Масштабні вимірювальні перетворювачі використовуються для розширення діапазону вимірювань приладів в ланцюгах постійного і змінного струмів. До них відносяться шунти, додаткові резистори, подільники напруги, вимірювальні підсилювачі, вимірювальні трансформатори струму і вимірювальні трансформатори напруги.
Шунти застосовуються для розширення меж вимірювань приладів, що вимірюють силу струму в ланцюгах постійного струму.
Розрізняють внутрішні (вбудовані в корпус приладу при вимірюванні струму до 10 А) і зовнішні (універсальні та індивідуальні) шунти. Універсальні шунти характеризуються номінальним струмом Iнш. номінальною напругою Uім і класом точності # 948; ш.
Вимірювальний механізм (або мілівольтметр) підключається до шунт паралельно. Приклади підключення ІМ до шунт наведені на рис. 5.1, а і б.
Мал. 5.1. Схеми а) одно- і б) двухпредельного амперметрів
Припустимо, що вимірювальний механізм характеризується власним опором R0 і струмом повного відхилення I0 (напруга повного відхилення U0 = R0 • I0).
Для створення амперметра A (рис. 5.1, а) з верхньою межею вимірювання I необхідний шунт опором Rш. розраховується за формулою:
де - коефіцієнт шунтування, який використовується для визначення показання амперметра.
Якщо Cім - ціна поділки вимірювального механізму і покажчик приладу відхилився на N поділів, то показання IA амперметра рівні:
Для розрахунку опорів шунтів багатограничні амперметра необхідно складати систему рівнянь. Розглянемо порядок складання рівнянь на прикладі двухпредельного амперметра (рис. 5.1, б).
Для меншого межі вимірювань I2 шунтом Rш2 є послідовно включені резистори R1 і R2. тобто
Для більшої межі вимірювання I1> I2 шунтом служить резистор R1. а резистор R2 входить в ланцюг вимірювального механізму, тобто
Вирішивши систему рівнянь (5-3, 5-4) знаходять опір R1 і R2.
Для визначення показань приладу по (5-2) на піддіапазонах I1 і I2 використовують, відповідно, і.
Приклад 5.1.Рассчітать опору шунтів для а) одно- і б) двухпредельного амперметрів (рис. 5-1) з межами вимірювання а) I = 2,5 A і б) I1 = 7,5 A; I2 = 5 A.
Характеристики вимірювального механізму: I0 = 10 mA; R0 = 200 # 8486 ;.
а) для однопредельного амперметра:
б) для двухпредельного амперметра:
* Кількість значущих цифр, що вказуються в значеннях опорів, визначаються вимогами до похибки засобу вимірювань (шунтів) і оцінюються за правилами, викладеним в розділі «Наближені обчислення»
Вибір універсальних шунтів. Для вимірювання струму I вимірювальним приладом (амперметром або милливольтметром) з струмом повного відхилення I0 і опором R0 (напругою повного відхилення U0 = R0 • I0) універсальний шунт вибирають з умов:
· Номінальний струм шунта Iнш повинен бути не менше вимірюваного струму (проте, шунти допускають 20% перевантаження);
· Номінальну напругу шунта Uнш може відповідати значенням в діапазоні від 0,6U0 до 1,0U0;
· Клас точності вибирають відповідно до табл. 5 (або оцінюють як складову похибки складеного засоби вимірювання)
Схеми вимірювання струму приладом з універсальними шунтами наведені на рис 5.2
Схема рис. 5.2а, застосовується в разі, коли Iнш ≥I і Uнш відповідає діапазону (0,6 ... 1,0) U0.
Якщо вимірювальний прилад має напругу U0> Uнш. то можна використовувати схему рис. 5.2б, при Iнш1 = Iнш2 і вибрати їх номінальну напругу так, щоб Uнш1 + Uнш2 = (0,6 ... 1,0) U0.
Шунти з однаковими Iнш і Uнш можна включати паралельно. При цьому Uнш = (0,6 ... 1,0) U0 і I≤2Iш (рис. 5.2, в).
Вимірювальні прилади приєднують до потенційних затискачів шунтів коліброваннимі проводами опором 0,053 # 8486 ;, або проводами, загальний опір яких не більше 0,05R0.
Оцінка значення вимірюваного струму I за показаннями N (в розподілах) приладів з універсальними шунтами, що мають характеристики Iнш. Uнш. Rнш = Uнш / Iнш:
- якщо в якості приладу використовується міліамперметр з характеристиками I0. R0 і ціною поділки CmA. то
- якщо в якості вимірювального приладу використовується мілівольтметр з характеристиками U0. R0 і ціною поділки CmV. то
Приклад 5.2. Вибрати універсальний шунт для вимірювання струму I = 45 A миллиамперметром з характеристиками I0 = 7,5 mA, R0 = 10 # 8486 ;, клас точності # 947; = 1,0%. Визначити показання міліамперметра в розподілах, якщо шкала приладу має Nн = 100 div.
Виберемо шунт 75ШС, Iнш = 50 А, Uнш = 75 mV, # 948; ш = 0,5%
Ціна поділки миллиамперметра
Номінальний опір шунта
Відхилення N покажчика міліамперметра
Приклад 5.3.Определіть похибка наближеного розрахунку вимірюваного струму I = 45 A, якщо в якості вимірювального механізму використаний мілівольтметр (U0 = 150 mV; I0 = 3 mA; Nн = 75 div) і шунт (див. Приклад 5.2).
Ціна поділки мілівольтметра
,
Відхилення покажчика приладу в поділках по точному співвідношенні
Похибка наближеного значення