чи надійно тримається кріплення шунта, чи хороший електричний контакт між ним і амперметром. Якщо габарити амперметра дозволяють, шунт часто заливають епоксидним клеєм, а потім вийшов елемент (у вигляді бруска) приклеюють до задньої стінки вимірювальної головки.
Амперметр з новим шунтом готовий до роботи. Можна підключити щупи або струмові кліщі.
З кількома шунтами
З амперметра вийде і саморобний кілоамперметр. Так, з 100-амперного приладу легко зробити амперметр на 2 кА. Більш високі значення на практиці навряд чи знадобляться. Якщо у вас в наявності є прилад з одноамперним діапазоном вимірювань, зробіть кілька комутованих шунтів. Нема чого переразмечать шкалу - досить підібрати шунт на 5, 10, 50, 100 і більше ампер. Вони поміщаються в один зовнішній корпус разом з вихідними клемами (для щупів) і багатопозиційним перемикачем, розрахованим на такі значення струму.
Режими позначаються маркером «x5», «x10» і так далі. Коли режим один, а амперметр перероблений з одно- в десятіамперний, то зліва від букви «А» надпишіть «x10» меншим шрифтом.
При виготовленні багаторежимного амперметра дроти, що сполучають перемикач з шунтами і приладом, повинні бути максимально короткими. Зайве довгі дроти, підключені до готового шунту, має точне опір, і вже проградуювати приладу, приведуть до помітної похибки вимірювань - вони включаються послідовно з шунтом і приладом, мають своє, нехай і дуже мале, опір. Перемикач низької якості зі значно окисленими контактами призведе до того, що прилад просто почне «брехати» - його струмопровідні частини і замикає підпружинений кулька також вносять паразитное опір.
Заводські амперметри проходять ретельну перевірку, ледь зійшовши з конвеєра. Недоліки враховуються при випуску приладобудівним заводом наступної партії амперметрів. Амперметри, що мають значну похибку, бракуються і направляються на переробку.
Про те, як зробити розрахунок шунта для амперметра, дивіться далі.
