Часто при электротехнических измерениях необходимо узнать величину тока протекающего в цепи. Для этого используется амперметр. Как и другие измерительные приборы, амперметр имеет свой максимальный предел измерения, в тех случаях, когда его недостаточно, применяют шунтирование амперметра.
Шунт – это сопротивление, которое подключается параллельно к зажимам амперметра, с целью увеличения диапазона измерений. Добавление шунта параллельно амперметру вызывает разделение тока I, который протекает через данную цепь, на две составляющие – Iа и Iш.
По закону Кирхгофа известно, что сумма токов сходящихся в узле равна нулю, а значит, ток I представляет собой сумму токов 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 I или напротив, зная ток I, можно рассчитать необходимое сопротивление шунта Rш.
Формула для расчета сопротивления шунта:
Для увеличения диапазона измерения амперметра в n раз, формула для шунта:
Пример 3
Амперметр дает полное отклонение стрелки при токе в 3 А. Необходимо измерить с помощью него ток в 150 А. Определите сопротивление шунта, если известно, что внутреннее сопротивление амперметра 1 Ом.
Для проведения измерения необходимо увеличить ток в n раз:
По уже знакомой формуле рассчитаем сопротивление шунта:
С измерением силы тока мы сталкиваемся очень часто. Для того чтобы узнать мощность устройства, сечения кабеля для его питания, нагрев проводов и прочих элементов – это все зависит от силы тока. Для того чтобы непосредственно измерять эту силу, придумали устройство именуемое амперметром. Амперметр подключается в измеряемую цепь только последовательно. Почему? Разберем чуть ниже.
Как известно сила тока это отношение количества зарядов ∆Q, которые прошли через некоторую поверхность за время ∆t. В системе СИ измеряется в амперах А (1 А = 1 Кл/с). Для того чтобы измерять количество прошедших зарядов, амперметр нужно включить в цепь последовательно.
Чтобы минимизировать влияние измерительного сопротивления амперметра и соответственно уменьшить мощность потерь при измерении его делают как можно меньше . Если амперметр с таким внутренним сопротивлением подключить параллельно, то в цепи произойдет короткое замыкание. Пример схемы включения:
Читать также: Сип провод таблица мощности
Постоянный ток измеряют приборами непосредственной оценки в диапазоне 10 -3 – 10 2 А, электронными аналоговыми, цифровыми, магнито-электрическими, электромагнитными, электродинамическими приборами — миллиамперметрами и амперметрами. Если ток свыше 100 А применяют шунт:
Шунты как правило, изготавливают на разные токи. Шунт – это медная пластина, имеющая определенное сопротивление. При протекании тока через пластину, на ней, согласно закону Ома U=I*R падает какое-то напряжение, то есть между точками 1 и 2 возникает напряжение, которое будет воздействовать на катушку прибора.
Сопротивление шунта, как правило, подбирают из соотношений:
Где Rи – сопротивление измерительной обмотки прибора, — коэффициент шунтирования, I – измеряемый, а Iи – максимально допустимый ток измерительного механизма.
Если измеряют переменный ток, то важно знать какое его значение измеряется (амплитудное, среднее, действующее). Это важно, так как все шкалы градуируются обычно в значениях действующих.
Переменные значения выше 100 мкА измеряют обычно выпрямительными микроамперметрами, а ниже 100 мкА – цифровыми микроамперметрами. Для измерений в диапазоне от 10 мА до 100 А используют выпрямительные, электродинамические, электромагнитные приборы, которые работают в диапазоне частот до нескольких десятков килогерц, а также термоэлектрические, частотный диапазон которых — до сотен мегагерц.
Для измерения переменных величин от 100 А и выше используют приборы, но с использованием трансформаторов тока:
Трансформатор тока – это устройство, в котором первичная обмотка подключена к источнику тока (или как видно с рисунка ниже, первичная обмотка «одевается» на шину или кабель), а вторичная на измерительную обмотку какого-либо измерительного устройства (обмотка измерительного устройства или датчика должна иметь малое сопротивление).
Для измерения различного рода токов используют различные методы и средства. Чтобы правильно измерять необходимую величину и не нанести при этом никакого вреда, нужно правильно применять каждый метод измерения.
Подключение амперметра через трансформатор тока
Расширение пределов измерения амперметра возможно, если использовать дополнительно устройство, называемое трансформатор тока. Работает оно по принципу обычного трансформатора, но первичная обмотка содержит всего несколько витков. При прохождении по ней измеряемого тока его величина во вторичной обмотке будет меньше в несколько раз.
Читать также: Как запаять медный чайник
Но такие трансформаторы имеют соответствующие габариты и применяются только в промышленных сетях. В малогабаритных же устройствах их использование нецелесообразно.
Шунты измерительных приборов
Измерительный шунт — сопротивление, параллельно подключенное к зажимам измерительного амперметра (параллельно его внутреннему электрическому сопротивлению). Это позволяет прибору расширить измерительный диапазон по току при снижении его чувствительности и разрешающей способности.
Измерительные шунты производят из манганина. В зависимости от конструктивного исполнения бывают:
Для определения небольших значений тока (не более 30 А) шунт чаще всего находится внутри корпуса прибора. В случае измерения внушительных значений тока во избежание чрезмерного нагрева корпуса шунт имеет наружную конфигурацию исполнения.
В портативных магнитоэлектрических устройствах, рассчитанных на силу тока не более 30 ампер, внутренние шунты рассчитаны на несколько граничных значений измеряемой величины.
Многопредельный шунт устроен в виде ряда резисторов, которые возможно коммутировать в соответствии с пределом измерения, рычажным тумблером либо путем перемещения провода с одной клемы на другую.
У внешних резисторов, как правило, присутствует калибровка, с расчётом на распространенные значения тока и напряжения. Такие шунтирующие сопротивления имеют ряд номинальных значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.
Читать также: Com порт на материнской плате распиновка
При использовании элементов шунтирования в измерениях величин переменного тока наблюдается добавочная погрешность, связанная с преобразованием частоты, поскольку сопротивления измерительного механизма и шунтирующего устройства находятся в различных зависимостях от частоты.
Шунтирующие звенья классифицируются согласно точности: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, и 0,5. Цифровые значения, отвечающие каждому классу, указывают на допустимую величину расхождения сопротивления с его номиналом, выраженную в процентах.
Эксплуатационные требования, выдвигаемые к элементам шунтирования: низкие потери напряжения в области шунта, во избежание перегрева оборудования; стабильное значение сопротивления, обеспечивающие точность измерения; стойкость к коррозии и к воздействиям окружающей среды.
Контроль величины постоянного тока имеет широкий диапазон применения, в том числе:
- фотоэлектрическая промышленность,
- источники электропитания общественного транспорта,
- электрические генераторы и двигатели,
- оборудование для сварочных работ,
- инверторы,
- и другие системы с наличием высоких значений постоянного тока.
Во многих промышленных отраслях применение шунтирующих резисторов зарекомендовало себя как надежный, точный и долговременный способ для беспрерывного измерения тока постоянной величины.
Устройство амперметра
Чтобы осознать необходимость включения амперметра через шунт, напомним вкратце его устройство.
Внутри поля постоянного магнита находится катушка – рамка. По ее виткам протекает измеряемый ток. В зависимости от величины измеряемого параметра положение катушки относительно постоянного магнитного поля изменяется. На ее оси жестко закреплена стрелка прибора. Чем больше измеряемый ток, тем больше отклоняется стрелка.
Чтобы рамка могла поворачиваться, ее ось крепят в подпятниках, либо вывешивают на растяжках. При использовании подпятников ток рамки проходит по спиральным пружинам, если же подвижная часть прибора подвешена на растяжках, то они являются проводниками тока.
Из этой конструкции следует, что величина тока в рамке конструктивно ограничена. Пружины и растяжки не могут одновременно быть достаточно упругими и иметь большое сечение.
Расчет и изготовление шунта
Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.
Следовательно, варьируя разными значениями сопротивления електр. звена, можно добиться любой области измерения. Чтобы подтвердить это на практике, можно создать шунт для амперметра своими руками.
Основные понятия и формулы
Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.
Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).
Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.
Расчет шунтирующего звена
Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.
Перемещая ходунок резистора R, следует добиться максимального показания стрелки на шкале индикатора и зафиксировать показания Iинд на тестере. Вследствие опыта известны величины Iинд = 0.0004 А и Rрам=1кОм (также измеряется тестером), этого достаточно для дальнейшего расчета сопротивления шунта микроамперметра (индикатора) по формуле:
Rш=Rрам * Iинд / Imax; получаем Rш=13,3 Ом.
Длина проводника
Выбрав материал для изготовления и зная величину его удельного сопротивления, необходимо рассчитать длину токовой части шунта.
Читать также: Сварис 200 схема принципиальная pdf
Согласно соотношению: Rш=p*J/S,
где: p-удельное сопротивление, J-длина, S- площадь поперечного сечения проводника, подбираются геометрические параметры медного провода (p=0.0175 Ом*мм2 /м).
Величину площади можно рассчитать из формулы, вооружившись предполагаемым значением диаметра:
Тогда искомая величина будет равна:
При диаметре проводника d= 0.1 мм, подставив значения получается длина:
Расчет шунта для амперметра постоянного тока определил такие выходные данные:
максимальный ток измерения — 30 мА;
материал проводника — медная жила 0.1 мм в диаметре длиною 0,45 м.
Для удобства и упрощения расчетов относительно шкал измерительных приборов используют онлайн-калькулятор.
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.
Шунтирование сосудов
Шунтирование состоит в создании шунта в обход суженного участка кровеносного сосуда, что приводит к восстановлению кровотока в артерии. Шунтирование следует отличать от стентирования, т.е. имплантации в просвет сосуда специальной трубчатой конструкции, обеспечивающей восстановление тока жидкости.
В нормальном случае внутренняя стенка артерий и сосудов представляет собой гладкую поверхность без каких-либо крупных наростов и преград, но зачастую в течение жизни у человека развивается атеросклероз, приводящий к образованию на стенках сосудов атеросклеротических бляшек. Они сужают просвет сосудов и нарушают кровоток в органах и тканях. В процессе увеличения количества и размеров бляшек просвет сосуда полностью закрывается, что приводит к некрозу тканей и органов.
Обычно шунтирование применяется при коронарной болезни сердца, при которой коронарные артерии — главные сосуды, питающие сердце — поражаются атеросклерозом. Однако шунтирование применяется и для восстановления кровотока в периферических артериях (например, в артериях нижней конечности).
Подготовка к операции
Перед операцией лечащий врач проводит полный осмотр пациента с учетом его жалоб и симптомов
Как правило, после осмотра, в котором особое внимание уделяется пульсации артерий и сосудов, назначается какой-либо вид неинвазивного (неразрушающего) обследования:
- дуплексное ультразвуковое сканирование;
- магнитно-резонансная ангиография;
- рентгеноконтрастная ангиография.
Показания к проведению операции
Наличие симптомов атеросклероза (в том числе, ишемическая болезнь сердца, аневризмы) является одним из оснований для назначения операции шунтирования, которая также назначается в случае невозможности проведения стентирования и ангиопластики.
Техника проведения операции
Операция шунтирования
Как правило, операция проводится под общей анестезией. В качестве материала для шунта в общем случае выбирают участок подкожной вены бедра, так как она имеет достаточно большой диаметр в сечении, а удаление её участка почти никак не сказывается на кровотоке конечности. К тому же в случае развития атеросклероза бедренные вены оказываются наиболее «чистыми» и не подверженными влиянию заболевания. Однако иногда используют синтетические материалы для создания шунта.
При аортокоронарном шунтировании используются либо внутренняя грудная, либо лучевая артерия руки. В случае выбора лучевой артерии руки проводится дополнительное обследование, выясняющее возможность операции и её воздействие на кровоток руки. Как правило, в качестве донора выступает неведущая рука (левая для правшей и правая для левшей).
Во время операции шунтирования хирургом делается разрез в пределах предполагаемого места крепления шунта на сосуде, после чего шунт подшивается к разрезу, создавая дополнительный путь для кровотока. Далее следуют процедуры обследований (УЗИ, ангиография) для проверки качества установленного шунта и его должного функционирования.
Послеоперационный период
Послеоперационный период длится от 7 до 14 дней (при нормальном заживлении послеоперационной раны). В послеоперационном периоде необходимо регулярно проводить перевязку п/о раны. Также целесообразно назначение антибиотиков, нестероидных противовоспалительных препаратов, средств аналгезии и обязательных антикоагулянтов и дезагрегантов. Такие препараты, как аспирин, после выписки пациент принимает регулярно и пожизненно. На сегодняшний день коронарное шунтирование, как «золотой стандарт», является самым эффективным методом восстановление кровотока в венечных артериях сердца.
Шунтирование при гидроцефалии
Схематическое изображение типичного шунта при гидроцефалии
Шунтирование является самой распространенной нейрохирургической операцией при гидроцефалии (водянке головного мозга). Оно производится с целью удаления избытка спинномозговой жидкости. После трепанации черепа один конец шунта, заканчивающийся рентгеноконтрастным катетером, вводится в полость расширенного желудочка. Промежуточная, самая длинная часть, изготовленная из силикона, проводится подкожно. Дистальный конец, также имеющий катетер, открывается в брюшной или грудной полости, что обеспечивает дренирование. Альтернативно, дистальный катетер вводится в полость правого предсердия (вентрикуло–атриальное шунтирование). Шунт снабжен насосом, автоматически регулирующим давление спинномозговой жидкости.
Теги
последнего амперметра шунтзамера амперметром исопротивления амперметра.сопротивления амперметра.называемый амперметром. Измерения Измерения Измерение больших Измерение сопротивления
значениеслучаемаксимальнымшунтированиеамперметрупитанияшкалыпараллельноподключаетсянужнопомощьюсхемеблоковдиапазонпоследовательноответитьодногоопределитьдобавочнаяпеременнымопределениямультиметрподключениявключениярукойдругссылкавнутреннеестрелочныйизмеритьточностисделатьпроводникаделениядалееклассисточникитолькодлинакотороенашецифровогоможет
Желудочное шунтирование
Измерение тока и напряжения. вольтметр и амперметр
Желудочное шунтирование — операция направленная на борьбу с лишним весом. В Северной Америке (США + Канада) по информации на 2009 год, выполнялось около 200 000 желудочных шунтирований в год.
История этой операции насчитывает около 50 лет.
Суть операции заключается в том, что желудок прошивается скрепками на два отдела — маленький, объемом около 50 мл, и большой желудок (вся остальная часть.) К маленькому желудку подшивается тонкая кишка (место соединения желудка и кишки называется гастроэнтероанастомоз). Поскольку объем малого желудка составляет всего 50 мл, человек после этой операции не может съесть много пищи, он наедается совсем небольшим количеством.
Кроме этого, пища, съедаемая человеком, теперь идет по новому пути, не попадая в большой желудок и большую часть тонкой кишки. Это означает, что не только объем съеденной пищи уменьшается, но также существенно уменьшается всасывание питательных веществ.
Таким образом, сочетание этих двух факторов — снижение количества съедаемой пищи и уменьшение всасывания питательных веществ приводит к тому, что пациент теряет до 80 % лишнего веса.
Данная операция на сегодняшний день рассматривается как двухэтапная, первым этапом которой является гастропластика или бандажирование желудка , а в том случае, если первичные операции не привели к ожидаемому результату — то вторым этапом рассматривается конверсия более простых операций в шунтирование.
