Как подключается шунт к амперметру

Как подключается шунт к амперметру

Шунт для амперметра. Или как сделать вольтметр из амперметра и наоборот.

Эту статью я решил написать, когда делал источник питания для своей домашней лаборатории. Из собственного опыта замечено, что на регулируемом блоке питания должен быть вольтметр, для оценки устанавливаемого напряжения. А так же амперметр, для приблизительной оценки тока потребляемого нагрузкой. Решено в новый источник питания установить эти полезные элементы: вольтметр и амперметр. Поискав в ящиках, нашел две подходящих измерительных головки (основной критерий — минимальные размеры). С максимальным током 50мкА и 30мА.

Сначала сделаем вольтметр из амперметра

Итак, перейдем к расчетам.

Самое простое сделать вольтметр из амперметра, я использую второй амперметр. Для расчетов нам понадобятся: максимальный ток отклонения стрелки — в моем случае 30мА, Максимальное напряжение, которое должен измерять наш вольтметр — 30В.

Используя закон Ома находим сопротивление: R=U/I, R=1кОм.

Значит шунт (резистор) сопротивлением 1кОм нужно подключить последовательно с амперметром. При этом мы получим вольтметр. Т.е. если через такую последовательную цепь будет протекать ток в 30мА, то падение напряжения на этом резисторе равно 30В. В моем случае мне даже не нужно изменять шкалу прибора, достаточно наклеить букву «V», чтобы было понятно, что это вольтметр.

Следует помнить, что через такой вольтметр всегда будет течь ток 0-30мА, в зависимости от измеряемого напряжения от 0-30В. А так как он используется в блоке питания это не критично. Так же не следует забывать, что резистор должен быть подходящей можности, которую определим по формуле P = I*I*R получим P=30мА*30мА*1кОм=0,9Вт ставим с запасом не меньше 1Вт.

Надо ещё учесть внутреннее сопротивление прибора. Тогда добавочный резистор считается так: Rд=Uп/Iи-Rи.
Rд — сопротивление добавочного резистора;
Uп — макс. значение выбранного предела измерения напряжения;
Iи — ток полного отклонения выбранного амперметра;
Rи — внутреннее сопротивление (рамки прибора) выбранного амперметра, оно указывается.

Делаем амперметр из амперметра у которого маленькая шкала.

У первого амперметра шкала 50мкА это очень мало, мне нужно 1,5А. Чтобы расширить диапазон измерения амперметра, нужно установить шунт, но не последовательно, а параллельно с измерительной головкой. Получается ток будет разветвляться и одна часть потечет через амперметр, а другая через сопротивление. Нужно подобрать такое сопротивление, чтобы ток в 1,5А делился на два, 50мкА через амперметр, а остальной ток через резистор.

Для расчетов понадобится знать сопротивление амперметра, но так как его я не знаю, то шунт буду изготавливать методом подгона. Для этого нужно взять медную проволоку диаметром 0,8-1мм длинной 1 метр и измерить ток, при котором стрелка отклоняется в крайнее положение.

Для этого понадобится регулируемый источник напряжения и нагрузка, я использовал автомобильную лампочку. Далее таким образом подгоняем шунт увеличивая длину проволоки если нужно уменьшить максимальный ток или укорачиваем проволоку если нужно увеличить максимальное значение шкалы амперметра.

У меня получился вот такой шунт в четыре слоя. Края я проклеил силиконовым клеем.

Следует помнить, что если случайно оторвется шунт, то через микроамперметр потечет большой ток и он выйдет из строя.

Амперметр из вольтметра делается по аналогии с первым вариантом, только шунт устанавливается не последовательно а параллельно. Также бывает, что в вольтметрах устанавливаются внутренние резисторы, убрав которые можно получить амперметр.

Следует помнить что амперметр должен иметь минимальное сопротивление, а вольтметр должен обладать очень высоким сопротивлением.

Как определить неизвестный шунт для амперметра

Не знаю как вы, а я любому цифровому амперметру и вольтметру в лабораторном блоке питания предпочту старые добрые стрелочные индикаторы. Ведь при наличии каких либо коротких импульсов тока, на цифровом индикаторе будет абракадабра, а то и вообще показания останутся без изменений, если стоит в схеме небольшая задержка обновления показаний. Так же и короткое КЗ может остаться без внимания, а вот стрелка амперметра, дёрнувшись, сразу покажет что к чему.

В общем во многих аппаратах таки лучше ставить стрелочные головки. И блок питания – это тот случай, когда за модой на цифровые АЛС-ки лучше не гонятся, а сделать именно стрелочную индикацию вольт и ампер. Убедил? Тогда приступим к расчёту и изготовлению. Не буду грузить вас многострочными формулами, теориями и коэффициентами поправки на температуру воздуха и цены на нефть. Для этих целей подойдёт простая, годами проверенная технология практического расчёта шунта для любого, даже на неизвестный предел измерения, стрелочного индикатора.

Собираем вот эту простенькую экспериментальную схемку с участием контрольного цифрового амперметра (мультиметра), нагрузки (паруваттного резистора на несколько Ом или простой лампочки на 6,3В) и собственно самого неизвестного стрелочного индикатора. Всё это хозяйство соединяем последовательно – цепочкой, и подсоединяем к регулируемому (желательно) блоку питания. Выставляем, допустим 10 В и смотрим, что у нас показывает контрольный цифровой мультиметр – амперметр.

Теоретически он покажет предположим 0,5 А. В идеале, для нужного предела в 1 А и стрелочник должен показать отклонение на пол шкалы. Ах вам надо чтоб он стал амперметром не на 1 А, а на 2 А? Не проблема. Последовательно с головкой включаем подстроечный (для эксперимента, потом замеряем получившееся сопротивление и заменим на постоянный) резистор R3 на несколько килоом, и уменьшаем понемногу его сопротивление, чтоб полное отклонение стрелки индикатора соответствовало току 2 А. Он предварительно должен стоять на максимуме сопротивления. Само собой, что эти 2 А надо предварительно выставить напряжением с блока питания.

Вот, сделали. А если у нас стрелочник наоборот показывает при токе по мультиметру 0,5 А всего четверть шкалы, а по плану вы хотите чтоб полное отклонение стрелки было при 0,1 А? Тогда просто увеличьте сопротивление шунта где-то в два раза и посмотрите что получилось. А получится то, что стрелка отклонится уже дальше, может и на всю шкалу если угадали с номиналом резистора. Перебор? Зашкаливает уже? Тогда подкручиваем переменник пока не вернём стрелку куда надо.

Если теперь вы думаете как всё это добро встроить в блок питания на индикацию тока, вот схема подключения. Шунтируя стрелочный прибор двумя разными резисторами R1 или R1+R2, можно получить два диапазона измерения тока: в нашем случае 0,1 А или 1 А. Сопротивление резисторов этих указано ориентировочно – в процессе настройки и в зависимости от самого микроамперметра их сопротивление может отличаться.

С расчётом шунта для превращения стрелочного индикатора в вольтметр ещё проще. Последовательно включаем цифровой контрольный вольтметр (на схеме не указан), головку, подстроечный резистор R3 на максимальный предел 200 – 1000 килоом, на всякий пожарный защитный резистор R7 на 10-50 килоом и естественно блок питания. Выставляем на БП 10 вольт (по контрольному мультиметру) и вращая подстроечник R3, который предварительно выставлен на максимальное сопротивление (иначе стрелочный индикатор сгорит моментально, помним этот момент всегда!), добиваемся отклонения стрелки на максимум. Во что превратился наш микроамперметр? Правильно – в вольтметр на 10 вольт. По аналогичному принципу можно превратить стрелочный индикатор в вольтметр на любое напряжение. В конце эксперимента меряем сопротивление переменника и заменяем его таким же постоянным.

Ну и наконец вот полная схема вольтметра – амперметра на основе одного стрелочного индикатора. Переключение «вольты – амперы» производим тумблером. Обратите внимание: переключение режимов шунта (0,1-1 А) производится не переключателем, а включателем. Именно включателем, чтоб не возникло ситуации, при которой внутренний рычажок переключателя уже оторвался от одного контакта, а к другому ещё не подключился. Тогда весь ток к нагрузке пойдёт через стрелочник на 100 мкА – вылетит в момент. А нанести деления на шкалу можно так: ненужные циферки индикатора аккуратно зачищаем лезвием, а вместо них гелевой чёрной ручкой пишите свои значения.

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:

Всем добрый вечер! Хочу поделится методикой изготовления шунта для амперметра в зарядное устройство. Не давно у знакомого в зарядном устройстве перегорел шунт и соответственно сгорел и сам амперметр.
И так, нашол вот такой прибор со шкалой от 0 до 50А.

Обмотка измерительной головки и контакты не рассчитана на ток в 50А, для применения в нашем ЗУ надо изготовить шунт.
Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току протекать в обход какого либо участка электрической схемы. В нашем случае через шунт проходит основной зарядный ток, а через амперметр малая часть, пропорциональная основной величине тока.
Для шунта берем обычную канцелярскую скрепку.

На упаковке со скрепками было написано «Скрепки никелированные», фото не сделал самой упаковки. Разгибаем ее, чтоб из нее получился прямой кусочек проволоки…
Далее сгибаем кончики проволоки под гайки прибора и прикручиваем их вместе с проводами к амперметру.
Для калибровки амперметра нам понадобится регулируемый блок питания от 0 до 20 В с током в 5А, но можно обойтись обычным автомобильным аккумулятором (напишу далее), проволочный 100 Вт резистор ПЭВ-100,

мультиметр и соединительные провода. Все соединяем проводами между собой последовательно и подключаем к блоку питания.

Выставляем ток в 1А и смотрим на наш амперметр. Он показывает около 1,5 А. Нам надо 1 А.

Уменьшаем длинну шунта, чтоб стрелка амперметра стала показывать 1А.(По шкале амперметра это будет 10А). Далее вместо резистора подключаем лампочку с фары на ближний свет. Проверяем как работает амперметр на больших токах.

После, когда длинна шунта уже нам известна, завернутые под гайку кончики необходимо залудить оловом.
После разбираем наш прибор и белым корректором зарисовываем на шкале нули, собираем прибор. Шкала прибора получилась от 0 до 5А вместо 0-50А.
Если нету под рукой блока питания с регулировкой и проволочного 100 Вт резистора, вместо блока питания можно использовать автомобильный аккумулятор, а вместо резистора лампочку с габаритов задней фары на 15Вт. При подключении к аккумулятору, ток в цепи будет равен около 1 А, что достаточно для начальной калибровки амперметра. Потом так же можна подключить лампочку с передней фары в режиме ближнего света, для проверки амперметра под большим током.
Делаем контрольную поверку мультиметром и прибор можно устанавливать в зарядное.
Вот я поделился наглядной методикой изготовления шунта для амперметра в зарядное устройство…
Задавайте вопросы если что то не понятно…
Удачи всем на дорогах!

Малогабаритный стрелочный амперметр на 5 ампер: очень дёшево и очень сердито

Стрелочные электрические измерительные приборы (вольтметры и амперметры) существуют уже почти 200 лет (в XIX веке они именовались гальванометрами); и до сих пор не собираются сходить с арены.

Казалось бы, приборы с цифровой индикацией должны вытеснить их окончательно и бесповоротно. Ан нет!

У стрелочных приборов есть недостаток: они имеют более низкую точность, чем цифровые; но зато у них есть другие незаменимые преимущества:

• их показания быстрее воспринимаются наблюдателем (особенно — выход за допустимые пределы), именно поэтому стрелочные индикаторы вряд ли исчезнут из автомобилей;
• оценка уровня показаний возможна даже «косым» взглядом;
• на стрелочных приборах лучше заметна тенденция измеряемой величины (рост / снижение);
• за счет инерционности стрелки снижается мелкое шумовое «дрожание» показаний;
• стрелочные вольтметры и амперметры не требуют питания (за исключением экстремально-низких или высоких значений измеряемой величины).

А для обеспечения нужной точности никто не запрещает дополнить аналоговую индикацию цифровой.

Итак, в обзоре будет рассмотрен недорогой стрелочный амперметр на 5 Ампер.

Надеюсь, обзор будет полезен и с научно-познавательной точки зрения (как это устроено и какие есть проблемы).

Внешний вид, конструкция, внутреннее устройство стрелочного амперметра

Прибор построен по классической схеме и с классическим же внешним видом:

Корпус прибора и его защитное стекло — пластиковые.

На обратной стороне прибора — 4 штыря с резьбой М3.

Два верхних штыря — это контакты для подключения к электрической цепи, в которой надлежит измерить ток. Кстати: производитель забыл обозначить, где плюс, а где — минус (плюс — слева).

Два нижних штыря предназначены для закрепления стрелочного амперметра на какой-либо поверхности (приборной панели и т.п.).

Два винта на передней панели (точнее — два шурупа) удерживают защитное стекло.

Габариты амперметра — 45*45*36 мм, из них высота лицевой панели 9 мм.

Регулировки нуля снаружи прибора не предусмотрено, но она доступна, если снять переднее защитное стекло.

Снимем стекло и посмотрим, что там есть.

Как видите, на лицевой панели указан класс точности 2.5 (т.е. 2.5%). Как покажет тестирование, это — довольно смелое заявление, но не вполне соответствующее действительности.

Положение нуля хорошо настроено производителем, но в случае необходимости можно ноль подстроить.

Магнитная система прибора частично защищена от внешних воздействий стальным экраном цилиндрической формы.

На противоположном от шкалы конце стрелки можно заметить слегка размазанную капельку припоя. Это — не производственный дефект, а необходимая часть конструкции, уравновешивающая стрелку.

Благодаря этому стрелка почти не меняет положения при изменении ориентации амперметра (горизонтальная / вертикальная).

Проверка показала, что изменение положения стрелки тестируемого амперметра при таких поворотах происходит менее, чем на толщину стрелки, т.е. изменением можно пренебречь.

Теперь снимаем с прибора его шкалу и смотрим на ещё одну очень простую, но очень важную деталь прибора — на его шунт:

Шунт здесь представлен не в виде отдельного изделия, а просто в виде изогнутого куска проволоки из спец. сплава с нужным сопротивлением.

Чего здесь не хватает?!

Не хватает какого-либо элемента термокомпенсации. Зачем он нужен и к каким последствиям приводит его отсутствие — разберёмся в следующей главе, где и будет протестирован этот такой простой, но такой хитрый прибор.

Технические испытания стрелочного амперметра 5 А

В принципе, стрелочные амперметры могут тестироваться по очень многим параметрам, но в данном обзоре в глубокие дебри погружаться не будем.

Ограничимся точностью, термостабильностью и влиянием близкого расположения больших масс металла.

Причём, надо сказать, что вопрос с термостабильностью показаний в стрелочных индикаторах не прост.

Катушка, намотанная на рамку, имеет высокий температурный коэффициент сопротивления (ТКС), ибо для меди он высок и составляет около 0.38% на градус (правда, для некоторых других металлов он ещё выше; например, для алюминия составляет 0.43% на градус).

Поэтому в приборе должны быть предусмотрены какие-то меры компенсации, иначе показания будут «гулять» по мере прогрева аппаратуры.

Причём эта проблема наиболее актуальна именно для амперметров.

В стрелочных вольтметрах внешнее сопротивление подключается не параллельно катушке, а последовательно; и доля сопротивления, вносимого самой катушкой, получается небольшой (зависит от предела измерений и других параметров).

Начнём тесты с точности.

Проверим при трёх значениях тока: 1 А, 3 А, 5 А. Ток задавался с помощью лабораторного блока питания Longwei LW-K3010D (обзор) и мощного резистора 3 Ом, а контролировался мультиметром DT9205A.

Измерения проводились при температуре окружающей среды +8 градусов (неотапливаемая лоджия).

Почему именно там проводились измерения?! При естественном освещении (дневной свет) должны были получиться более качественные фотографии.

Но оказалось, что тест в таких условиях приводит и к неожиданным результатам измерений.

Итак, итоги измерений (поданный ток и ток, измеренный стрелочным амперметром):

• 1 А — 1.08 А
• 3 А — 3.2 А
• 5 А — 5.4 А.

Погрешность достигла 8%; т.е. намного выше указанных на самом приборе 2.5%!

В качестве причины такого безобразия под подозрение сразу попала пониженная температура окружающей среды в этом эксперименте.

После чего был проведён эксперимент с повышением температуры прибора до 39 градусов.

Для повышения температуры использовалось высокотехнологичное оборудование: кастрюля с горячей водой; а стрелочный амперметр и датчик термометра располагались на крышке. Для более или менее корректного измерения температуры датчик температуры был расположен вплотную к корпусу амперметра.

Тест проводился при токе 3 Ампера, вот результат:

Для более наглядного сравнения результатов, посмотрите вырезанные и расположенные рядом фотки амперметра при токе 3 А и температурах +8°С и +39°С:

Из этого можно сделать два вывода:

• термокомпенсации в приборе нет никакой: ни явной, ни скрытой;
• показания прибора оптимизированы под температуру окружающей среды около +30°С (по крайней мере, это касается протестированного экземпляра).

В принципе, такая оптимизация имеет право на жизнь: при расположении амперметра на приборной панели на него будет передаваться часть тепла от обслуживаемого аппарата, и показания случайно могут оказаться точными.

Но в большинстве случаев его показания будут пригодны лишь для качественной, а не количественной оценки величины протекающего тока.

И, наконец, последний и самый простой тест: оценка влияния расположенных вблизи больших масс металла.

Для этого теста использовался ещё один высокотехнологичный прибор: спортивная гантель 10 кг.

При поднесении её шара к стрелочному амперметру его показания не изменились. С этим — всё в порядке. Но данный результат не следует распространять на расположение рядом намагниченных предметов: в этом случае возможно всё, что угодно.

Итоги и выводы

Протестированный стрелочный амперметр никак не может быть признан средством измерения.

Это — «показометр», как сейчас, принято именовать приборы подобного уровня. Показометрами могут быть не только амперметры и вольтметры, но и даже некоторые недорогие цифровые осциллографы (например, DSO150 (обзор).

Тем не менее ему можно найти применения. Его точность достаточна для контрольных функций, приближенной оценки потребления аппаратуры и её общей исправности. Пригодность к использованию в этих функциях — несомненный плюс прибора с учётом его цены и отсутствия необходимости в каком-либо обслуживании.

Прибор был приобретён на Алиэкспресс здесь. Цена — $2, плюс доставка $1.5 (при одновременном заказе нескольких приборов стоимость доставки, по идее, должна быть со скидкой; но я не проверял). Там же можно приобрести амперметры с пределами измерений от 1 до 50 А (для приборов > 15 А может потребоваться внешний шунт).