Hoe werkt een shunt?
Een shunt is een weerstand met een lage ohm die gebruikt kan worden om stroom te meten. Shunts worden altijd gebruikt als de gemeten stroom het bereik van het meetapparaat overschrijdt. De shunt wordt dan parallel geschakeld aan het meetapparaat. De volledige stroom loopt door de shunt en genereert een spanningsval, die vervolgens wordt gemeten. Met behulp van de wet van Ohm en de bekende weerstand kan deze meting dan worden gebruikt om de stroom te berekenen (I = V/R). Om het spanningsverlies – en dus de warmteontwikkeling – tot een minimum te beperken, moeten shunts een zeer lage weerstandswaarde hebben, meetbaar in milliohms.
Shunts zijn in principe geschikt voor elk type stroommeting – of het nu met een gelijk- of wisselstroom is.
Voordelen van shunts voor stroommeting:
- Fouten kunnen snel worden opgespoord en geëlimineerd, waardoor shunts bijzonder interessant zijn voor veiligheidsgerelateerde toepassingen waarbij fouten moeten worden opgespoord.
- Ze leveren ook nauwkeurige meetresultaten waarmee bijvoorbeeld aandrijvingen efficiënt kunnen worden aangestuurd of batterijmanagementsystemen kunnen worden bewaakt.
- Shunts bieden een uitstekende prijs-kwaliteitverhouding.
Welke shunts zijn er en welke zijn geschikt voor stroommeting?
Shunts zijn er in metaalfilm en volmetaal uitvoering.
Voordelen en nadelen van metaalfilm weerstanden:
Pro: Ze zijn merkbaar goedkoper
Contra: Hun temperatuurcoëfficiënt is inferieur aan shunts van volledig metaal
Contra: De stroommetingen worden enigszins verstoord door de aard van de constructie, daarom zijn ze alleen een optie als inductie geen rol speelt. Bij metaalfilmweerstanden (shunts) wordt een pasta op een keramisch substraat aangebracht en met behulp van lasertrimmen op de gewenste waarde gebracht. Hierdoor ontstaat een niet-homogene structuur die seriële inductantie veroorzaakt naast de bestaande parasitaire inductantie. Hierdoor is de wet van Ohm in zijn basisvorm niet meer van toepassing, hetgeen het resultaat van de stroommeting vertekent. De formule voor de spanningsval op de shunt in dit geval is: U = I x R – L(di/dt).
Voordelen en nadelen van volmetalen shunts:
Contra: Ze zijn duurder dan metaalfilm-shunts.
Pro: Ze leveren consistente, onvervormde metingen. Omdat shunts van volledig metaal zijn gemaakt van een homogeen weerstandselement, is er geen extra inductantie, waardoor ze ideaal zijn voor zeer nauwkeurige toepassingen, zoals medische techniek of precisiemeetapparatuur.
Pro: Ze bieden een hoge meetnauwkeurigheid en weerstand tegen hitteschokken.
Pro: Ze kunnen worden gebruikt met een vermogen tot 7W bij maximumtemperaturen van 275°C.
Pro: Zij zijn beschikbaar in diverse ontwerpvormen, met inbegrip van vormen die veel groter zijn dan standaardspaanderweerstanden, met TCs van ver onder 100ppm/K en weerstandswaarden zo laag dat in milliohms met één cijfer meetbaar zijn.
Welke weerstandswaarde is ideaal voor stroommeting?
De ideale weerstandswaarde voor volmetalen shunts kan betrekkelijk eenvoudig worden bepaald: De laagste meetspanning die nog voldoende nauwkeurige resultaten oplevert, wordt gedeeld door de laagste stroomwaarde van het meetbereik.
Vierdraads shunts
Een variant van de volmetaal shunt is de vierdraads shunt, waarbij de stroom door twee van de aansluitingen loopt terwijl de spanning op de andere twee wordt gemeten. De spanningsval op de weerstanden kan worden bepaald met behulp van de interne Kelvin-klemmen, waardoor de resulterende meetfouten kunnen worden geëlimineerd.
Vierdraads shunts worden in twee scenario’s gebruikt:
1. Waar de lijn- en contactweerstand relatief hoog zijn en, in verhouding tot de gemeten weerstand, niet te verwaarlozen zijn.
2. Wanneer de weerstandswaarde minder dan 10mR bedraagt, aangezien de weerstandswaarden van de geleiders ook in milliohms meetbaar zijn en dus moeten worden opgenomen.
Er is een tendens naar kleinere maten bij hogere vermogens; ook zijn aangepaste versies wat betreft terminalgeometrie en shuntvorm steeds meer in trek. Of deze te verkiezen zijn boven de standaard shunts is afhankelijk van de toepassing.
Tip: Voer testen uit om te zien welke shunt het beste bij de toepassing past! Omdat shuntweerstanden relatief duur zijn in vergelijking met andere weerstandstechnologieën, zijn ze al verkrijgbaar in kleine batchgroottes en testmonsters.
Vind componenten op www.rutronik24.com.