Miten shuntti toimii?
Suntti on matalan ohmin vastus, jota voidaan käyttää virran mittaamiseen. Shuntteja käytetään aina, kun mitattava virta ylittää mittalaitteen mittausalueen. Tällöin shuntti kytketään rinnakkain mittauslaitteen kanssa. Koko virta virtaa shuntin läpi ja tuottaa jännitehäviön, joka sitten mitataan. Ohmin lain ja tunnetun resistanssin avulla tätä mittausta voidaan sitten käyttää virran laskemiseen (I = V/R). Jotta tehohäviö – ja siten myös lämmöntuotanto – pysyisi mahdollisimman pienenä, shunttien resistanssiarvon on oltava hyvin pieni ja mitattavissa milliohmissa.
Shuntit soveltuvat periaatteessa kaikenlaiseen virranmittaukseen – olipa kyseessä sitten tasavirta tai vaihtovirta.
Sunttien edut virranmittauksessa:
- Viat voidaan havaita ja poistaa nopeasti, mikä tekee shunteista erityisen mielenkiintoisia turvallisuuteen liittyvissä sovelluksissa, joissa viat on havaittava.
- Neillä saadaan myös tarkkoja mittaustuloksia, joiden avulla esimerkiksi taajuusmuuttajia voidaan ohjata tehokkaasti tai akunhallintajärjestelmiä valvoa.
- Shuntit tarjoavat erinomaista vastinetta rahalle.
Mitä shuntteja on olemassa ja mitkä soveltuvat virranmittaukseen?
Shunteja on saatavana metallikalvo- ja täysmetalliversioina.
Metallikalvovastusten edut ja haitat:
Pro: Ne ovat huomattavasti halvempia
Kontra: Niiden lämpötilakerroin on huonompi kuin täysmetallivastusten
Kontra: Virranmittaukset vääristyvät hieman rakenteen luonteen vuoksi, minkä vuoksi ne ovat vaihtoehto vain silloin, kun induktio ei ole tekijä. Metallikalvovastuksissa (shunts) tahna levitetään keraamiselle alustalle ja säädetään haluttuun arvoon lasertrimmauksen avulla. Tämä luo epähomogeenisen rakenteen, joka aiheuttaa sarjainduktanssin olemassa olevan loisinduktanssin lisäksi. Tämän seurauksena Ohmin laki ei enää päde perusmuodossaan, mikä vääristää virranmittaustulosta. Kaava jännitehäviölle shuntissa on tässä tapauksessa seuraava: U = I x R – L(di/dt).
Täysmetallisten shunttien edut ja haitat:
Contra: Ne ovat kalliimpia kuin metallikalvosuntit.
Pro: Ne tarjoavat johdonmukaisia, vääristymättömiä mittauksia. Koska täysmetallishuntit on valmistettu homogeenisesta vastuselementistä, niissä ei ole ylimääräistä induktanssia, mikä tekee niistä ihanteellisia korkean tarkkuuden sovelluksiin, kuten lääketieteelliseen tekniikkaan tai tarkkuusmittauslaitteisiin.
Pro: Ne tarjoavat suuren mittaustarkkuuden ja kestävät lämpöshokkeja.
Pro: Niitä voidaan käyttää jopa 7 W:n teholla enintään 275 °C:n lämpötiloissa.
Pro: TC-arvot ovat selvästi alle 100 ppm/K ja vastusarvot niin alhaiset, että ne ovat mitattavissa yksinumeroisina milliohmeina.
Mikä vastusarvo on ihanteellinen virranmittaukseen?
Ideaalinen vastusarvo täysmetallisille shunteille voidaan määrittää suhteellisen helposti: Pienin mittausjännite, jolla saadaan vielä riittävän tarkkoja tuloksia, jaetaan mittausalueen pienimmällä virta-arvolla.
Neljäjohtimiset shuntit
Täysmetallisen shuntin muunnos on nelijohtiminen shuntti, jossa virta kulkee kahden liittimen kautta, kun jännite mitataan kahdesta muusta liittimestä. Vastusten jännitehäviö voidaan määrittää sisäisten Kelvinin terminaalien avulla, jolloin tästä aiheutuvat mittausvirheet voidaan eliminoida.
Neljäjohtimisia shuntteja käytetään kahdessa skenaariossa:
1. Kun johto- ja kosketusresistanssi on suhteellisen suuri, eivätkä ne ole mitattuun resistanssiin nähden merkityksettömiä.
2. Kun resistanssiarvo on alle 10mR, koska myös johtimien resistanssiarvot ovat mitattavissa milliohmeina ja ne on siten otettava huomioon.
Suuntaus on kohti pienempiä kokoja suuremmilla tehoilla; myös räätälöityjä versioita liittimen geometrian ja shuntin muodon suhteen halutaan yhä enemmän. Se, ovatko nämä parempia kuin vakiosuntit, riippuu sovelluksesta.
Vinkki: Suorita testejä sen selvittämiseksi, mikä shuntti sopii parhaiten sovellukseen! Koska shunttivastukset ovat suhteellisen kalliita muihin vastustekniikoihin verrattuna, niitä on jo saatavilla pieninä eräkokoina ja testinäytteinä.
Löydä komponentteja osoitteesta www.rutronik24.com.