Шунтирование амперметра и вольтметра

Шунтирование амперметра и вольтметра

Понятия и формулы

Шунтом называется сопротивление, которое присоединяется параллельно зажимам амперметра (параллельно внутреннему сопротивлению прибора), чтобы увеличить диапазон измерений. Измеряемый ток I разделяется между измерительным шунтом (rш, Iш) и амперметром (rа, Iа) обратно пропорционально их сопротивлениям.

Сопротивление шунта rш=rа х Iа/(I-Iа ).

Для увеличения диапазона измерений в n раз шунт должен иметь сопротивление rш=(n-1)/rа

1. Электромагнитный амперметр имеет внутреннее сопротивление rа=10 Ом, а диапазон измерений до 1 А. Рассчитайте сопротивление rш шунта так, чтобы амперметр мог измерять ток до 20 А (рис. 1).

Измеряемый ток 20 А разветвится на ток Iа=1 А, который потечет через амперметр, и ток Iш, который потечет через шунт:

Отсюда ток, протекающий через шунт, Iш=I-Iа=20-1=19 А.

Измеряемый ток I=20 А должен разделиться в отношении Iа:Iш=1:19.

Отсюда вытекает, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Iа:Iш=1/rа : 1/rш;

Сопротивление шунта rш=10/19=0,526 Ом.

Сопротивление шунта должно быть в 19 раз меньше, чем сопротивление амперметра rа, чтобы через него проходил ток Iш, в 19 раз больший тока Iа=1 А, который проходит через амперметр.

2. Магнитоэлектрический миллиамперметр имеет диапазон измерений без шунта 10 мА и внутреннее сопротивление 100 Ом. Какое сопротивление должен иметь шунт, если прибор должен измерять ток до 1 А (рис. 2)?

При полном отклонении стрелки через катушку миллиамперметра будет проходить ток Iа=0,01 А, а через шунт Iш:

откуда Iш=I-Iа=1-0,99 A=990 мА.

Ток 1 А разделится обратно пропорционально сопротивлениям: Iа:Iш=rш:rа.

Из этого соотношения найдем сопротивление шунта:

10:990=rш:100; rш=(10х100)/990=1000/990=1,010 Ом.

При полном отклонении стрелки через прибор пройдет ток Iа=0,01 А, через шунт – ток Iш=0,99 А, а по общей цепи – ток I=1 А.

При измерении тока I=0,5 А через шунт пройдет ток Iш=0,492 А, а через амперметр – ток Iа=0,05 А. Стрелка при этом отклоняется до половины шкалы.

При любом токе от 0 до 1 А (при выбранном шунте) токи в ветвях разделятся в отношении rа:rш, т. е. 100:1,01.

Читайте также:  Какой шлифовальный станок лучше

3. Амперметр (рис. 3) имеет внутреннее сопротивление rа=9,9 Ом, а сопротивление его шунта 0,1 Ом. В каком отношении разделится измеряемый ток 300 А в приборе и шунте?

Задачу решим при помощи первого закона Кирхгофа: I=Iа+Iш.

Кроме того, Iа:Iш=rш:rа.

Из второго уравнения получим ток Iа и подставим его в первое уравнение:

Ток в приборе Iа=I-Iш=300-297=3 А.

Из всего измеряемого тока через амперметр пройдет ток Iа=3 А, а через шунт Iш=297 А.

Шунт для амперметра

4. Амперметр, внутреннее сопротивление которого 1,98 Ом, дает полное отклонение стрелки при токе 2 А. Необходимо измерить ток до 200 А. Какое сопротивление должен иметь шунт, подключаемый параллельно зажимам прибора?

В данной задаче диапазон измерений увеличивается в 100 раз: n=200/2=100.

Искомое сопротивление шунта rш=rа/(n-1).

В нашем случае сопротивление шунта будет: rш=1,98/(100-1)=1,98/99=0,02 Ом.

Для изменения предела измерения амперметра или вольтметра применяется метод шунтирования, то есть подключения измерительного прибора через шунт.

Шунт — это сопротивление, которе подключается последовательно с вольтметром или параллельно с амперметром для изменения величины тока, текущего через измерительный прибор.

Шунтирование амперметра

Добавление шунта параллельно амперметру вызывает разделение тока Iизм, который протекает через данную цепь и который необходимо измерить, на две составляющие – 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 Iизм или напротив, зная ток Iизм, можно рассчитать необходимое сопротивление шунта Rш.

Измеряемый ток равен сумме токов на амперметре на шунте, а наяпряжения одинаковы:

Формула для расчета сопротивления шунта:

Для увеличения предела измерения амперметра в n раз необходимо подключить шунт с сопротивлением

Шунтирование вольтметра

Вольтметры предназначены для измерения разности потенциалов на участке цепи. Для однородного участка цепи разность потенциалов равна напряжению на участке. Для того чтобы при подключении вольтметра токи в схеме изменялись мало, необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление RV было как можно большим. Поэтому к вольтметру последовательно включается добавочное сопротивление.

Читайте также:  Сделать кресло качалку своими руками размеры

Пределу измерения вольтметра соответствует максимальный ток вольтметра, а напряжения складываются:

где Uизм/UV — коэффициент изменения предела измерения вольтметра.

Шунтирование (подключение дополнительного сопротивления) служит для изменения шкалы измерительных приборов (амперметра, вольтметра).

Амперметр служит для измерения силы тока и включается в цепь последовательно (рис. 8.12).

Внутреннее сопротивление амперметра обычно достаточно мало.

Для расширения шкалы измерений в n раз к амперметру параллельно подключают шунт (рис. 8.13), сопротивление которого рассчитывается по формуле

где R A — внутреннее сопротивление амперметра; n = I / I 0 ; I 0 — максимальная сила тока, которую можно было измерять до шунтирования; I — максимальная сила тока, которую необходимо измерять данным амперметром (после шунтирования).

Вольтметр служит для измерения напряжения и включается в цепь параллельно (рис. 8.14).

Внутреннее сопротивление вольтметра обычно достаточно велико.

Для расширения шкалы в n раз измерений к вольтметру последовательно подключают добавочное сопротивление (рис. 8.15), величина которого рассчитывается по формуле

R доб = R V ( n − 1),

где R V — внутреннее сопротивление вольтметра; n = U / U 0 ; U 0 — максимальное напряжение, которое можно было измерять до подключения добавочного сопротивления; U — максимальное напряжение, которое необходимо измерять данным вольтметром (после подключения добавочного сопротивления).

При подключении шунта к амперметру и добавочного сопротивления к вольтметру:

1) шкала измерительных приборов расширяется в n раз:

  • n = I / I 0 — для амперметра ( I 0 — максимальная сила тока, которую можно было измерить до шунтирования; I — максимальная сила тока, которую требуется измерять данным амперметром);
  • n = U / U 0 — для вольтметра ( U 0 — максимальное напряжение, которое можно было измерить до подключения добавочного сопротивления; U — максимальное напряжение, которое требуется измерять данным вольтметром);

2) цена деления шкалы измерительных приборов увеличивается в n раз;

3) чувствительность измерительных приборов падает (понижается) в n раз.

Пример 13. Школьный амперметр предназначен для измерения токов до 25 мА. Его сопротивление составляет 78 Ом. Возникла необходимость с помощью этого амперметра измерять ток силой до 1,0 А. Определить сопротивление шунта, который следует подключить к данному амперметру.

Читайте также:  Эфир как источник энергии

Решение . Измерительную шкалу школьного амперметра требуется расширить в n раз:

где I 0 — предельная сила тока, которую можно было измерять амперметром до шунтирования, I 0 = 25 мА; I — предельная сила тока, которую можно будет измерять после шунтирования амперметра, I = 1,0 А.

С целью расширения шкалы измерений параллельно к амперметру необходимо подключить шунт, сопротивление которого определяется формулой

где R A — сопротивление амперметра, R A = 78 Ом.

После подстановки в данную формулу выражения для n получим формулу для расчета сопротивления шунта:

R ш = R A I I 0 − 1 .

Вычислим величину сопротивления шунта:

R ш = 78 1,0 25 ⋅ 10 − 3 − 1 = 2,0 Ом.

Подключение параллельно к данному амперметру шунта сопротивлением 2,0 Ом позволит измерять токи силой до 1,0 А.

Пример 14. Вольтметр предназначен для измерения напряжения до 90 В. Его сопротивление составляет 3,0 кОм. Возникла необходимость с помощью этого вольтметра измерять напряжение до 0,45 кВ. Определить величину дополнительного сопротивления, которое следует подключить к данному вольтметру.

Решение . Измерительную шкалу вольтметра требуется расширить в n раз:

где U 0 — предельное напряжение, которое можно было измерять вольтметром до подключения добавочного сопротивления, U 0 = 90 В; U — предельное напряжение, которое можно будет измерять после подключения добавочного сопротивления, U = 0,45 кВ.

С целью расширения шкалы измерений последовательно к вольтметру подключают дополнительное сопротивление, величина которого определяется формулой

R доб = R V ( n − 1),

где R V — сопротивление вольтметра, R V = 3,0 кОм.

После подстановки в данную формулу выражения для n получим формулу для расчета добавочного сопротивления:

R доб = R V ( U U 0 − 1 ) .

Вычислим величину сопротивления:

R доб = 3,0 ⋅ 10 3 ( 0,45 ⋅ 10 3 90 − 1 ) = 12 ⋅ 10 3 Ом = 12 кОм .

Подключение последовательно к данному вольтметру добавочного сопротивления 12 кОм позволит измерять напряжение до 0,45 кВ.

Ссылка на основную публикацию
Что можно сделать со старыми шторами
Никого не удивляет, что еще вчера модные и современные шторы сегодня становятся пережитком. Но не выбрасывать же крепкую ткань только...
Чем резать композитную арматуру
Для разрезания стеклопластиковой арматуры можно использовать: топор; болторез; ножовку по металлу; углошлифовальную машину (болгарку). Использование топора или болтореза влечёт за...
Чем растворяется монтажная пена
Обратной стороной медали при применении монтажной пены являются загрязнения, которые она оставляет. Наиболее страдает пистолет, который с ней непосредственно контактирует....
Что надо для строительства дома
Какие документы нужны для строительства частного дома — важный вопрос, который волнует многих. Ведь, иметь собственный дом — это мечта...
Adblock detector