シャント(電気)

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50 シャント抵抗、4端子センシングのための準備
詳細:電流センシング

電流計シャントは、特定の電流計で直接測定することが大きすぎる電流値の測定を許可します。 この場合、非常に低いが正確には既知の抵抗である別の分流器を電圧計と並列に置き、測定する電流のほぼすべてが分流器を流れるようにします(ただし、電圧計の内部抵抗は電流のごく一部であり、無視できるほど小さくなっています)。 抵抗は、結果として生じる電圧降下が測定可能でありながら、回路を混乱させない程度に低くなるように選択される。 シャントの電圧はシャントを流れる電流に比例するため、測定された電圧は電流値を直接表示するようにスケーリングすることができます。

シャントは、最大電流とその電流での電圧降下で定格されています。 たとえば、500 A、75 mV のシャントは、抵抗値が 150 マイクロオームで、最大許容電流は 500 アンペア、その電流での電圧降下は 75 ミリボルトになります。 慣習的に、ほとんどのシャントは、その最大定格電流で動作するときに50 mV、75 mVまたは100 mVを降下するように設計されており、ほとんどの電流計は、50、75、または100 mVのフルスケールの偏向を持つシャントと電圧計で構成されています。 すべてのシャントには連続使用(2分以上)に対する軽減係数があり、66%が最も一般的であるため、例のシャントは330A(および50mVドロップ)より長く動作させるべきではありません。

この制限は、シャントがもはや正しく動作しない熱限界に起因しています。 一般的なシャント材料であるマンガニンの場合、80℃で熱ドリフトが発生し始め、120℃ではシャントの設計によっては誤差が数パーセントにもなる熱ドリフトが大きな問題となり、140℃ではマンガニン合金がアニールにより永久的に損傷し、抵抗値が上下に変動することになります。 この問題を避けるために、シャントを戻り足(接地側)に挿入することがあります。 シャントの代わりに、メーターを高電圧回路に直接接続しないことで、高電圧から絶縁することができるものもあります。 この絶縁を実現できるデバイスの例としては、ホール効果電流センサーや電流トランスがあります(クランプメーターを参照)。 電流シャントは、ホール効果デバイスよりも精度が高く、安価であると考えられています。 1236>

トーマス型ダブルマンガニンウォールシャントとMI型(改良型トーマス型設計)は、1990年に量子ホール効果に取って代わられるまで、オームの法的基準としてNISTや他の標準研究所で使用されていた。 トーマス型シャントは、量子ホール効果を使うには時間がかかるため、非常に正確な電流測定を行うための二次標準器として今でも使われている。

回路が片側接地(アース)されている場合、電流測定用シャントは接地されていない導体または接地された導体に挿入することができる。 非接地導体のシャントは、接地までの全回路電圧に対して絶縁されていなければなりません。測定器は、本質的に接地から絶縁されていなければなりませんし、比較的高いコモンモード電圧と測定器内部の低電圧の間に抵抗分圧器または絶縁増幅器を含んでいなければなりません。 接地された導体のシャントは、シャントを迂回する漏れ電流を検出しないかもしれないが、接地への高いコモンモード電圧を経験することはないだろう。 負荷は、制御回路に問題を生じさせたり、不要なエミッションを発生させたり、あるいはその両方を引き起こす可能性のある、接地への直接的な経路から取り除かれることになる。 電流センシングに使用されるデバイスには、INA240、INA293、INA180があります。

  • ローサイド挿入はコモンモード電圧を除去できますが、欠点がないわけではありません。

  • ハイサイド挿入はローサイド欠点を解決しますが、コモンモード電圧を保証しています。

  • 絶縁増幅器は、ハイサイドまたはローサイド電流シャント測定でのすべての困難と制限を解決します。

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