Шунты и добавочные резисторы

В практике электрических измерений встречается необходимость измерить токи, напряжения и другие величины в очень широком диапазоне их значений. Обмотки приборов магнитоэлектрической и динамической систем допускают ток до 30 мА, электромагнитной — до 10 А.
Для расширения пределов измерений приборов применяют различные устройства: в цепях постоянного тока - шунты и добавочные резисторы, в цепях переменного тока — измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Для расширения пределов измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, используются измерительные шунты.

 

Рис.4 Схема включения однопредельного измерительного щунта

 

Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима шунта, к которым подводится ток I, называются токовыми (Т), а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными (П).

К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный механизм (И) измерительного прибора. Шунт имеет очень небольшое сопротивление, и по нему проходит почти весь ток (I_Ш), тогда как к измерительному механизму подводится лишь падение напряжения на зажимах шунта и, следовательно, через прибор протекает небольшая часть измеряемого тока (I_И).  Таким образом, ток, протекающий через амперметр, представляет собой сумму тока, протекающего через измерительный механизм и тока шунта.

Сопротивление шунта можно определить по формуле:

 

 

 где R_И – сопротивление рамки измерительного механизма,

- шунтирующий множитель, представляющий собой отношение номинального тока прибора с шунтом (I_Н) к номинальному току рамки измерительного механизма (I_И).

Мощность, потребляемую рамкой измерительного механизма, можно рассчитать по формуле:

 

Формула для расчета мощности, потребляемой шунтом, будет иметь вид:

 

Конструктивно шунты либо монтируют в корпус прибора (индивидуальные шун­ты на токи до 50 -100А), либо устанавливают вне его и соединяют с прибором проводами. Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования, и никаких расчетов для определения тока выполнять не требуется.

В случае применения наружных (отдельных от приборов) шунтов на них указывают номинальный ток, на который они рассчитаны, и номи­нальное напряжение на зажимах (калиброванные или взаимозаменяемые шунты). Со­гласно стандартам это напряжение может быть равно 45, 75, 100 и 150 мВ.

 

                                 

Рис. 5 Внешний вид наружного шунта

Шунты подбирают к приборам так, чтобы при номи­нальном напряжении на зажимах шунта стрелка прибора отклоня­лась на всю шкалу. Следовательно, номинальные напряжения прибора и шунта должны быть одинаковыми. Для того чтобы повышение температуры шунта при прохожде­нии по нему тока не оказывало влияния на показания прибора, шунты изготовляют из материалов с большим удельным сопротив­лением и малым температурным коэффициентом (константан, манганин, никелин и пр.).

 

 

Для расширения пределов измерения вольтметров последова­тельно с обмоткой прибора включают добавочный резистор.

Рис.6 Схема включения добавочного резистора

 

При таком включении ток, протекающий через измерительный механизм (I_И), и ток, протекающий через добавочный резистор (I_Д), равны между собой. Номинальное напряжение прибора, включенного с добавочным резистором (U_Н), представляет собой сумму напряжения рамки измерительного механизма (U_И) и напряжения на добавочном резисторе (U_Д). Сопротивление добавочного резистора можно определить по формуле:

где R_И – сопротивление рамки измерительного механизма,

- множитель добавочного резистора, представляющий собой отношение номинального напряжения прибора с добавочным резистором (U_Н) к номинальному напряжению рамки измерительного механизма (U_И).  

Мощность, потребляемую рамкой измерительного механизма, можно рассчитать по формуле:

 

Формула для расчета мощности, потребляемой добавочным резистором, будет иметь вид:

 

 

Добавочный резистор может встраиваться в прибор (в вольтметрах до 600В) и одновременно использоваться для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания прибора. Для этой цели резистор выполняется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление значительно превышает сопротивление катушки, вследствие чего общее сопротивление прибора становится почти независимым от изменения температуры.

При более высоких напряжениях применяют наружные добавочные сопротивления, которые также подразделяют на индивидуальные (до 600В) и взаимозаменяемые (от 600 до 3000В, ток 3-7,5 А).

По точности добавочные резисторы подразделяются на те же классы точности, что и шунты: 0,02; 0,1; 0,5. Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.