Hur fungerar en shunt?
En shunt är ett motstånd med låg ohm som kan användas för att mäta strömmen. Shuntar används alltid när den uppmätta strömmen överskrider mätinstrumentets räckvidd. Shunten ansluts då parallellt med mätanordningen. Hela strömmen flyter genom shunten och genererar ett spänningsfall som sedan mäts. Med hjälp av Ohm’s lag och det kända motståndet kan denna mätning sedan användas för att beräkna strömmen (I = V/R). För att hålla strömförlusten – och därmed värmeutvecklingen – på ett minimum måste shunten ha ett mycket lågt motståndsvärde som kan mätas i milliohm.
Shuntar är i princip lämpliga för alla typer av strömmätning – oavsett om det är med likström eller växelström.
Fördelar med shuntar för strömmätning:
- Fel kan snabbt upptäckas och elimineras, vilket gör shuntar särskilt intressanta för säkerhetsrelaterade tillämpningar där fel måste upptäckas.
- De ger också exakta mätresultat som gör det möjligt att till exempel styra drivenheter effektivt eller övervaka batterihanteringssystem.
- Shuntar ger utmärkt valuta för pengarna.
Vilka shuntar finns det och vilka är lämpliga för strömmätning?
Shuntar finns som metallfilms- och helmetallversioner.
Fördelar och nackdelar med metallfilmsmotstånd:
Pro: De är märkbart billigare
Contra: Deras temperaturkoefficient är sämre än shuntar i helmetall
Contra: De har en lägre temperaturkoefficient än shuntar i helmetall
Contra: De är därför endast ett alternativ när induktion inte är en faktor. Med metallfilmsmotstånd (shuntar) appliceras en pasta på ett keramiskt substrat och justeras till önskat värde med hjälp av lasertrimning. Detta skapar en icke-homogen struktur som orsakar serieinduktans utöver den befintliga parasitära induktansen. Som ett resultat av detta gäller inte längre Ohm’s lag i dess grundläggande form, vilket förvränger resultatet av strömmätningen. Formeln för spänningsfallet vid shunten i detta fall är: U = I x R – L(di/dt).
Fördelar och nackdelar med helmetallshuntar:
Contra: De är dyrare än shuntar med metallfilm.
Pro: De ger konsekventa, oförvrängda mätningar. Eftersom shuntar i helmetall är tillverkade av ett homogent motståndselement finns det ingen extra induktans, vilket gör dem idealiska för högprecisionstillämpningar, t.ex. medicinteknik eller precisionsmätutrustning.
Pro: De erbjuder hög mätprecision och motståndskraft mot värmechocker.
Pro: De kan drivas med en effekt på upp till 7 W vid maximala temperaturer på 275 °C.
Pro: De finns i olika konstruktionsformer, inklusive former som är mycket större än standardchipmotstånd, med TCs långt under 100ppm/K och motståndsvärden som är så låga att de kan mätas i ensiffriga milliohmtal.
Vilket motståndsvärde är idealiskt för strömmätning?
Det idealiska motståndsvärdet för helmetallshuntar kan bestämmas relativt enkelt: Den lägsta mätspänning som fortfarande ger tillräckligt exakta resultat divideras med det lägsta strömvärdet i mätområdet.
Fyratrådsshuntar
En variant av helmetallshunten är fyrtrådsshunten, där strömmen går genom två av terminalerna medan spänningen mäts vid de andra två. Spänningsfallet vid motstånden kan bestämmas med hjälp av de interna Kelvinterminalerna, vilket gör det möjligt att eliminera de resulterande mätfelen.
Fyratrådsshuntar används i två scenarier:
1. När lednings- och kontaktmotståndet är relativt högt och i förhållande till det uppmätta motståndet inte är försumbart.
2. När motståndsvärdet är mindre än 10mR, eftersom ledarnas motståndsvärden också är mätbara i milliohm och därmed måste införlivas.
Det finns en trend mot mindre storlekar med högre effektnivåer; anpassade versioner när det gäller terminalgeometri och shuntform efterfrågas också alltmer. Huruvida dessa är att föredra framför standardshuntarna beror på tillämpningen.
Tip: Utför tester för att se vilken shunt som passar bäst för applikationen! Eftersom shuntmotstånd är relativt dyra jämfört med andra motståndstekniker finns de redan tillgängliga i små partistorlekar och testprover.
Hitta komponenter på www.rutronik24.com.