Шунты и добавочные сопротивления

Приборы, служащие для измере­ния тока (амперметр) и напряжения (вольтметр), устроены в большинстве случаев, по существу, совершенно оди­наково и отличаются друг от друга главным образом способом включения в цепь, а также относительной вели­чиной своего сопротивления.

Амперметр должен быть включен последовательно с тем приемником, ток которого он должен измерять (рис. 1), чтобы через амперметр прошел весь ток приемника, при этом сопротивление амперметра должно быть настолько малым, чтобы в нем не происходила сколько-нибудь суще­ственная потеря напряжения.

Наоборот, вольтметр должен иметь большое сопротивление и включаться непосредственно между теми точками (рис. 2), напряжение между кото­рыми он должен измерять.

При изменении напряжения на зажимах такой цепи будет пропорционально изменяться потребляемый ею ток и, следователь­но, показание прибора будет пропор­ционально напряжению между теми точками цепи, между которыми он включен. При малом собственном со­противлении вольтметр потреблял бы большой ток, без пользы нагружая источник энергии и соединительные провода.

При помощи различным образом включенных сопротивлений можно расширить пределы измерения вольтметра и амперметра. У вольтметра такое со­противление включается последовательно с прибором (рис. 3) и называется добавочным сопротивлением. На самый прибор при­ходится при этом лишь часть U_B на­пряжения U, пропорциональная со­противлению прибора.

Величина R_д для данного прибора определяется на основании номинальных значений измеряемого напряжения U, тока I_V и сопротивления R_V са­мого прибора следующим образом:

, (1)

, (2)

, (3)

где - коэффициент расширения пределов измерения.

В силу самого принципа построе­ния вольтметра ток через прибор дол­жен быть пропорционален напряже­нию, а следовательно, сопротивление цепи прибора должно быть постоянно во времени и не меняться при измене­ниях температуры. По этой причине добавочные сопротивления наматыва­ются из проволоки, изготовленной из специальных сплавов с ничтожным температурным коэффициентом сопро­тивления.

Один и тот же вольтметр с не­сколькими добавочными сопротивле­ниями может измерить напряжения различного порядка.

В тех случаях, когда затруднитель­но или нецелесообразно пропускать через амперметр весь намеряемый ток, параллельно измерителю вклю­чается шунт (англ. Shunt — ответвле­ние), через который пропускается большая часть измеряемого тока (рис. 4). Шунт представляет со­бой небольшое сопротивление извест­ной величины.

Так как при напряжения на параллельно соединенных участках равны, напряжение на амперметре, равно напряжению на шунте. В соответствии с законом Ома получим:

. (4)

а так как измеряемый ток

(5)

то, подставив (4) в (5), получим:

(6)

Тогда

, (7)

где k_ш — шунтовой коэффициент.

Для точности измерения необходи­мым условием является постоянство k_ш, что должно быть обеспечено пра­вильным выполнением схемы соедине­ния шунта с измерителем и независимостью k_ш от внешних влияний.

Сопротивление шунта R_ш — вели­чина относительно малая, порядка10^-2-10^-4 ом; по сравнению с ней существенное значение имеют пере­ходные сопротивления контактов и со­противления соединительных проводов и частей. По этой причине шунты, как и все образцовые малые сопротивле­ния, снабжаются четырьмя зажимами (рис. 5), из которых два m (токо­вые) служат для включения шунта в цепь измеряемого тока, а два дру­гих п (потенциальные) —для присо­единения измерителя.

Из числа внешних влияний наибо­лее важным является влияние на k_ш температуры; в целях, его устранения шунты изготовляются из манганина.