Ein Amperemeter ist ein Gerät, das die Stärke des in einem Stromkreis fließenden Stroms misst, was häufig beträchtlich ist. Nach dem Ohmschen Gesetz sollte das Amperemeter so wenig Widerstand wie möglich haben, um mehr Strom durchzulassen. Die Lösung besteht darin, einen Shunt parallel zum Gerät anzuschließen, der einen so niedrigen Widerstandswert liefert.
Warum wird ein Shunt benötigt?
Ein Shunt ist eine Streifenleitung (verstärkte Spur auf der Platine) oder ein Stück Draht mit einem ziemlich dicken Abschnitt, eine niederohmige Spule (weniger als 1 Ohm) oder ein Widerstand mit einer Leistung von 10 Watt oder mehr. Es wird verwendet, wenn beispielsweise ein 10-A-Amperemeter beispielsweise keinen 50-A-Strom messen kann, der von an den Stromversorgungskreis angeschlossenen Geräten verbraucht wird. Im Fachjargon der Elektriker wird dieses Phänomen als "Amperemangel auf der Skala" bezeichnet. Oder besser gesagt, der Bereich der Strommessungen am selben Amperemeter deckt nicht so hohe Ströme ab.
Berechnung des Shunt-Widerstands
Neben dem Ohmschen Gesetz für den Abschnitt des Stromkreises - dessen Unterbrechung, in der das Amperemeter enthalten ist - wird auch die Kirchhoff-Formel berücksichtigt. Der Gesamtstrom, der an der Stelle fließt, an der das Gerät eingeschaltet ist, entspricht der Summe der Ströme, die durch das Amperemeter selbst und seinen Shunt fließen.
Der Widerstand des Amperemeter ist um ein Vielfaches größer als der des externen Shunts. Der durch den externen Shunt fließende Strom ist um ein Vielfaches höher als der am Amperemeter selbst.
Bei einem digitalen Gerät, bei dem anstelle eines Messkopfs ein Stromsensor und ein Analog-Digital-Wandler verwendet werden, ändert sich die Verteilung der Ströme, aus denen der Gesamtstrom des Stromkreises besteht, nicht.
Geräteschaltkreis
Das Amperemeter ist in Reihe geschaltet, um den Stromkreis zu öffnen. Letzteres kann sich überall darin befinden. Das Gerät selbst zeigt an, wie viele Ampere pro Stunde dieser Stromkreis verbraucht. Der externe Shunt ist ebenfalls in Reihe in der Schaltung enthalten, aber in derselben Lücke stellt sich heraus, dass er parallel zum Amperemeter selbst verläuft.
Was können Sie verwenden?
Idealerweise wird ein Stück Draht oder Draht aus Metall oder Legierung verwendet, der seinen elektrischen Widerstand beim Erhitzen geringfügig ändert. Und der Shunt wird notwendigerweise erwärmt - zumindest bis zu einigen zehn Grad, da ein Strom von Einheiten und zehn Ampere durch ihn fließt. Experten empfehlen die Verwendung einer Manganinlegierung. Manganindraht (oder -band) gilt als das stabilste elektrische Element: Sein Temperaturkoeffizient ist 200-mal niedriger als der von Kupfer und 300-mal niedriger als der von Eisen. Die Verwendung von Kupfer- und Stahl-Shunts kann bei erheblichen Strömen, die zu einer Erwärmung führen, einen wahrnehmbaren Fehler verursachen.
Für eine grobe Schätzung wird manchmal eine gerade gebogene Büroklammer oder ein Stück Draht verwendet.
Wenn es sich um einen beeindruckenden Strom von Hunderten bis Tausenden von Ampere handelt - zum Beispiel beim Start des KamAZ-Motors, bei dem ein Startstrom von 500 oder mehr Ampere erzeugt wird, um die Motorwelle durch den Anlasser abzuwickeln - schmilzt hier einfach ein einfacher Shunt. Es muss eine aktuelle Klemme verwendet werden - dies ist eine leistungsstärkere Version des Shunts. Gleiches gilt für elektrische Anlagen und Schaltanlagen mit hoher Spannung, bei denen der Gesamtstrom der Verbraucher recht hoch ist.
Was wird benötigt?
Für die Herstellung eines Shunts sind neben Draht, Drähten, Dielektrikum und Befestigungselementen die folgenden Vorrichtungen erforderlich.
- Bereit Milliammeter. Sie können auch ein Galvanometer verwenden - einen Messkopf ohne interne Shunts, Widerstände usw.
- Ein Labornetzteil, das die erforderliche Stromstärke liefert. Sie können auch eine Autobatterie in einem Stromkreis verwenden, mit dem in Reihe geschaltet ist, z. B. einen 100/90-W-Scheinwerfer, der auf einer Glühlampe basiert. Wenn es keinen solchen Scheinwerfer gibt, können Sie ein Stück Nichrom-Elektrospule oder einen leistungsstarken Keramikwiderstand für mehrere zehn Watt anschließen. Schließen Sie den Shunt niemals mit dem Gerät kurz, ohne Last.
- Bei der Arbeit mit einem Haushaltsbeleuchtungsnetzwerk - einer Gleichrichterdiodenbrücke (oder einzelnen Hochspannungsdioden) und einem zusätzlichen 16-A-Leistungsschalter - werden mehrere Ampere abgesichert.
Die Spannung wird erst nach korrekter Montage der Schaltung angelegt.
DIY Shunt
Es wird nicht empfohlen, den Draht (oder den Emaildraht) spiralförmig aufzuwickeln. Die Induktivität der resultierenden Spule verringert die Genauigkeit des Amperemeter. Der Spulen-Shunt hat den Nachteil, dass er Stromstöße dämpft, insbesondere im Fall einer gedrosselten (Kern-) Spule. Wenn das Stück Draht zu lang ist, legen Sie es in eine gewellte Schlange.
Jeder Isolator eignet sich als Dielektrikum - von Keramik bis Textolith. Darüber hinaus kann ein in Form einer Spule verdrillter Draht ein Dielektrikum überhitzen, das einer erhöhten Temperatur von mehr als 150 Grad nicht standhält. Und nur Keramik und gehärtetes Glas sind überhitzungsbeständig.
- Zunächst wird eine dielektrische Platte ausgeschnitten, in die Löcher für Schrauben mit Unterlegscheiben und Muttern gebohrt werden. Material - Textolith, Getinax, Holz oder Verbundwerkstoffe.
- Zur deutlichen Isolierung der Drahtwärme von der Trägerplatte sind Keramikringe an den Schrauben angebracht. Danach werden Unterlegscheiben angebracht, die den Draht festklemmen.
- Um ein spontanes Aufdrehen und Herausfallen von Draht und Drähten zu verhindern, sind Federringe vor den Muttern angebracht.
- Schließlich werden die Drähte und Drahtenden zwischen die Unterlegscheiben eingeführt und die Muttern festgezogen.
Das resultierende Teil ist parallel zu einem Amperemeter oder Galvanometer geschaltet.
Neukalibrierung des Gerätes
Eine neue Kalibrierung des aktualisierten Messamperemeter für einen neuen Shunt muss wie folgt durchgeführt werden.
- Entfernen Sie den vorderen Teil des Gehäuses (Instrumentenfenster) zusammen mit dem Glas.
- Schließen Sie eine der Glühbirnen bekannter Leistung in Reihe mit dem Amperemeter an eine Batterie oder ein Netzteil an. Glühlampen geben also den Strom in Ampere und die Spannung in Volt an. Wenn Sie ein LED-Panel oder einen Scheinwerfer anschließen, der beispielsweise eine Spannung von 12 V und eine Leistung von 24 W anzeigt, beträgt Ihr Betriebsstrom 2 A (Leistung geteilt durch die Spannung des Netzteils).
- Markieren Sie den Winkel, zu dem der Instrumentenpfeil abgewichen ist, mit einem Punkt mit einer Zahl (in diesem Fall ist es 2).
- Schalten Sie im Idealfall dieselben Lampen oder Scheinwerfer parallel zueinander ein und erhöhen Sie deren Anzahl jedes Mal um eins. So können Sie die gesamte Skala des Amperemeter "markieren". Diese Methode eignet sich für Wechselstrom - die Amperemeter-Skala ist aufgrund des Einflusses der Stromfrequenz und des Abfalls eines Teils der Spannung über den Dioden nicht linear. Das Markieren "mit dem Auge" oder die Verwendung eines Winkelmessers (oder gemäß einem bereits vorhandenen "Lineal" des Geräts), wie dies häufig mit Gleichstrom durchgeführt wird, funktioniert nicht. Gehen Sie besser auf Nummer sicher und seien Sie genauer.
- Bauen Sie das Gerät nach Abschluss der Markierung zusammen und prüfen Sie, ob die Shunt-Halterung sicher gehalten wird und ob der elektrische Kontakt zwischen ihr und dem Amperemeter gut ist. Wenn die Abmessungen des Amperemeter dies zulassen, wird der Shunt häufig mit Epoxidkleber gegossen und das resultierende Element (in Form eines Stabes) an die Rückwand des Messkopfs geklebt.
Das Amperemeter mit neuem Shunt ist betriebsbereit. Sonden oder Stromklemmen können angeschlossen werden.
Mit mehreren Shunts
Ein Amperemeter macht auch ein hausgemachtes Kiloammeter. Aus einem 100-Ampere-Gerät lässt sich also leicht ein Amperemeter für 2 kA herstellen. In der Praxis sind höhere Werte wahrscheinlich nicht erforderlich. Wenn Sie ein Ein-Ampere-Messgerät zur Verfügung haben, stellen Sie mehrere geschaltete Shunts her. Die Größe der Skala muss nicht geändert werden. Es reicht aus, Shunts für 5, 10, 50, 100 und mehr Ampere auszuwählen. Sie sind in einem Außengehäuse zusammen mit den Ausgangsklemmen (für Sonden) und einem Mehrpositionsschalter untergebracht, der für diese Stromwerte ausgelegt ist.
Modi sind mit einer Markierung "x5", "x10" usw. gekennzeichnet. Wenn der Modus eins ist und das Amperemeter von einem auf zehn Ampere umgerechnet wird, schreiben Sie links neben dem Buchstaben "A" "x10" in eine kleinere Schriftart.
Bei der Herstellung eines Multimode-Amperemeter sollten die Kabel, die den Schalter mit den Shunts und dem Instrument verbinden, so kurz wie möglich sein. Zu lange Drähte, die an einen vorgefertigten Shunt mit genauem Widerstand und ein bereits kalibriertes Gerät angeschlossen sind, führen zu einem spürbaren Messfehler. Sie sind in Reihe mit dem Shunt und dem Gerät geschaltet und haben einen eigenen, wenn auch sehr geringen Widerstand. Ein Schalter von schlechter Qualität mit stark oxidierten Kontakten führt dazu, dass das Gerät einfach zu "lügen" beginnt - seine stromführenden Teile und die schließende federbelastete Kugel führen ebenfalls zu einem parasitären Widerstand.
Werksamperemeter werden gründlich kalibriert und verlassen die Montagelinie kaum. Mängel werden berücksichtigt, wenn die Instrumentenfabrik die nächste Charge von Amperemeter freigibt. Amperemeter mit erheblichen Fehlern werden zurückgewiesen und zum Recycling geschickt.
Wie der Shunt für das Amperemeter berechnet wird, siehe unten.
