Шунти і додаткові опори.

Часто на практиці доводиться вимірювати струми чи напруги, значення яких перевищують по величині можливості вимірювання приладу, тому при проведенні вимірювань необхідно розширювати верхню межу вимірювання цього приладу. Розширення межі вимірювання для амперметрів досягається за допомогою шунтів, а для вольтметрів – додаткових опорів.

a) Амперметри вмикаються в електричне коло завжди послідовно (рис.1.13а)

Щоб вмикання амперметра в електричне коло не зменшувало в значній мірі величину струму, то амперметр повинен мати дуже малий опір. Опір сучасних амперметрів буває порядку 10^-3Ом, а іноді й менший.

Якщо треба за допомогою даного амперметра виміряти струм більший, ніж допускає прилад, то паралельно до амперметра вмикається певний опір (шунт) (рис.1.14).

Розрахунок опору шунта проводиться із таких міркувань. Нехай верхню межу вимірювань струму наявним амперметром необхідно збільшити в n разів.

Якщо (див. рис.1.14)

I – сила вимірюваного струму;

I_A – сила струму, що протікає через амперметр;

I_Ш – сила струму, що протікає через шунт;

R_A – опір амперметра;

R_Ш – опір шунта,

тоді:

I = n× I_A

або I = I_A + I_Ш.

Оскільки при паралельному сполученні опорів сили струмів, що протікають через них, обернено пропорційні цим опорам:

або

Звідси .

Для прикладу розв’яжемо таку задачу: нехай наш амперметр дозволяє вимірювати величину струму, не більшу як 5А (I_A=5А). Опір амперметра R_A=0, 1Ом. Який повинен бути опір шунта R_Ш, щоб можна було даним амперметром вимірювати струм до 100А? (I=I_ш+I_A= 100А).

Виходячи з вищенаведених міркувань можна написати:

звідки Ом.

Очевидно, що при такому опорі шунта покази даного амперметра треба збільшувати в 20 раз.

b) Вольтметри завжди вмикають в електричне коло паралельно (рис. 1.15),

вони мають великий опір.

Великий опір в цьому випадку потрібний для того, щоб була якнайменша зміна (зменшення) струму в тій частині кола, куди вмикається вольтметр. Опір добрих вольтметрів буває порядку 10³ Ом, а в спеціальних вольтметрах доходить до 10⁵ Ом.

Для розширення межі вимірювання у випадку вольтметра використовують додаткові опори (R_д), що вмикаються послідовно з вольтметром (рис.1.16).

Розрахунок додаткового опору проводиться на основі наступних міркувань. Припустимо, що верхню межу вимірювання напруги вольтметром треба збільшити в n раз. Нехай U – вимірювана напруга (різниця потенціалів між точками А і В (рис. 1.16).

Тут: U_д – напруга на додатковому опорі(різниця потенціалів між точками В і С);

U_в – покази вольтметра (різниця потенціалів на затискачах

вольтметра);

R_в – опір вольтметра;

R_д – величина додаткового опору.

Напруга U на ділянці АВ складається з напруги на вольтметрі U_в і напруги на додатковому опорі U_д:

U = U_в + U_д.

Враховуючи U = nU_в, а також, що при послідовному сполученні напруга на ділянці кола прямо пропорційна опорам:

,

запишемо:

і в кінцевому рахунку отримуємо вираз:

R_д = R_в (n – 1).

c) Ватметр є приладом, що поєднує в собі амперметр і вольтметр (рис.1.4). Ватметр має чотири клеми. Дві клеми ( 1, 2 ) вмикають в коло послідовно (як амперметр), тому біля цих клем на ватметрі вказується, на який максимальний струм (верхня межа струму) він розрахований. Інші дві клеми ( 3, 4 ) вмикають в коло паралельно (як вольтметр). Біля цих клем вказується верхня межа напруги. Ціну поділки ватметра визначають таким чином: нехай верхня межа струму 5А, напруги 150В, а на шкалі є 150 поділок. Тоді ціна поділки дорівнює:

Вт.