Амперметр 200а своими руками

Схемы амперметров с линейной шкалой для измерения переменного тока

Применив синхронное выпрямление переменного тока, автор линеаризовал шкалу шунтового амперметра магнитоэлектрического типа без какого-либо усилителя В статье предлагаются варианты схем с однополупериодным и кольцевым синхронным выпрямителем, применяемым обычно в кольцевых модуляторах.

Шкала амперметра переменного тока, построенного с использованием магнитоэлектрического стрелочного прибора с шунтом и простого выпрямителя, обычно нелинейна. Это связано с тем что при уменьшении напряжения ниже некоторого порога (0,2. 0,6 В) выпрямительные свойства германиевых и кремниевых диодов резко ухудшаются.

В результате требуется увеличивать падение напряжения на шунте либо применять линейные выпрямители на основе усилителей переменного напряжения. Однако повышение падения напряжения на шунте неизбежно приводит к потерям мощности и росту выходного сопротивления источника питания. К тому же этот способ лишь уменьшает нелинейность, но не устраняет ее полностью.

Правда, применение усилителей позволяет практически полностью устранить нелинейность, но сильно усложняет измеритель.

Между тем линейность простых из мерительных выпрямителей на полупроводниковых диодах можно значительно улучшить без особого усложнения, если использовать синхронное выпрямление.

Однополупериодный синхронный выпрямитель для амперметра

На рис 1 приведена схема однополупериодного синхронного выпрямителя для амперметра с линеаризованной шкалой. В положительный полупериод переменного напряжения (плюс на верхних концах обмоток II и III) открываются диоды VD1 и VD2 подключая микроамперметр к шунту Rш. В отрицательный полупериод диоды закрыты.

В открытом состоянии диоды имеют малое дифференциальное сопротивление, и нелинейность этого сопротивления невелика, поэтому шкала получается практически линейной.

Рис. 1. Схема амперметра с трасформатором.

При использовании микроампер метров со шкалой 50 .200 мкА с максимальным падением напряжения на рамке не более 150 мВ минимальное напряжение на обмотке III может составлять 1,5. 2 В для германиевых и 2. 2,5 В для кремниевых диодов (при меньшем напряжении его нестабильность заметно сказывается на показаниях амперметра).

Максимальное напряжение ограничивается максимально допустимым обратным напряжением используемых диодов Минимальный ток диодов должен в 10.. 20 раз превышать максимальный ток микроамперметра. Дополнительную обмотку можно изготовить самостоятельно, намотав несколько витков тонкого изолированного про вода на катушку трансформатора, если его конструкция позволяет это сделать.

Резисторы R3 и R4 служат для подстройки нуля амперметра, сдвиг которого возникает за счет тока диода VD2, протекающего через шунт, и разброса параметров диодов.

Синфазность подключения обмоток II и III важна при сравнительно низком напряжении обмотки III (менее 2 В), так как при противофазном включении этих обмоток (в этом случае полярность подключения микроамперметра нужно изменить) в приборе появляется нелинейность шкалы (цена деления в конце шкалы плавно увеличивается), что, кстати, иногда может оказаться полезным. Однако при напряжении на обмотке III выше 4 ..5 В эта нелинейность практически не заметна и на фазу включения обмоток можно не обращать внимания

Для защиты микроамперметра от случайных перегрузок параллельно его выводам полезно включить кремниевый диод Д220 КД522 или КД521 в прямом направлении, предварительно убедившись, что он не влияет на показания микроамперметра в конце шкалы.

Двухполупериодный выпрямитель для амперметра

Добавлением еще двух диодов и одного резистора синхронный выпрямитель можно преобразовать в двухполупериодный (рис 2). В качестве источника, открывающего диоды, здесь использована рабочая обмотка трансформатора

Преимущество двухполупериодной схемы выпрямления перед однополупериодной состоит в том, что требуемое падение напряжения на Вш примерно в два раза меньше при одинаковом токе полного отклонения микроамперметра.

Рис. 2. Схема двухполупериодного выпрямителя для амперметра.

Так, если в однополупериодном выпрямителе с диодами Д220 для полного отклонения стрелки микроамперметра на 200 мкА (с сопротивлением рамки около 670 Ом) требовалось падение напряжения на Rш, около 0,4 В, то в двухполупериодном это напряжение не превышало 0,2 В.

Приведенная схема является модификацией обычного кольцевого модулятора При увеличении напряжения на R„, до 0,4 В (амплитудное значение) для германиевых и 1,2 В для кремниевых диодов через диоды VD1 VD3 и VD2, VD4 начинает протекать сквозной ток нагрузки. Поэтому резисторы R3-R5 служат не только для балансировки моста Они ограничивают ток через диоды при перегрузке.

Исходя из этих соображений, в двухполупериодном выпрямителе лучше использовать кремниевые диоды и рассчитывать амперметр на максимальное падение напряжения на Rш, не более 0,5. 0,6 В.

На случаи перегрузки или КЗ можно принять дополнительные меры по ограничению тока через диоды. Это может быть увеличение сопротивления резисторов R3- R5, гасящего резистора и шунтирующих диодов или стабилитронов.

Получение открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В

Для открывания диодов измерительного моста амперметра с линейной шкалой не обязательно использовать трансформатор. На рисунке 3 показан способ получения открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В, стабилитрон VD1 ограничивает и стабилизирует это напряжение. Диод VD2 уменьшает нагрев гасящего резистора R5.

Рис. 3. Схема — способ получения открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В.

Такую схему питания целесообразно использовать и в случае питания от трансформатора, если его выходное напряжение превышает несколько десятков вольт При использовании в подобном случае двухполупериодного выпрямителя диод VD2 необходимо исключить, а последовательно со стабилитроном VD1 включить встречно еще один (того же типа) или использовать двуханодный стабилитрон

При расчете элементов однополупериодного выпрямителя и проведении измерений нужно помнить об особенностях измерения несинусоидального тока или напряжения, учитывая коэффициент формы.

При изготовлении многопредельного амперметра с пределами измеряемого тока менее 0 2 0 4 А необходимо учитывать следующую особенность этих мостовых схем. Ток, открывающий диод VD1 на рис 1 (или VD1, VD2 на рис 2), замыкается непосредственно на источник питания, а ток диода VD2 (или VD3 VD4 на рис. 2) проходит через резистор Rш, и создает на нем падение напряжения, которое, как указывалось выше, компенсируется подстройкой резистора R4

Когда сопротивление резистора Rш не более 0,1. 0 20м, падение напряжения на нем от тока диода VD2 (1 . 2 мА) не превышает 0,1 .0,4 мВ. При максимальном падении напряжения на шунте 100 ..200 мВ его можно не учитывать. Если же на минимальном пределе измерения сопротивление имеет большее значение, то необходимо принимать меры по поддержанию нуля при переключении пределов измерения.

Если питание моста производится от дополнительной обмотки то на минимальном пределе можно составить шунт из двух половин и подключить вывод обмотки питания моста к средней точке шунта Возможно также использовать дополнительную секцию безразрывного переключателя, чтобы при переключении пределов ток в цепи питания отдельных плеч измерительного моста не прерывался.

При изготовлении амперметров по приведенным схемам необходимо принять меры к повышению температурной стабильности показаний прибора, которая в основном определяется равенством температур диодов измерительного моста.

Для этого целесообразно использовать диодные сборки в одном корпусе либо разместить диоды рядом друг с другом и обеспечить хороший тепловой контакт, залив их компаундом.

В. Андреев, г. Тольятти, Самарская обл. Р2001, 1.

Источник

Шунты для амперметра: подключение, применение и изготовление

Амперметр – прибор, замеряющий силу проходящего в электрической цепи тока, который часто бывает немалым. По закону Ома, чтобы пропустить больший ток, амперметр должен иметь как можно меньшее сопротивление. Решение – включение параллельно прибору шунта, обеспечивающего такое низкое значение сопротивления.

Зачем нужен шунт?

Шунт – это полосковая линия (усиленная дорожка на плате) или отрезок провода с достаточно толстым сечением, низкоомная (менее 1 Ом) катушка или резистор с мощностью от 10 Вт. Он используется, когда, например, амперметр, рассчитанный на ток в 10 А, не может замерить, скажем, 50-амперный ток, потребляемый включёнными в электроцепь источника питания устройствами. На жаргоне электриков это явление называется «на шкале не хватает ампер». А точнее – диапазон замеров по току на этом же амперметре не охватывает такие высокие токи.

Расчёт сопротивления шунта

Кроме закона Ома для участка цепи – её разрыва, в который включён амперметр, – в расчёт берётся и формула Кирхгофа. Общий ток, протекающий в месте включения прибора, равен сумме токов, проходящих через сам амперметр и его шунт.

Сопротивление амперметра в разы больше внешнего шунта. Ток, проходящий по внешнему шунту, в эти же несколько раз больше, чем на самом амперметре.

В случае с цифровым прибором, где вместо измерительной головки используется датчик тока и аналого-цифровой преобразователь, распределение токов, составляющих общий ток цепи, не меняется.

Схема включения устройства

Амперметр включается последовательно в разрыв цепи. Последний может находиться в любом её месте. Сам прибор показывает, сколько ампер в час потребляет эта цепь. Внешний шунт также включается последовательно в цепь, но в тот же самый разрыв, получается, параллельно самому амперметру.

Что можно использовать?

В идеале используют отрезок провода или проволоки из металла или сплава, незначительно меняющего своё электрическое сопротивление при нагреве. А нагреваться шунт будет обязательно – хотя бы до нескольких десятков градусов, так как по нему протекает ток в единицы и десятки ампер. Специалисты рекомендуют использовать сплав манганина. Манганиновая проволока (или лента) считается наиболее устойчивым электротехническим элементом: её температурный коэффициент сопротивления в 200 раз меньше, чем у меди, и в 300 раз ниже по сравнению с железом. Использование медных и стальных шунтов способно нести ощутимую погрешность при значительных токах, вызывающих их нагрев.

Но для приблизительной оценки иногда используют распрямлённую канцелярскую скрепку или отрезок провода.

Если речь идёт о внушительной силе тока от сотен до тысяч ампер – например, при старте двигателя «КамАЗа», где создаётся пусковой ток в 500 и более ампер для раскручивания стартером вала двигателя, – простой шунт здесь попросту расплавится. Необходимо использовать токовые клещи – они являются более мощной версией шунта. Аналогично поступают в электроустановках и распределителях с высоким напряжением, где общий ток потребителей довольно высок.

Что требуется?

Для изготовления шунта, кроме проволоки, проводов, диэлектрика и крепежа, потребуются следующие приборы.

• Готовый миллиамперметр. Можно использовать и гальванометр – измерительную головку без внутренних шунтов, резисторов и так далее.
• Лабораторный блок питания, выдающий требуемый ампераж. Можно воспользоваться и автомобильным аккумулятором, в цепь с которым последовательно включена, например, фара на 100/90 Вт на основе лампы накаливания. Если такой фары нет, можно подключить отрезок нихромовой электроспирали или мощный керамический резистор на десятки ватт. Ни в коем случае не подключайте шунт с прибором «накоротко», без нагрузки.
• При работе с бытовой осветительной сетью – выпрямительный диодный мост (или одиночные высоковольтные диоды) и дополнительный защитный автомат на 16 А, плавкие предохранители на несколько ампер.

Напряжение подаётся только после правильной сборки цепи.

Шунт своими руками

Спирально сматывать проволоку (или эмальпровод) не рекомендуется – индуктивность получившейся катушки уменьшит точность амперметра. Катушечное шунтирование имеет недостаток – гашение скачков тока, особенно в случае дросселированной (с сердечником) катушки. Если отрезок проволоки слишком длинный, расположите его в виде волнистой «змейки».

В качестве диэлектрика подойдёт любой изолятор – от керамического до текстолитового. К тому же скрученный в виде катушки провод может перегреть диэлектрик, не выдерживающий повышенной – более 150 градусов – температуры. А к перегреву устойчивы лишь керамика и закалённое стекло.

• Сначала вырезается диэлектрическая пластина, в которой сверлятся отверстия под болты с шайбами и гайками. Материал – текстолит, гетинакс, дерево или композитные материалы.
• Для существенной изоляции тепла проволоки от несущей пластины на болты устанавливаются керамические колечки. После них ставятся шайбы, зажимающие проволоку.
• Для предотвращения самопроизвольного раскручивания и выпадения проволоки и проводов перед гайками проставляются гроверные шайбы.
• Наконец, вставляются провода и концы проволоки между шайбами, а гайки затягиваются.

Полученная деталь подключается параллельно амперметру или гальванометру.

Переградуировка прибора

Новую градуировку обновлённого стрелочного амперметра под новый шунт нужно произвести следующим образом.

1. Снимите переднюю часть корпуса (смотровое окно прибора) вместе со стеклом.
2. Подключите одну из лампочек известного номинала последовательно с амперметром к батарее или сетевому адаптеру питания. Так, на лампочках накаливания указывается ток в амперах и напряжение в вольтах. Если вы подключаете светодиодную панель или фару, на которой, например, указано напряжение 12 В и мощность в 24 Вт – вашим рабочим током будет 2 А (мощность, делённая на напряжение источника питания).
3. Отметьте, на какой угол отклонилась стрелка прибора, точкой с числом (в данном случае это 2).
4. Идеальный вариант – включите параллельно друг с другом одинаковые лампочки или фары, увеличивая их число каждый раз на одну. Так можно «прометить» всю шкалу амперметра. Этот способ хорош для переменного тока – шкала амперметра получается нелинейной за счёт влияния частоты тока и падения части напряжения на диодах. Разметка «на глаз» или с использованием транспортира (или по уже имеющейся «линейке» прибора), как часто делают при постоянном токе, не подойдёт. Лучше перестраховаться и сделать точнее.
5. Закончив разметку, соберите прибор и проверьте, надёжно ли держится крепление шунта, хорош ли электрический контакт между ним и амперметром. Если габариты амперметра позволяют, шунт часто заливают эпоксидным клеем, а затем получившийся элемент (в виде бруска) приклеивают к задней стенке измерительной головки.

Амперметр с новым шунтом готов к работе. Можно подключить щупы или токовые клещи.

С несколькими шунтами

Из амперметра получится и самодельный килоамперметр. Так, из 100-амперного прибора легко сделать амперметр на 2 кА. Более высокие значения на практике вряд ли понадобятся. Если у вас в наличии имеется прибор с одноамперным диапазоном измерений, сделайте несколько коммутируемых шунтов. Незачем переразмечать шкалу – достаточно подобрать шунты на 5, 10, 50, 100 и более ампер. Они помещаются в один внешний корпус вместе с выходными клеммами (для щупов) и многопозиционным переключателем, рассчитанным на такие значения тока.

Режимы помечаются маркером «x5», «x10» и так далее. Когда режим один, а амперметр переделан из одно- в десятиамперный, то слева от буквы «А» надпишите «x10» меньшим шрифтом.

При изготовлении многорежимного амперметра провода, соединяющие переключатель с шунтами и прибором, должны быть максимально короткими. Излишне длинные провода, подключённые к готовому шунту, имеющему точное сопротивление, и уже проградуированному прибору, приведут к заметной погрешности измерений – они включаются последовательно с шунтом и прибором, имеют своё, пусть и очень малое, сопротивление. Переключатель низкого качества со значительно окисленными контактами приведёт к тому, что прибор попросту начнёт «врать» – его токоведущие части и замыкающий подпружиненный шарик также вносят паразитное сопротивление.

Заводские амперметры проходят тщательную поверку, едва сойдя с конвейера. Недочёты учитываются при выпуске приборостроительным заводом следующей партии амперметров. Амперметры, имеющие значительную погрешность, бракуются и направляются на переработку.

О том, как произвести расчет шунта для амперметра, смотрите далее.

Источник