Bocznik (elektryczny)

author
3 minutes, 53 seconds Read
50 A shunt resistor, with provision for four-terminal sensing

Informacje dodatkowe: current sensing

An amperomierz shunt pozwala na pomiar wartości prądu zbyt dużych, aby mogły być bezpośrednio mierzone przez dany amperomierz. W tym przypadku oddzielny bocznik, rezystor o bardzo małej, ale dokładnie znanej rezystancji, jest umieszczony równolegle z woltomierzem, tak że praktycznie cały mierzony prąd przepływa przez bocznik (pod warunkiem, że rezystancja wewnętrzna woltomierza zabiera tak małą część prądu, że jest ona pomijalna). Opór jest tak dobrany, aby spadek napięcia był mierzalny, ale na tyle mały, że nie zakłóca pracy obwodu. Napięcie na boczniku jest proporcjonalne do prądu płynącego przez niego, a więc zmierzone napięcie może być przeskalowane, aby bezpośrednio wyświetlić wartość prądu.

Boczniki są oceniane na podstawie maksymalnego prądu i spadku napięcia przy tym prądzie. Na przykład, bocznik 500 A, 75 mV miałby rezystancję 150 mikroomów, maksymalny dopuszczalny prąd 500 amperów i przy tym prądzie spadek napięcia wynosiłby 75 miliwoltów. Konwencjonalnie, większość boczników jest zaprojektowana tak, aby spadały o 50 mV, 75 mV lub 100 mV podczas pracy przy pełnym prądzie znamionowym, a większość amperomierzy składa się z bocznika i woltomierza o pełnozakresowych odchyleniach 50, 75 lub 100 mV. Wszystkie boczniki posiadają współczynnik obniżenia wartości znamionowej dla ciągłego (ponad 2 minuty) użytkowania, najczęściej 66%, tak więc przykładowy bocznik nie powinien być eksploatowany powyżej 330 A (i spadku 50 mV) dłużej niż to.

Ograniczenie to wynika z limitów termicznych, przy których bocznik nie będzie już działał prawidłowo. W przypadku manganinu, powszechnie stosowanego materiału na boczniki, w temperaturze 80 °C zaczyna występować dryf termiczny, w temperaturze 120 °C dryf termiczny stanowi poważny problem, przy którym błąd, w zależności od konstrukcji bocznika, może wynosić kilka procent, a w temperaturze 140 °C stop manganinu ulega trwałemu uszkodzeniu w wyniku wyżarzania, co powoduje dryfowanie wartości rezystancji w górę lub w dół.

Jeśli mierzony prąd ma również wysoki potencjał napięciowy, napięcie to będzie obecne również w przewodach łączących oraz w samym przyrządzie odczytowym. Czasami, aby uniknąć tego problemu, bocznik jest umieszczany w nóżce powrotnej (po stronie uziemienia). Niektóre alternatywy dla boczników mogą zapewnić izolację od wysokiego napięcia poprzez niepodłączanie miernika bezpośrednio do obwodu wysokiego napięcia. Przykładami urządzeń, które mogą zapewnić taką izolację są czujniki prądu z efektem Halla i przekładniki prądowe (patrz mierniki cęgowe). Boczniki prądowe są uważane za dokładniejsze i tańsze niż urządzenia z efektem Halla. Powszechne specyfikacje dokładności takich urządzeń to ±0,1%, ±0,25% lub ±0,5%.

Podwójny manganinowy bocznik typu Thomasa i typ MI (ulepszona konstrukcja typu Thomasa) były używane przez NIST i inne laboratoria normalizacyjne jako prawne odniesienie oma do czasu zastąpienia go w 1990 roku przez kwantowy efekt Halla. Boczniki typu Thomasa są nadal używane jako wtórne wzorce do wykonywania bardzo dokładnych pomiarów prądu, ponieważ wykorzystanie kwantowego efektu Halla jest procesem czasochłonnym. Dokładność tego typu boczników mierzona jest w skali ppm i sub-ppm dryftu na rok ustawionej rezystancji.

Gdy obwód jest uziemiony (uziemiony) z jednej strony, bocznik do pomiaru prądu może być umieszczony albo w przewodniku nieuziemionym, albo w przewodniku uziemionym. Bocznik w przewodzie nieuziemionym musi być izolowany od napięcia w całym obwodzie do ziemi; przyrząd pomiarowy musi być z natury odizolowany od ziemi lub musi zawierać rezystancyjny dzielnik napięcia lub wzmacniacz izolacyjny pomiędzy stosunkowo wysokim napięciem w trybie wspólnym a niższymi napięciami wewnątrz przyrządu. Bocznik w uziemionym przewodzie może nie wykryć prądu upływu, który omija bocznik, ale nie będzie miał wysokiego napięcia wspólnego z uziemieniem. Obciążenie jest pozbawione bezpośredniej ścieżki do ziemi, co może stwarzać problemy dla obwodów sterujących, powodować niepożądane emisje lub jedno i drugie. Urządzenia, które mają być stosowane w wykrywaniu prądu obejmują: INA240, INA293 i INA180. Kilka innych urządzeń tego typu można znaleźć tutaj.

  • Wstawka dolno-boczna może wyeliminować napięcie w trybie wspólnym, ale nie bez wad.

  • Wstawka górno-boczna rozwiązuje wady dolno-boczne, ale gwarantuje napięcie w trybie wspólnym.

  • Wzmacniacze izolowane rozwiązują wszystkie trudności i ograniczenia związane z pomiarami boczników prądowych typu high- lub low-side.

.

Similar Posts

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.