Измерение малых сопротивлений, шунтов

Измерение малых сопротивлений

Измерение малых сопротивлений, шунтов

   В радиолюбительской или электротехнической практике иногда возникает необходимость измерения малых сопротивлений (менее 1 Ом), например, при проверке обмоток трансформаторов, контактов реле, шунтов, расчёте заземления.

Как же померять сопротивление величиной в милиомы или даже микроомы? Как известно, измерение сопротивлений основано на преобразовании их величины в ток или напряжение.

На этом принципе и строится работа приставки к вольтметру для измерения малых сопротивлений.

Приставка милиомметр

Схема приставки для измерения малых сопротивлений

   Эта простая схема из одного зарубежного сайта, предназначается для измерения низких значений сопротивления – от 0,001 до 1.999 ом. “Прямой Индикация Сопротивления, Ом”. Вы должны использовать отдельный аккумулятор для её питания.

Напряжение питания стабилизировано микросхемой LM317LZ. Рекомендуем именно малогабаритную LM317LZ, а не LM317. Но вы можете также использовать и LM317, если хотите.

Подстроечный резистор должен быть настроен точно на ток 100 мА, чтобы получить высокую точность измерения сопротивления.

Плата печатная приставки для измерения малых сопротивлений

   При измерении старайтесь максимально уменьшить длину проводов, так как каждый сантиметр будет давать дополнительное сопротивление.

   На дисплей цифрового вольтметра (обычного мультиметра D830) будет выведено значение в Омах, от 0,001 до 1.999 Ом. Для испытаний прибора померяйте несколько параллельно соединённых одноомных резистора.

Аналоговый измеритель малых сопротивлений

   Можно собрать не просто приставку, а готовый самостоятельный прибор. В этом аналоговом милиомметре используется два режима измерения сопротивления. При стабильном токе в 1А (шкала 1 деление = 0,002 Ом) и при стабильном токе 0,1А (шкала 1 деление = 0,02 Ом).

Это для головки показанной на фото 1. Как видно из фото, измерительная головка имеет ток полного отклонения 100 мкА. Цена маленького деления — 2 мкА. При токе в 0,1А прибор будет измерять сопротивление с 0,02 Ома до 1-го Ома. Т.е.

отклонение стрелки на последнее деление шкалы будет соответствовать одному Ому.

Принципиальная схема милиомметра

   Принцип работы прибора заключается в измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через него определенного стабильного тока.

Сопротивление рамки у стрелочного измерительного прибора равно 1200 Ом, ток полного отклонения — 0,0001 А, значит, если мы будем использовать этот индикатор в качестве вольтметра, потребуется подать на нее напряжение величиной U = IхR = 0,0001х1200 = 0,12 В = 120 мВ для отклонения стрелки на последнее деление шкалы. Именно такое напряжение должно упасть на сопротивлении в 1 Ом на пределе измерения прибора от 0,02 Ома до 1 Ома. Значит на данном пределе измерения нам надо пропустить через измеряемый резистор стабильный ток величиной I = U/R = 0,12/1 = 0,12A = 120 мА. Тоже самое можно рассчитать и для другого предела.

   Форум по измерительной технике

   Схемы измерительных приборов

Источник: http://elwo.ru/publ/skhemy_izmeritelnykh_priborov/izmerenie_malykh_soprotivlenij/17-1-0-642

Измерение малых сопротивлений. Схема приставки

Порой появляется необходимость выполнить измерение малых сопротивлений – обмоток реле, трансформаторов (до 20 Ом) или шунтов измерительных приборов (до 2 Ом). Приведенная в данной статье схема приставки к милливольтметру, позволяет выполнить замер сопротивлений на 2-х пределах: до 2 Ом и 20 Ом.

Вся работы данной приставки построена на измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при заведомо известном значении тока протекающего через него. На транзисторе VT1 создается постоянное значение тока. Его повышенная стабильность создается работой операционного усилителя, который осуществляет управление транзистором VT1.

Значение постоянного тока в момент измерения сопротивлений до 20 Ом -10 мА и 100 мА при измерении до 2 Ом. Для увеличения стабильности работы всей схемы, микросхема DA1, в свою очередь, запитана от стабилизатора 78L05 (DA2).

 Переключателем SA1 осуществляется выбор предела измерений. Кнопка SA3 нажимается только в момент осуществления измерений. Для защиты вольтметра от поломки, при включении измерителя без резистора, в схему добавлен диод VD1.

Калибровка приставки

Сперва ручки переменных резисторов R2 и R5 необходимо установить в средние положения. Далее на приставку подают напряжение 8…24 В. Постоянную величину тока, протекающего через замеряемое сопротивление, возможно установить 2-я способами.

Первый способ потребует использования высокоточного миллиамперметра. Необходимо его щупы подсоединить к зажимам измеряемого малого сопротивления.

Переключатель приставки SA1 перевести в положение замера сопротивлений до 2 Ом (верхнее по схеме), а на миллиамперметре установить диапазон до 200 мА.

Затем нужно нажать на кнопку SA3 и путем изменения сопротивления переменного резистора R5 выставить ток 100 мА.

Далее переключатель SA1 установить в положение до 20 Ом (нижнее по схеме), уровень же миллиамперметра выставить на 20 мА. Нажимаем кнопку SA3 и резистором R2 выставляем ток 10 мА. Повторить данный способ калибровки тока несколько раз, а затем движки переменных резисторов покрыть лаком или краской.

Второй способ калибровки заключается в применении образцовых сопротивлений на 1 и 10 Ом. Путем изменения сопротивлений резисторов на каждом диапазоне установить падение напряжения на образцовых резисторах 100 мВ.

В данной приставке можно применить операционный усилитель LM324 или  К1401УД2А. Стабилизатор 78L05 можно заменить на К142ЕН5А, транзистор BD135 можно заменить на КТ815, КТ817, а  диод на КД103А. Транзистор VT1 необходимо разместить на небольшом радиаторе.

Для подключения измеряемого резистора малого сопротивления удобно использовать зажимы типа “крокодил”. Особое внимание следует уделить способу подсоединения щупов вольтметра.

Их непременно нужно подключить непосредственно к зажимам, в которых находится измеряемое сопротивление – в этом случае сопротивление проводов щупов не повлияет на результаты измерения.

Источник: http://www.joyta.ru/6417-pristavka-dlya-izmereniya-malyx-soprotivlenij/

Измерение ультрамалых сопротивлений

Техника измерений

Главная  Статьи, аналитика  Техника измерений

В профессиональной и радиолюбительской практике приходится встречаться с необходимостью измерения ультрамалого сопротивления. В статье рассказывается о возникающих при этом проблемах и способах их решения.

К числу задач, требующих измерения сопротивлений вплоть до 1 мОм с заданной точностью, относятся, например, изготовление шунтов (в том числе и для измерительных приборов), измерение переходного сопротивления контактов реле, переключателей и т. п. Аналогичная задача возникает и при необходимости отбора мощных полевых транзисторов по критерию сопротивления открытого канала, поскольку у современных транзисторов это значение доходит до нескольких миллиом.

В широко распространенных методах измерения последовательно с измеряемым сопротивлением Rx неизбежно включено паразитное сопротивление Rn, образованное соединительными проводами, переходным сопротивлением входных клемм или гнезд, контактных переключателей и т. п. Сопротивление Rn обычно находится в пределах 0,4…

0,1 Ом; конкретное его значение зависит от ряда причин, в том числе и типа прибора. Например, в цифровых мульти-метрах с автоматическим переключением предела измерений оно меньше, чем у приборов с контактными переключателями. Измерить сопротивление Rn предельно просто – достаточно установить нижний предел измерения омметра и замкнуть щупы.

Такие измерения являются также проверкой состояния контактов, которую целесообразно периодически проводить, особенно для мультиметров с галетными переключателями. При хорошем состоянии контактов сопротивление не должно превышать вышеуказанного значения 0,4 Ом, при большем – прибор следует разобрать и почистить контакты.

Для получения надежных результатов измерения следует провести несколько раз, после каждого проворачивая переключатель по кругу.

Ввиду того что сопротивление Rn включено последовательно с Rx, омметр измеряет их суммарное значение. Конечно, для больших значений сопротивления эта ошибка невелика и ее не учитывают. Иначе обстоит дело при измерении малых значений.

Несложно заметить, что для значений RX) соизмеримых с сопротивлением Rn, измерение в принципе еще возможно, хотя о точности говорить уже не приходится.

Другими словами, именно значение Rn является основным фактором, ограничивающим предел измерения сопротивления “снизу”, и поэтому в широко распространенных цифровых мульти метрах нижний предел измерения равен 200 Ом, что соответствует цене единицы младшего разряда 0,1 Ом.

Для приборов, имеющих АЦП 41/г разряда, цена единицы младшего разряда составляет 0,01 Ом, поэтому в таких цифровых мультметрах нередко есть возможность учесть в показаниях влияние сопротивления подводящих проводов

Из изложенного понятно, что для измерения ультрамалого сопротивления необходим измеритель с нулевым значением Rn Технически, конечно, возможно создание прибора с весьма малым значением Rm однако полностью исключить его нереально – законы физики не позволяют.

Рис. 1

Это действительно так для обычных, применяемых в аналоговых и цифровых омметрах, методов измерения сопротивления Тем не менее эта задача давно успешно решена в более сложных приборах для измерения малых значений сопротивления методом амперметра и милливольтметра [1].

Подобный метод используют и в геофизических исследованиях, где аналогичные проблемы возникают при измерении электросопротивления земных пород. Конечно, сопротивления земных пород не являются ультрамалыми и в зависимости от вида пород и их состояния (сухие, влажные, талые, мерзлые и т. п.

) меняются в самых широких пределах, но суть проблемы такая же – исключить влияние переходного сопротивления. В геофизике – это сопротивление забитых в землю измерительных электродов, но конкретная причина появления переходных сопротивлений и порядок их значений не являются суть важными.

Важно лишь то, что необходимо измерить сопротивление в условиях, когда переходные сопротивления соизмеримы или даже превышают (иногда даже значительно) измеряемое. Метод, позволяющий полностью исключить влияние переходных сопротивлений, получил название “метода четырех зондов”.

Насколько важен этот метод в геофизике, можно судить хотя бы по тому, что на нем основана вся электроразведка, в том числе и вертикальное электрозондирование (ВЭЗ).

Суть метода можно выразить следующей фразой: “если избавиться от паразитного сопротивления невозможно, то следует исключить его влияние”. Изложенное поясняется рисунком. Через измеряемое сопротивление Rx пропускают ток, регулируемый балластным резистором R6 и контролируемый амперметром РА1 Падение напряжения на Rx измеряют милливольтметром PV1.

Обратите внимание – вольтметр подключен непосредственно к Rx, поэтому влияние Rn полностью исключается. При этом, правда, появляется паразитное сопротивление Rnv в цепи вольтметра, образуемое контактным сопротивлением в точках подключения вольтметра (на рисунке показаны стрелками) и сопротивлением соединительных проводов вольтметра.

Однако влияние Rnv пренебрежимо мало и его можно не учитывать, поскольку условие Rv > Rnv (где Rv – входное сопротивление вольтметра) выполняется практически всегда Действительно, минимальное значение входного сопротивления мультимет-ра у самых простых моделей составляет 1 МОм, а значение Rnv заведомо меньше 1 кОм.

Значение Rx измеряемого сопротивления вычисляют по известной простейшей формуле Rx= U/I.

Выбор тока в измерительной цепи осуществляют исходя из требований к точности измерения сопротивления Модуль (абсолютное значение) относительной погрешности измерения сопротивления является суммой модулей относительных погрешностей измерения тока и напряжения. Для простоты (или просто для определенности в начале расчета) разделим эту погрешность поровну для тока и напряжения.

Например, если требуемая погрешность измерения сопротивления не более 2 %, то для тока и напряжения следует применять приборы не хуже класса 1,5. Цифровые мультиметры в большинстве случаев обеспечивают необходимую точность измерения тока, и с этим проблем обычно не возникает. Несколько сложнее обстоит дело с измерением напряжения. Покажем это на примере измерения сопротивления 1 мОм.

Читайте также:  Новый контроллер для заряда батарей напряжением до 80 в от linear

При токе 0,1 А падение напряжения составит 0,1 мВ, что для приборов с АЦП 31/г разряда на пределе 200 мВ соответствует единице младшего разряда и измерение невозможно. При токе 1 А измерение возможно, хотя и с заметной погрешностью.

Конечно, полный расчет погрешности измерения возможно провести лишь для конкретного случая с конкретными приборами, и в статье приведены лишь общие принципы ее определения.

Вычисление погрешности измерения для многих может показаться слишком сложным или даже вообще ненужным. Поэтому стоит напомнить старую истину – измерение, точность которого неизвестна, бессмысленно.

Другими словами, если нельзя определить (или хотя бы оценить) точность измерения, то нет смысла тратить время и силы на его проведение.

К этому еще можно добавить тот печальный факт, что практически все находящиеся сейчас в эксплуатации измерительные приборы не аттестованы (не прошли метрологической поверки), поэтому реальная точность их неизвестна и остается лишь доверять приведенным в паспорте данным.

Конечно, измерение методом четырех зондов существенно сложнее, чем обычным омметром – необходимы два измерительных прибора, источник питания и дополнительный переменный резистор; да и само проведение измерения требует больше времени. К тому же еще нужны некоторые расчеты. Но поскольку при этом применяется стандартная измерительная аппаратура, а проводить такие измерения приходится не слишком часто, с этим вполне можно смириться.

Несколько проще этот метод можно реализовать радиолюбителям при измерениях малых сопротивлений и с одним милливольтметром, используя источник стабильного тока с образцовым резистором, как это предложено сделать в миллиомме-тре, описанном в [2].

Литература:

  1. Попов В. С. Электротехнические измерения и приборы. – Госэнергоиздат, 1956, с. 186.
  2. Компаненко Л. Миллиомметр. – Радио, 2006, № 5. с. 23.

Источник: http://www.radioradar.net/articles/technics_measurements/measurements_ultra.html

9. Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)

Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)

Предположим, что мы захотели измерить сопротивление некоего компонента, расположенного на значительном расстоянии от омметра. Сделать это обычным способом весьма проблематично, так как омметр измерит все сопротивления цепи, включая сопротивления соединительных проводов (Rпровода) и сопротивление самого компонента (Rкомпонента):

Сопротивление провода, как правило, очень мало (всего несколько Ом на сотни метров, в зависимости от сечения), но, если провода очень длинные, а тестируемый компонент имеет небольшое сопротивление, то ошибка измерения будет существенной.

Выход из сложившейся ситуации можно найти в использовании амперметра и вольтметра. Из закона Ома мы знаем, что сопротивление равно напряжению поделенному на силу тока (R = U/I). Таким образом, мы сможем рассчитать сопротивление компонента, если измерим силу проходящего через него тока  и напряжение на его выводах:

Так как наша цепь является последовательной, сила тока в любой ее точке будет одинаковой. В связи с этим место подключения амперметра принципиального значения не имеет. Напряжение-же, в отличие от силы тока, на разных компонентах будет различным. Поскольку нам нужно рассчитать сопротивление определенного компонента, то и напряжение мы будем измерять именно на этом компоненте.

По условиям задачи, замер сопротивления необходимо произвести на некотором расстоянии от тестируемого компонента, а это значит, что вольтметр будет подключен к тестируемому компоненту посредством длинных проводов, обладающих некоторым сопротивлением:

Поначалу может показаться, что мы потеряли все преимущества от измерения сопротивления таким способом, потому что длинные провода подключения вольтметра внесут в схему дополнительные паразитные сопротивления. Однако, при детальном рассмотрении ситуации можно прийти к выводу, что это не так.

По проводам подключения вольтметра будет идти очень незначительный ток, а следовательно, падение напряжения на них будет таким маленьким, что его можно не принимать во внимание.

Иными словами, вольтметр покажет такое же напряжение, какое он показал бы при непосредственном подключении к компоненту:

Любое падение напряжения на проводах цепи, по которым течет основной ток, не будет измерено нашим вольтметром, и никаким образом не повлияет на расчет сопротивления тестируемого компонента.

Точность измерения можно повысить, если свести к минимуму поток электронов через вольтметр.

Достигается это при помощи использования более чувствительного (рассчинанного на небольшой ток) индикатора, и/или потенциомерического инструмента (инструмента нулевого балланса).

Такой метод измерения сопротивления (позволяющий избежать ошибок, вызванных дополнительным сопротивлением провода) называется методом Кельвина. Специальные соединительные зажимы, облегчающие соединение с тестируемым компонентом, называются разъемами Кельвина:

Зажим разъема Кельвина в целом похож на зажим типа “крокодил”, но между ними существуют небольшие различия.

Если две половины зажима “крокодил” электрически связаны друг с другом посредством шарнира, то две половины зажима Кельвина такой связи не имеют (они изолированы друг от друга).

Электрический контакт между ними возникает только в точке присоединения к проводу или выводу тестируемого компонента. Благодаря этому ток, проходящий через провод “Т” (ток), не попадает в провод “Н” (напряжение) и не создает ошибок, вызывающих падение напряжения в последнем:

Аналогичный принцип используется для измерения силы тока с помощью вольтметра и шунтирующего резистора.

Как уже говорилось ранее, шунтирующий резистор в этом случае будет определять, сколько вольт или милливольт напряжения будет приходиться на ампер тока.

Иными словами, резистор “преобразует” величину тока в пропорциональную величину напряжения. Таким образом, сила тока может быть точно определена путем измерения напряжения на шунтирующем резисторе:

Измерение тока при помощи вольтметра и шунтирующего резистора особенно актуально в цепях с токами большой величины. В таких цепях сопротивление шунта будет, вероятно, в пределах милли или микроом, чтобы падение напряжения при полном токе было минимальным.

Сопротивление такой малой величины можно сравнить с сопротивлением соединительных проводов, а это значит, что замер напряжения на шунтирующем резисторе нужно произвести так, чтобы избежать измерения падения напряжения на токонесущих проводах.

Для того, чтобы вольтметр измерял только напряжение на шунте, без всяких паразитных напряжений, возникающих из проводов и т.д., шунт оснащают четырьмя контактами:

В метрологических приборах (метрология – наука об измерениях), точность которых имеет первостепенное значение, высокоточные резисторы  также оборудованы четырьмя контактами: два – для измерения силы тока, и два – для передачи напряжения вольтметру. С помощью этих контактов вольтметр измеряет напряжение только на резисторе, не учитывая остальные паразитные напряжения.

На следующей фотографии показан погруженный в масляную ванну (с контролируемой температурой) высокоточный резистор номиналом 1 Ом. На этом резисторе вы можете увидеть два больших контакта для тока, и два маленьких – для напряжения:

Ниже показан еще один, более старый высокоточный резистор, немецкого производства. Он имеет сопротивление 0,001 Ом и четыре контакта, выполненных в виде черных ручек. Две большие ручки предназначены для подключения основных проводов исследуемой цепи, а две маленькие – для подключения вольтметра:

Стоит отметить, что совместное использование вольтметра и амперметра для измерения сопротивления увеличит ошибку в конечном результате.

Поскольку точность этих приборов оказывает непосредственное влияние на результаты измерения, общая их точность может быть хуже, чем точность любого из приборов по отдельности.

Например, если и амперметр и вольтметр имеют точность +/- 1%, любое измерение, проведенное с помощью этих приборов, может потерять в точности +/- 2%.

Более высокую точность измерения можно получить путем замены амперметра на высокоточный резистор, используемый в качестве токоизмерительного шунта. Некоторая погрешность в этом случае все равно будет иметь место, но она будет значительно меньшей, так как точность  резистора превышает точность амперметра. После произведенной замены схема, использующая разъемы Кельвина, примет следующий вид:

Жирными линиями на этой схеме обозначены токонесущие провода, их легко отличить от проводов, соединяющих вольтметр с обоими сопротивлениями (Rкомпонента и Rвысокоточ).

Источник: http://www.radiomexanik.spb.ru/7.-izmeritelnyie-priboryi/9.-chetyirehprovodnoe-izmerenie-soprotivleniya-metodom-kelvina.html

Шунт

В электронике и электротехнике часто можно услышать слово «шунт», «шунтирование», «прошунтировать». Слово «шунт» к нам пришло с буржуйского языка: shunt —  в дословном переводе «ответвление», «перевод на запасной путь». Следовательно, шунт в электронике — это что-то такое, что «примыкает» к электрической цепи и «переводит» электрический ток по другому направлению. Ну вот, уже легче).

По сути дела шунт представляет из себя простой резист ор который имеет маленькое сопротивление, проще говоря, низкоомный резистор. И как бы это ни странно звучало: шунт является простейшим преобразователем силы тока в напряжение. Но как это возможно? Да оказывается все просто!

Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.

Условимся считать, что ток у нас постоянный и течет из пункта А в пункт Б. На своем пути он встречает шунт и почти беспрепятственно течет через него, так как сопротивление шунта очень маленькое. Не забываем, что электрический ток характеризуется такими параметрами, как Сила тока и Напряжение.  Через шунт электрический ток протекает с какой-то силой ( I ), в зависимости от нагрузки цепи.

Помните Закон Ома  для участка электрической цепи? Вот, собственно и он:

где

U — напряжение

I — сила тока

R — сопротивление

Сопротивление шунта у нас всегда постоянно и не меняется, попросту говоря «константа». Падение напряжение на шунте мы можем узнать, замерив вольтметром как на рисунке:

Значит, исходя из формулы 

получаем формулу:

и делаем простой до ужаса вывод: показания на вольтметре будут тем больше, чем бОльшая сила тока будет протекать через шунт.

Так что же это значит? А это значит, что мы спокойно можем рассчитать силу тока, протекаемую по проводочку АБ ;-). Все гениальное — просто! И самое замечательное знаете что? Нам даже не надо использовать амперметр ;-).

Вот такой принцип действия шунта. И чаще всего этот принцип используется как раз для того, чтобы расширить пределы измерения измерительных приборов.

Промышленные амперметры выглядят вот так:

На самом же деле, как бы это странно ни звучало — это вольтметры. Просто их шкала нарисована (проградуирована) уже с  расчетом по закону Ома. Короче говоря, показывает напряжение, а счет идет в Амперах ;-).

На одном из них можно увидеть предел измерения даже до 100 Ампер. Как вы думаете, если поставить такой прибор в разрыв электрической цепи и пропустить силу тока, ну скажем, Ампер в 90, выдержит ли тоненький провод измерительной катушки внутри амперметра? Думаю, пойдет белый густой дым). Поэтому такие измерения проводят только через шунты.

А вот, собственно, и промышленные шунты:

Те, которые справа внизу  могут пропускать  через себя силу тока  до килоАмпера и больше.

К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать  шунт с амперметром вот по такой схеме:

В некоторых амперметрах этот шунт  встраивается прямо в корпус самого прибора.

Читайте также:  Вч приставка к осциллографу

Хватит нудной теории, приступаем к делу.

В гостях у нас самый что ни на есть обыкновенный промышленный шунт для амперметра:

Взади можно прочитать его маркировку:

Как же прочитать характеристику такой маркировки? Здесь все просто! Это означает, что если протекаемая сила тока через шунт будет 20 Ампер, то падение напряжения на шунте будет 75 миллиВольт.

0,5  — это класс точности. То есть сколько мы замерили — это значение будет с погрешностью 0.5% от измеряемой величины. То есть допустим, мы замеряли падение напряжения 50 миллиВольт. Погрешность измерения составит 50 плюс-минус 0,25. Такой точности вполне хватит для промышленных и радиоэлектронных нужд ;-).

Итак, у нас имеется  простая автомобильная лампочка накаливания на 12 Вольт:

Выставляем на  Блоке питания напряжение в 12 Вольт, и цепляем нашу лампочку. Лампочка зажигается и мы сразу же видим, какую силу тока она потребляет, благодаря встроенному амперметру в блоке питания. Кушает наша лампа 1,7 Ампер.

Предположим, у нас нету встроенного амперметра в блоке питания, но нам надо знать, какая все-таки сила тока проходит через лампочку. Для этого собираем простенькую схемку:

И замеряем падение напряжения на самом шунте. Получилось 6,3 милливольта.

Так как мы знаем, что при 20 Амперах напряжение на шунте будет 75 миллиВольт, то какая сила тока будет проходить через шунт, если падение напряжения на нем составит 6,3 миллиВольта? Вспоминаем училку по математике Марьиванну и решаем простенькую пропорцию за 5-ый класс

Источник: https://www.ruselectronic.com/shunt-dlya-ampermetra/

Измерение больших токов шунтом

Иногда, в радиолюбительской практике и не только, требуется измерить токи, величиной в несколько десятков ампер. Обычный мультиметр может измерять токи до 10 А, ито не всегда.

Зачастую имеющийся под рукой прибор позволяет делать измерения до десятых долей ампера. Опытный радиолюбитель легко выйдет из положения, поэтому статья предназначена в первую очередь для новичков.

Итак, будем разбираться, как измерить ток с помощью закона Ома.

Применение закона Ома

Основной закон электротехники, он же закон Ома, гласит: I=U/R где I-это ток в амперах, U-напряжение в вольтах, R-сопротивление в омах. Эта формула говорит нам, что если в разрыв измеряемой нагрузки (где нужно измерить ток) включить шунт (R) и измеренное на шунте напряжение (U) подставить в формулу, по двум величинам R и U мы узнаем нужную нам I – протекающий ток.

Пример: мы ожидаем ток 20-30 А, а может и больший от потребления двигателем шуруповерта. У нас имеется проволочный шунт, сопротивлением 0,035 Ом. Шунт подключается в разрыв плюса или минуса, это не важно – действующий ток одинаков на всех участках цепи.

Так же параллельно шунту подключается вольтметр – по его показания можно судить о токе, потребляемом нагрузкой. У меня при почти полном торможении вала двигателя вольтметр показывал около 0,9 В.

Подставив известные нам значения в формулу I=0,9/0,035=25,7А – такой ток потребляет мотор.

Обратите внимание:
При измерении пульсирующих и динамически меняющихся токов, цифровой вольтметр не очень подходит, так как его контроллер очень медленно снимает показания. Для данной цели больше подходит стрелочный вольтметр.

Подобрав шунт нужного сопротивления, можно измерять любые постоянные или пульсирующие токи, хоть до 300 А и более. Хотя я сомневаюсь, что такие измерения вам понадобятся.

Обычные резисторы не подходят в роли шунта для больших токов, так как обладают малой мощностью рассеяния. Рассчитать примерную мощность рассеяния шунта можно умножив ожидаемый ток в амперах на падение на нем в вольтах.

Для выше приведенного примера это 25,7*0,9=23,13 Вт, такой мощностью обладают проволочные резисторы.

Самодельный шунт

Не всегда под рукой имеются проволочные резисторы таких мизерных сопротивлений, я бы даже сказал чаще их нет.

Из положения можно выйти при помощи нихромовой проволоки от вышедших из строя нагревателей, в крайнем случае можно использовать обычный медный провод.

Для определения сопротивления куска проволоки понадобится амперметр (прям замкнутый круг) и источник питания с нагрузкой. Амперметр может конечно быть рассчитан на меньшие токи, чем предполагается измерять шунтом.

Например, для измерения сопротивления своего шунта 0,035 Ом я использовал источник напряжения 12 В и галогеновую лампу 12 В 35 Вт. Предварительно оценив, что лампа потребляет 35Вт/12В=2,9А, я использовал амперметр на 5 А. Безусловно, когда мы знаем ток потребления нагрузкой, как в моем случае, амперметром можно и не пользоваться, однако будет большая погрешность в измерениях.

Для измерительного шунта отлично подходит сборный шунт от советского измерительного прибора. Данный шунт имеет несколько отводов и обладает способностью держать большие токи.

Итак, подключаем шунт неизвестного сопротивления в разрыв между источником питания и нагрузкой (лампой). Аналогично, как при измерении тока, включаем параллельно шунту вольтметр.

В ситуации с лампой вполне сойдет цифровой вольтметр. Закон Ома здесь применим с той лишь разницей, что теперь нам известен ток и напряжение, а сопротивление нет.

Используя ту же формулу, подставляем известные значения: 2,9(ток потребления лампы)=0,1(напряжение на измеряемом шунте)/X(сопротивление неизвестно) – 2,9=0,1/X или данное уравнение можно записать иначе: X=0,1/2,9=0,034 Ома – сопротивление шунта.

Измерение переменного тока

Для измерения переменного тока так же применимы вышеописанные методы, с той лишь разницей, что нужно использовать вольтметр переменного напряжения, а в случае с измерением сопротивления шунта – амперметр переменного тока.

Для измерения в цепях с частотой 50 Гц вполне сойдут и цифровые вольтметры и амперметры (при наличии у них таких функций). При более высоких частотах цифровые приборы малопригодны, их показания могут сильно отличаться от реальности. Стрелочные измерительные приборы в этом случае куда более подходящие.

Смотрите так же другие статьи

Источник: https://yserogo.ru/elektronika/izmerenie-toka.html

Расчёт шунтирующего сопротивления амперметра :: АвтоМотоГараж

Для контроля величины тока применяется прибор называемый амперметром. Из практики могу сказать, что не всегда под рукой оказывается прибор с нужным диапазоном измерения. Как правило, диапазон либо мал, либо велик.

Здесь мы разберем, как изменить рабочий диапазон амперметра.  Амперметры на большие токи от 20 ампер и выше имеют в своём составе внешний шунтирующий резистор. Он подключается параллельно амперметру.

На рисунке 1 приведена схема включения амперметра с шунтирующем резистором.

В качестве примера в экспериментах будет использован амперметр M367 со шкалой до 150 ампер, соответственно при таком токе амперметр используется с внешним шунтирующим сопротивлением.

Если убрать шунтирующий резистор, то амперметр станет миллиамперметром с максимальным током отклонения стрелки 30 мА (далее будет пояснение, откуда это значение взялось). Таким образом, используя разные шунтирующие сопротивления можно сделать амперметр практически с любым диапазоном измерения.

Рассмотрим подробнее имеющийся измерительный прибор. Из его маркировок можно узнать следующее. Маркировка в верхнем правом углу (цифра 1 на изображении). Модель измерительной головки М367. Сделан на краснодарском заводе измерительных приборов (это можно определить по ромбику с буковками ЗИП). Год выпуска 1973. Серийный номер 165266.

Маркировка в нижнем левом углу (цифра 2 на изображении). Слева на право. Прибор предназначен для измерения постоянного тока. Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой. Напряжение между корпусом и мангнитоэлектрической системой не должно превышать 2 КВ.

Рабочее положение шкалы прибора вертикальное. Класс точности прибора в процентах 1,5. ГОСТ8711-60.

Измерительная головка рассчитана на измерения силы тока до 150 ампер с использованием внешнего шунтирующего сопротивления рассчитанного на падение на нём напряжения номиналом в 75 милливольт.

Итак, это максимум что удалось узнать из маркировки амперметра. Теперь перейдём к расчетам. Сопротивление шунта определяется по формуле:

где : Rш – сопротивление шунтирующего резистора; Rприб – внутреннее сопротивление амперметра; Iприб – максимально измеримый ток амперметром без шунта;

Iраб – максимально измеримый ток с шунтом (требуемое значение)

Если все данные для расчёта имеются, то можно приступать к самому расчёту. Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором ниже:

В нашем случае из формулы видно, что данных не достаточно. Нам известен только максимальный измеряемый ток с шунтом. То есть, то, что мы хотим видеть в случае максимального отклонения стрелки амперметра.

Из маркировки прибора удалось узнать падение напряжения на шунтирующем сопротивлении. И это уже что-то. Из этого параметра ясно, что при подаче на прибор напряжения номиналом 0,075 вольт (75мВ) стрелка отклониться до крайнего значения на шкале 150 ампер.

Таким образом, получается, что максимальное отклонение стрелки прибора достигается подачей напряжения 75 мВ. Вроде как данных для расчета по-прежнему не хватает. Необходимо узнать сопротивление прибора и ток, при котором стрелка откланяется до максимального значения без шунтирующего резистора.

Далее предлагаю несколько способов для определения нужных параметров и решения задачи.

Способ первый. При помощи блока питания выясняем максимальное отклонение стрелки по току и напряжению без шунта. В нашем случае напряжение уже известно. Его замерять не будем. Измеряем ток и отклонение стрелки. Так как блока питания под рукой не оказалось, то пришлось воспользоваться очень разряженой батарейкой типа АА.

Ток, который батарейка могла ещё отдать, составил 12 мА (по показаниям мультиметра). При этом токе стрелка прибора отклонилась до значения на циферблате 60А. Далее определяем цену деления и рассчитываем полное (максимальное) отклонение стрелки.

Поскольку шкала циферблата амперметра размечена равномерно, то не составит труда узнать (рассчитать) ток максимального отклонения стрелки.

Цена деления прибора рассчитывается по формуле:

где:х1 – меньшее значение,х2 – большее значение,

n – количество промежутков (отрезков) между значениями

Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором ниже:

Расчёт показал, что цена деления прибора штатной шкалы составляет 5 ампер. При токе 12 мА стрелка отклонялась до показания 60А. Таким образом, цена одного деления без шунта составляет 1 мА. Всего делений 30, соответственно максимальное отклонение стрелки до значения 150А без шунта составляет 30 мА.

Далее при помощи закона Ома находим сопротивление прибора. 0,075/0,03=2,5 Ом

Расчёт:Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(10-0,03)=0,00752 Ом для шкалы 10А махRш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(5-0,03)=0,01509 Ом для шкалы 5А мах

Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(3-0,03)=0,02525 Ом для шкалы 3А мах

Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором расчёта сопротивления шунтирующего сопротивления выше.

Второй вариант.

При помощи прецизионного мультиметра замеряем сопротивление амперметра и далее при помощи закона Ома (зная напряжение максимального отклонения стрелки) находим ток максимального отклонения стрелки.

Измерения выполнялись прецизионными мультиметрами Mastech MS8218 и Uni-t UT71E. При измерении сопротивления амперметра значение составило 2,50-2,52 Ом прибором UT71E и 2,52-2,53 прибором MS8218.

Формула для расчёта тока отклонения стрелки до максимального значения:

Расчёт: 0.075/2.52=0.02976А

Для упрощения вычислений максимального тока отклонения стрелки амперметра можно воспользоваться калькулятором ниже:

Далее, как и в первом варианте выполняем расчёт сопротивления шунтирующего резистора (калькулятор выше). Для расчёта было принято среднее показание измеренного сопротивления амперметра двумя мультиметрами Rприб = 2,52Ом

Читайте также:  Простейшая сигнализация на attiny13

Расчёт:Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(10-0,02976)=0,00752 Ом для шкалы 10А махRш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(5-0,02976)=0,01508 Ом для шкалы 5А мах

Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(3-0,02976)=0,02524 Ом для шкалы 3А мах

Если сравнить расчёты двух методик между собой, то получились совпадение данных до четвёртого знака после запятой, а в некоторых случаях даже до пяти знаков.

О тонкостях изготовления шунтирующего сопротивления расскажу в следующей статье.

Источник: http://automotogarage.ru/equipment/electrical/shunting_resistor

Шунт для амперметра – как сделать самому, откалибровать и расширить возможности тестера

Измерение силы тока – достаточно важная процедура для расчета и проверки электрических схем. Если вы создаете прибор с потребляемой мощностью на уровне зарядки для мобильного телефона – для измерения достаточно обычного мультиметра.

Типичный недорогой бытовой тестер имеет предел измерения силы тока 10 А.

На большинстве подобных приборов имеется дополнительный разъем для измерения больших величин. Переставляя измерительный кабель, вы, наверное не задумывались, по какой причине надо организовывать дополнительную цепь, и почему нельзя просто воспользоваться переключателем режимов?

Почему одним прибором нельзя измерять широкий диапазон величин?

Принцип работы любого амперметра (стрелочного или катушечного) основан на переводе измеряемой величины в визуальное ее отображение. Стрелочные системы работают по механическому принципу.

Через обмотку протекает ток определенной величины, заставляя ее отклоняться в поле постоянного магнита. На катушке закреплена стрелка. Остальное – дело техники. Шкала, разметка и прочее.

Зависимость угла отклонения от силы тока на катушке не всегда линейная, это часто компенсируется пружиной особой формы.

Для обеспечения точности измерения, шкала делается по возможности с большим количеством промежуточных делений. В таком случае, для обеспечения широкого предела измерений шкала должна быть огромного размера.

Или же надо иметь в арсенале несколько прибором: амперметр на десятки и сотни ампер, обычный амперметр, миллиамперметр.

В цифровых мультиметрах картина схожая. Чем точнее шкала – тем ниже предел измерения. И наоборот – завышенная величина предела, дает большую погрешность.

Слишком загруженной шкалой пользоваться неудобно. Большое количество положений усложняют конструкцию прибора, и увеличивают вероятность потери контакта.

Применив закон Ома для участка цепи, можно изменить чувствительность прибора, установив шунт для амперметра.

Справка: Шунтом называется обходное сопротивление, проводник, подключенный параллельно измеряемому участку цепи. Часть тока устремляется в обход основного участка, и на подключенный прибор приходится меньшая нагрузка.

Изучение начнем с теории:

Как рассчитать шунт для амперметра?

  1. Расчет шунта для незначительного расширения верхнего предела шкалы амперметра.Сопротивление шунта вычисляется по формуле. Rш = (Rа * Iа)/(I — Iа)Rш – сопротивление, которым должен обладать шунт.Rа – внутреннее сопротивление амперметра без нагрузки.

    I – предполагаемый ток, при котором стрелка прибора займет максимальное положение в конце шкалы.Iа – ток, при котором стрелка прибора занимает крайнее положение в конце шкалы без применения шунта.Величина сопротивления рассчитывается по формуле в Омах, сила тока в Амперах.

  2. Расчет шунта для амперметра при существенном превышении предела измерений.Сопротивление шунта вычисляется по формуле. Rш = (Rа * Iа)/I

Как сделать шунт для амперметра, какие материалы при этом используются

Фабрично изготовленные шунты рассчитываются под готовые приборы, их параметры учитываются еще при вытягивании проволоки.

При создании учитывается даже расстояние от центра проволоки до мест подключения контактов. Несмотря на массивность конструкции, шунт достаточно точный и чувствительный прибор. На погрешность влияет даже разнесение контактов для прибора и контактов для измеряемой цепи.

Это низкоомные приборы. Сопротивление измеряется единицами Ом. Поэтому на рабочую величину влияет даже сечение проводника. При точной подгонке свойств шунта, можно делать на шине пропилы, для изменения удельного сопротивления.

Популярное:  Что измеряет вольтметр? Вопрос понятен всем. Или нет?

Еще один вариант юстировки фабричного шунта – подбор дополнительных сопротивлений. Такой способ часто практикуют доморощенные «Кулибины».

Шунт для амперметра своими руками можно изготовить из любого материала, обладающего низким сопротивлением и хорошей теплопроводностью. Если измеряемые токи не более 10 ампер – воспользуйтесь обычной стальной скрепкой большого размера.

Сталь противостоит влиянию высоких температур, и неплохо паяется (при необходимости стационарного монтажа). Если у вас есть медь – тоже хороший выбор. Только не переусердствуйте при калибровке. Случайно отпиленный для изменения сечения кусок нет смысла паять обратно.

[tip]Внимание! Если вы делаете проволочный шунт, не следует мотать из нее спираль. [/tip]

Индуктивность при протекании больших токов может исказить результат. Лучше применить иной материал, или уложить шунт волнами.

Как подобрать шунт для амперметра максимально точно?

Для стенда по подбору сопротивления нам понадобятся:

  • блок питания;
  • образцовый прибор;
  • качественные провода (медные);
  • переменное сопротивление;
  • собственно шунт и амперметр, для которого он готовится.

Схема нужна для точного подбора сопротивления шунта и калибровки прибора с установленной накладкой.

Установив под нагрузкой (заряд аккумулятора) минимальное и максимальное значение – приступаем к ступенчатому изменению силы тока переменным сопротивлением. Полученные на контрольном приборе значения наносим на шкалу.

Вспоминаем физику. Видео урок по расчету шунта для амперметра.

Источник: http://obinstrumente.ru/elektronika/shunt-dlya-ampermetra.html

Измерение малых сопротивлений. Схема приставки

Порой появляется необходимость выполнить измерение малых сопротивлений – обмоток реле, трансформаторов (до 20 Ом) или шунтов измерительных приборов (до 2 Ом). Приведенная в данной статье схема приставки к милливольтметру, позволяет выполнить замер сопротивлений на 2-х пределах: до 2 Ом и 20 Ом.

Описание работы приставки для измерения малых сопротивлений

Вся работы данной приставки построена на измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при заведомо известном значении тока протекающего через него. На транзисторе VT1 создается постоянное значение тока. Его повышенная стабильность создается работой операционного усилителя, который осуществляет управление транзистором VT1.

Измерение малых сопротивлений. Схема приставки

Значение постоянного тока в момент измерения сопротивлений до 20 Ом -10 мА и 100 мА при измерении до 2 Ом. Для увеличения стабильности работы всей схемы, микросхема DA1, в свою очередь, запитана от стабилизатора 78L05 (DA2). Переключателем SA1 осуществляется выбор предела измерений. Кнопка SA3 нажимается только в момент осуществления измерений. Для защиты вольтметра от поломки, при включении измерителя без резистора, в схему добавлен диод VD1.

Калибровка приставки

Сперва ручки переменных резисторов R2 и R5 необходимо установить в средние положения. Далее на приставку подают напряжение 8…24 В. Постоянную величину тока, протекающего через замеряемое сопротивление, возможно установить 2-я способами.

Первый способ потребует использования высокоточного миллиамперметра. Необходимо его щупы подсоединить к зажимам измеряемого малого сопротивления.

Переключатель приставки SA1 перевести в положение замера сопротивлений до 2 Ом (верхнее по схеме), а на миллиамперметре установить диапазон до 200 мА.

Затем нужно нажать на кнопку SA3 и путем изменения сопротивления переменного резистора R5 выставить ток 100 мА.

Далее переключатель SA1 установить в положение до 20 Ом (нижнее по схеме), уровень же миллиамперметра выставить на 20 мА. Нажимаем кнопку SA3 и резистором R2 выставляем ток 10 мА. Повторить данный способ калибровки тока несколько раз, а затем движки переменных резисторов покрыть лаком или краской.

Второй способ калибровки заключается в применении образцовых сопротивлений на 1 и 10 Ом. Путем изменения сопротивлений резисторов на каждом диапазоне установить падение напряжения на образцовых резисторах 100 мВ.

В данной приставке можно применить операционный усилитель LM324 или К1401УД2А. Стабилизатор 78L05 можно заменить на К142ЕН5А, транзистор BD135 можно заменить на КТ815, КТ817, а диод на КД103А. Транзистор VT1 необходимо разместить на небольшом радиаторе.

Для подключения измеряемого резистора малого сопротивления удобно использовать зажимы типа «крокодил». Особое внимание следует уделить способу подсоединения щупов вольтметра.

Их непременно нужно подключить непосредственно к зажимам, в которых находится измеряемое сопротивление — в этом случае сопротивление проводов щупов не повлияет на результаты измерения.

Источник http://www.joyta.ru/6417-pristavka-dlya-izmereniya-malyx-soprotivlenij/

Источник: http://wptour.ru/izmerenie-malyx-soprotivlenij-sxema-pristavki.html

Способ измерения сопротивлений

№ 94385

Класс 21е, 29о!

21е, 36

СССР

3i t (, 11 «л !:Ц! в -;

J «Е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

П. Б. Ираний

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Заявлено 12 июня 1950 г. за ¹ 3934/419762 в Гостехнику СССР

Опубликовано в «Бюллетене Изобретений>: № !О за 1932 г.

Предметом настоящего изобретения является способ измерения малых сопротивлений методом замещения.

Обычно для измерения малых омических сопротивлений пользуются мостом Томсона, для которого необходим очень чувствительный зеркальный гальванометр, или используют способ падения напряжений, при котором наряду со стрелочным милливольтметром высокой чувствительности требуется мощный источник постоянного тока, обеспечивающий необходимый измерительный ток 100 — 150 а.

Предлагаемый способ дает возможность измерять очень малые сопротивления (до 1 мком), не требуя применения дорогостоящих чувствительных приборов и мощных источников постоянного тока.

Согласно изобретению, это достигается тем, что измерительную цепь питают электрическими импульсами, которые получают от трансформатора, питаемого от маломощного источника тока через прерыватель.

На чертеже представлена электрическая схема p ii измерений предлагаемому способу.

Измерение производится по методу замещения — путем определения величин напряжений, создаваемых одним и тем же током на измеряемом и на эталонном сопротивлениях 1 и 2, включенных последовательно.

Необходимый для измерения ток

100 — 150 а получается от трансформатора 8, питаемого импульсами постоянного тока 10 а, источником которых служит обычный 6-в аккумулятор 4.

Этот трансформатор имеет первичную обмотку, омическое сопротивление которой рассчитано на питание током 10 а, при непосредственном подключении ее и зажимам аккумулятора. Вторичная обмотка состоит из нескольких витков большого сечения.

Она замкнута на эталонное омическое сопротивление 2 (шунт на 100 мком) и измеряемое сопротивление 1 гибким кабелем 5 необходимого сечения.

Благодаря низкому омическому сопротивлению вторичной цепи и большому сечению № 94385 з амер енное метром 7;

, — падение напряжения на эталонном сопротивлении, замеренное тем же милливольтметром. где: — измеряемое сопротивление;

R, — эталонное сопротивление, равное 100 иком. о; — падение напряжения на измеряемом сопротивлении, Отв. редактор И, Д. Тихомиров

Стандартгнз. Подп. к печ. 15/Х1-1956 r. Объем 0,125 п. л. Тираж 400. Цена 25 коп.

Министерство культуры СССР. Главное управление полиграфической промышленности.

Ярославский полиграфкомбинат. Ярославль, ул. Свободы, 97. Заказ 999. трансформаторного железа при прерывании, прерывателем 6 цепи первичной обмотки трансформатора 8 во вторичной цепи возоуждается мощный импульс тока, максимальная величина которого достигает

150 а. Продолжительность протекания тока составляет в среднем 4—

5 сек, Величину измеряемого сопротивления определяют по формуле:

R=R,: а

Предмет изобретения

Способ измерения сопротивлений методом замещения, о т л и ч ао шийся тем, что, с целью уменьгцения требуемой мощности источника измерительного тока при измерениях сопротивлений весьма малых величин, для питания измерительной цепи применяют электрические импульсы, получаемые от тоансформатора питаемого от указанного источника тока через прерыватель.

  

Источник: http://www.FindPatent.ru/patent/9/94385.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector