Измерительные шунты 1А/100мВ и 5А/200мВ с AliExpress
- Цена: $5.62 и $7.66 на момент покупки
- Перейти в магазин
Китайская торговая площадка предлагает широкий ассортимент измерительных шунтов на токи от единиц до сотен ампер, обещая достаточно неплохую точность и вполне демократичную цену. Я приобрел для своих нужд два шунта с параметрами 1А/100мВ и 5А/200мВ, короткий отчет о покупке предлагаю вниманию читателей сайта.
Поиском по сайту нашлось по меньшей мере два обзора очень похожих изделий, только рассчитанных на бОльшие токи — обзор и обзор. Но их авторы посвятили свои материалы в основном вопросам применения шунтов. Меня же в первую очередь интересовали характеристики приборов — точность, температурная стабильность и способность выдерживать ток больше номинального. Все измерения проводил для себя лично, в пределах имеющегося оборудования и знаний, на высокую достоверность полученных данных не претендую. Опубликовать результаты в виде обзора решил по двум причинам. Первая достаточно корыстна :). Чаще всего из комментариев к обзорам удается извлечь немало полезной информации, так что буду рад любым конструктивным замечаниям и предложениям. Во-вторых, вполне возможно, что кому то еще это также может оказаться полезным.
Пришли шунты в обычном пакете, внутри каждый завернут в пупырку. Посылка дошла очень быстро, доставка бесплатная, при пересылке ничего не повредилось.
Далее я буду говорить подробно только об одном из них — на 1 ампер и 100 мВ.
Конструктивно шунт состоит из пластикового основания размерами 120х25 мм, двух металлических пятаков размерами 20х25х5 мм, в каждом из которых вкручены по два винта с резьбой М5 и М4, и нескольких витков провода, концы которого закреплены пайкой в торцах пятаков.
Устройство весьма увесисто — масса почти 80 грамм.
Поскольку я не планирую установку этих шунтов в какое то конкретное устройство, а собираюсь использовать в качестве датчиков тока для осциллографа в ходе экспериментов, то такое исполнение подходит как нельзя лучше — шунт очень устойчив, а винтовые клеммы позволяют легко подключать любые разъемы. Например, под винты силовых контактов зажать переходник на стандартные бананы, а под винты измерительных контактов — короткие отрезки провода подходящего диаметра для удобного крепления крючка осциллографического пробника или разъема Du Pont.
На боковых торцах пятаков нанесена маркировка — FL-2 0,5 и 1А 100 мВ. Как я понимаю, FL-2 — это название изделия, 0,5 в кружке — точность, а 1А 100 мВ — номинальный ток и падение напряжения при номинальном токе.
Если с классом точности все понятно — он заявлен как 0,5, то про температурный коэффициент сопротивления никаких конкретных значений на странице продавца я не нашел. Только общие фразы про высокую температурную стабильность и способность выдерживать ток 120% в течение двух часов. Так что с этим придется разбираться самостоятельно.
Первое, что пришло в голову — оценить удельное сопротивление материала, из которого выполнена спираль. Она состоит из 6 полных витков с небольшими отводами, диаметр спирали 21 мм, диаметр провода — 1.51-1.53 мм. Несложный расчет дает приблизительное значение 0.45 Ом*мм2/м. Несмотря на то, что внешне провод выглядит как медь, это явно какой-то сплав. Близкие значения имеют манганин и константан.
Далее я измерил сопротивление шунта при помощи мультиметра Keithley DMM6500. Полученное значение с запасом укладывается в заявленную продавцом точность.
Сопротивление шунта должно лежать в диапазоне от 0.0995 до 0.1005 Ом, прибор показывает 0.100179 Ом. Однако максимальная погрешность измерения у мультиметра на этом диапазоне составляет 0.2 мОм, что не так уж мало — 0.2% от 100 мОм. И хотя даже в самом худшем случае шунт все равно соответствует заявленному классу точности, хотелось бы большей определенности. Поэтому в качестве следующей проверки решил одновременно измерять падение напряжения и величину протекающего тока. При этом можно несколько улучшить точность измерений и проверить шунт в реальных условиях эксплуатации. Для измерения тока использовал все тот же Keithley DMM6500, напряжениея — Fluke 289.
При токе в 1 ампер расчетное значение сопротивления составляет всё те же 100.17 мОм.
Максимальная погрешность Флюка на этом пределе составляет 0.04 мВ, так что к последней цифре стоит относиться с большой осторожностью, но почти полное совпадение с предыдущим измерением по четырехпроводной схеме не может не радовать.
Далее повысим ток до 2 и 3 ампер. При токе 3 ампера (а это 300% от номинала) на шунте рассеивается 0.9 Вт. Немного, но небольшой нагрев уже должен быть. Если ТКС материала шунта велик, изменение сопротивления должно быть заметно.
Ток 2 ампера.
И 3 ампера
Шунт ведет себя отлично, зафиксировать заметного изменения сопротивления даже при трехкратном превышении номинального тока не получается. Но и нагрев шунта при 3 амперах совсем незначителен, и на ощупь практически не ощущается.
Поэтому решил погреть шунт строительным феном. В наличии есть фен с электронной регулировкой температуры, он достаточно неплохо удерживает заданное значение. Вот график показаний с термопары, расположенной близко к соплу, установленное значение 100°С.
При нагреве шунта феном падение напряжения на нем (при токе, близком к 1 амперу) уменьшается. Максимум, что у меня получилось добиться — уменьшение примерно на 80 микровольт (0.08 мВ).
Это соответствует уменьшению сопротивления шунта на 0.08 мОм. Если предположить, что разница температур составила 75°С, то ТКС шунта получается -0.08 мОм/(100.18 мОм*75°С) = -10 миллионных долей на градус, или -10 ppm/°С. Понятно, что оценка достаточно грубая, но ошибки в несколько раз быть не должно. Манганин имеет положительный ТКС, а вот константан как раз отрицательный. Чаще всего указывается значение -5 ppm/°С, хотя иногда указывается и куда более широкий диапазон — от -20 до +60 ppm/°С. В любом случае с достаточно высокой степенью вероятности можно говорить, что данный шунт изготовлен из константана.
Совсем недавно один из форумчан оставлял комментарий, касавшийся температурной стабильности шунтов.
Данный ГОСТ нормирует изменение сопротивления не более 0.1% на каждые 10°С изменения температуры для шунтов классов точности 0.2 и 0.5. Китайский шунт демонстрирует на порядок лучшую стабильность — 0.08% на 70°С!
Уже после публикации обзора один из пользователей сайта обратил внимание, что при такой форме (катушка) шунт должен иметь ненулевую индуктивность. Расчет по формуле
дает значение 0.7 мкГн. При измерении прибором получаем близкую величину 0.5 мкГн.
Это немного, но на больших частотах будет иметь значение, нельзя об этом забывать.
Шунт на 5 ампер выполнен из более толстого провода — его диаметр 2.1 мм, и на нём видны следы подгонки сопротивления: в нескольких местах видно, что провод немного сточен.
Зато и сопротивление еще меньше отличается от нужных 40 мОм.
В завершение пара осциллограмм. Сигнал первого канала взят с обозреваемого шунта, второго — с дешевых токовых клещей Hantek CC-65.
На постоянном токе идеальное совпадение.
На сигнале сложной формы (частота 5 кГц) сигнал с клещей заметно запаздывает, пики сглаживаются.
Выводы.
На мой взгляд, шунты отличные. Аккуратное исполнение, хорошая точность, прекрасная температурная стабильность и работоспособность на токе, значительно превышающем номинальный.
Поиском по сайту нашлось по меньшей мере два обзора очень похожих изделий, только рассчитанных на бОльшие токи — обзор и обзор. Но их авторы посвятили свои материалы в основном вопросам применения шунтов. Меня же в первую очередь интересовали характеристики приборов — точность, температурная стабильность и способность выдерживать ток больше номинального. Все измерения проводил для себя лично, в пределах имеющегося оборудования и знаний, на высокую достоверность полученных данных не претендую. Опубликовать результаты в виде обзора решил по двум причинам. Первая достаточно корыстна :). Чаще всего из комментариев к обзорам удается извлечь немало полезной информации, так что буду рад любым конструктивным замечаниям и предложениям. Во-вторых, вполне возможно, что кому то еще это также может оказаться полезным.
Пришли шунты в обычном пакете, внутри каждый завернут в пупырку. Посылка дошла очень быстро, доставка бесплатная, при пересылке ничего не повредилось.
Далее я буду говорить подробно только об одном из них — на 1 ампер и 100 мВ.
Конструктивно шунт состоит из пластикового основания размерами 120х25 мм, двух металлических пятаков размерами 20х25х5 мм, в каждом из которых вкручены по два винта с резьбой М5 и М4, и нескольких витков провода, концы которого закреплены пайкой в торцах пятаков.
Устройство весьма увесисто — масса почти 80 грамм.
Поскольку я не планирую установку этих шунтов в какое то конкретное устройство, а собираюсь использовать в качестве датчиков тока для осциллографа в ходе экспериментов, то такое исполнение подходит как нельзя лучше — шунт очень устойчив, а винтовые клеммы позволяют легко подключать любые разъемы. Например, под винты силовых контактов зажать переходник на стандартные бананы, а под винты измерительных контактов — короткие отрезки провода подходящего диаметра для удобного крепления крючка осциллографического пробника или разъема Du Pont.
На боковых торцах пятаков нанесена маркировка — FL-2 0,5 и 1А 100 мВ. Как я понимаю, FL-2 — это название изделия, 0,5 в кружке — точность, а 1А 100 мВ — номинальный ток и падение напряжения при номинальном токе.
Если с классом точности все понятно — он заявлен как 0,5, то про температурный коэффициент сопротивления никаких конкретных значений на странице продавца я не нашел. Только общие фразы про высокую температурную стабильность и способность выдерживать ток 120% в течение двух часов. Так что с этим придется разбираться самостоятельно.
Первое, что пришло в голову — оценить удельное сопротивление материала, из которого выполнена спираль. Она состоит из 6 полных витков с небольшими отводами, диаметр спирали 21 мм, диаметр провода — 1.51-1.53 мм. Несложный расчет дает приблизительное значение 0.45 Ом*мм2/м. Несмотря на то, что внешне провод выглядит как медь, это явно какой-то сплав. Близкие значения имеют манганин и константан.
Далее я измерил сопротивление шунта при помощи мультиметра Keithley DMM6500. Полученное значение с запасом укладывается в заявленную продавцом точность.
Сопротивление шунта должно лежать в диапазоне от 0.0995 до 0.1005 Ом, прибор показывает 0.100179 Ом. Однако максимальная погрешность измерения у мультиметра на этом диапазоне составляет 0.2 мОм, что не так уж мало — 0.2% от 100 мОм. И хотя даже в самом худшем случае шунт все равно соответствует заявленному классу точности, хотелось бы большей определенности. Поэтому в качестве следующей проверки решил одновременно измерять падение напряжения и величину протекающего тока. При этом можно несколько улучшить точность измерений и проверить шунт в реальных условиях эксплуатации. Для измерения тока использовал все тот же Keithley DMM6500, напряжениея — Fluke 289.
При токе в 1 ампер расчетное значение сопротивления составляет всё те же 100.17 мОм.
Максимальная погрешность Флюка на этом пределе составляет 0.04 мВ, так что к последней цифре стоит относиться с большой осторожностью, но почти полное совпадение с предыдущим измерением по четырехпроводной схеме не может не радовать.
Далее повысим ток до 2 и 3 ампер. При токе 3 ампера (а это 300% от номинала) на шунте рассеивается 0.9 Вт. Немного, но небольшой нагрев уже должен быть. Если ТКС материала шунта велик, изменение сопротивления должно быть заметно.
Ток 2 ампера.
И 3 ампера
Шунт ведет себя отлично, зафиксировать заметного изменения сопротивления даже при трехкратном превышении номинального тока не получается. Но и нагрев шунта при 3 амперах совсем незначителен, и на ощупь практически не ощущается.
Поэтому решил погреть шунт строительным феном. В наличии есть фен с электронной регулировкой температуры, он достаточно неплохо удерживает заданное значение. Вот график показаний с термопары, расположенной близко к соплу, установленное значение 100°С.
При нагреве шунта феном падение напряжения на нем (при токе, близком к 1 амперу) уменьшается. Максимум, что у меня получилось добиться — уменьшение примерно на 80 микровольт (0.08 мВ).
Это соответствует уменьшению сопротивления шунта на 0.08 мОм. Если предположить, что разница температур составила 75°С, то ТКС шунта получается -0.08 мОм/(100.18 мОм*75°С) = -10 миллионных долей на градус, или -10 ppm/°С. Понятно, что оценка достаточно грубая, но ошибки в несколько раз быть не должно. Манганин имеет положительный ТКС, а вот константан как раз отрицательный. Чаще всего указывается значение -5 ppm/°С, хотя иногда указывается и куда более широкий диапазон — от -20 до +60 ppm/°С. В любом случае с достаточно высокой степенью вероятности можно говорить, что данный шунт изготовлен из константана.
Совсем недавно один из форумчан оставлял комментарий, касавшийся температурной стабильности шунтов.
Данный ГОСТ нормирует изменение сопротивления не более 0.1% на каждые 10°С изменения температуры для шунтов классов точности 0.2 и 0.5. Китайский шунт демонстрирует на порядок лучшую стабильность — 0.08% на 70°С!
Уже после публикации обзора один из пользователей сайта обратил внимание, что при такой форме (катушка) шунт должен иметь ненулевую индуктивность. Расчет по формуле
дает значение 0.7 мкГн. При измерении прибором получаем близкую величину 0.5 мкГн.
Это немного, но на больших частотах будет иметь значение, нельзя об этом забывать.
Немного рукоблудия или доработка для уменьшения индуктивности
Как говорится, дурная голова рукам покоя не дает :)). Убил полчаса времени на то, чтобы размотать катушку и согнуть провод в виде змейки. Старался делать очень аккуратно, чтобы нигде провод не передавить, так как опасался, что сопротивление вырастет. Индуктивность ожидаемо упала.
Было
Стало
Зато сопротивление выросло весьма значительно, теперь шунт даже не укладывается в 0.5 процента точности, а было с запасом :(.
Буду считать, что полученный опыт стоил того :).
Раз уж решил «рукоблудить», то пусть будет по полной :). Напаял на часть провода, входящего в пятак, каплю припоя (с серебром, чтоб наверняка :)))) ).
Теперь и прибор показывает невиданную красоту :)
В пределах 10 кГц шунт будет сохранять точность 0.5
Если серьезно, то, думаю, термостабильность шунта немного пострадала, но в целом он, скорее, выиграл :).
Было
Стало
Зато сопротивление выросло весьма значительно, теперь шунт даже не укладывается в 0.5 процента точности, а было с запасом :(.
Буду считать, что полученный опыт стоил того :).
Раз уж решил «рукоблудить», то пусть будет по полной :). Напаял на часть провода, входящего в пятак, каплю припоя (с серебром, чтоб наверняка :)))) ).
Теперь и прибор показывает невиданную красоту :)
В пределах 10 кГц шунт будет сохранять точность 0.5
Если серьезно, то, думаю, термостабильность шунта немного пострадала, но в целом он, скорее, выиграл :).
Шунт на 5 ампер выполнен из более толстого провода — его диаметр 2.1 мм, и на нём видны следы подгонки сопротивления: в нескольких местах видно, что провод немного сточен.
Зато и сопротивление еще меньше отличается от нужных 40 мОм.
В завершение пара осциллограмм. Сигнал первого канала взят с обозреваемого шунта, второго — с дешевых токовых клещей Hantek CC-65.
На постоянном токе идеальное совпадение.
На сигнале сложной формы (частота 5 кГц) сигнал с клещей заметно запаздывает, пики сглаживаются.
Выводы.
На мой взгляд, шунты отличные. Аккуратное исполнение, хорошая точность, прекрасная температурная стабильность и работоспособность на токе, значительно превышающем номинальный.
Самые обсуждаемые обзоры
| +64 |
2818
115
|
| +49 |
3105
64
|
| +26 |
1933
31
|
| +49 |
1830
34
|
Хотя есть взять на таобао парочку б/ушных типа таких (блин, 1000 же стоил совсем недавно, подняли до 1080 7461-ую версию) или на yahoo.jp'ом аукционе, то вполне себе можно воспользоваться четырехпроводным измерением сопротивления и очень быстрой скоростью отклика. И уложится в 200 долларов для обычных и в 300 для зеленых дисплеев.
Вот пример из спецификации
Что через год, что через два — все вполне прилично :)
Поэтому просто не понимаю связи между потерей точности со временем и избыточностью оной для большинства радиолюбителей. А если бы эти приборы сохраняли первоначальную точность — они что, понадобились бы каждому?
А задача по сути обычно одна: проводить калибровку самостоятельно других мультиметров и еще целой кучи оборудования на атмегах, стм и всяких плисах. Те же зарядники, например. Что в виде услуги гражданам-нуждающимся, что для собственных нужд, так как 3-4кг мультиметр с собой на монтаж не возьмешь. Обслуживание задающего мультиметра выйдет так в 5000-10000 рублей в год, что довольно много, а если бы не было деградации характеристик, то всегда уверен в его точности. Кому-то нужна температура точная с pt100 из драгметаллов, тут сопротивление разумеется должно быть точным. На ток уже ладно, эти 1-5мА мало что изменят.
Да уж.
Сделайте простую вещь — открутите крепление пластин от корпуса, аккуратно размотайте «катушку», сложите провод ровно по середине и сложенным вместе проводом «намотайте» новую катушку. Потом расправьте витки и закрепите пластины назад на корпус.
Вы купили не «шунт», а «индуктивность», которая очень четко прослеживается на вашей осциллограмме. Бифилярная намотка позволит снизить индуктивность где-то на порядок, что позволит наблюдать форму тока «хоть как-то».
Константан не хрупкий, при аккуратном обращении «перемотка» проблем вызвать не должна.
«1А 100 мВ» = 0.1 Ом.
Предполагаемая «индуктивность» 20 мкГн (± х2).
Частота сетевых блоков питания порядка 50 кГц, что дает Z=20е-6*6.3*50е3=6.3 Ом
Для нормальной оценки тока следует «видеть» как минимум 3 гармонику, иначе на осциллографе будет «чистый синус», что дает Z в 20 Ом. Если сравнить эти цифры с номинальным сопротивлением шунта (0.1 Ом), то станет понятна безидейность применения данного элемента для ВЧ измерений осциллографом, даже после «перемотки».
Спасибо за ваше замечание, этот момент стоит учитывать. В ближайшие часы добавлю это в обзор.
Учтите.
По формуле индуктивности для соленоида, подставив диаметр катушки 2 см, длина 2 см, количество витков — 6, получаем индуктивность меньше 1 микрогенри. Разве на невысоких частотах стоит этим заморачиваться?
При подобной разводке, получается вполне приемлимая точность.
Индуктивность, на уровне нГ. Метрологам не пойдет, а для обычных применений вполне.
Еще один плюс, при экстра токах работают как предохранители. Ваши шунты вряд ли сожжешь.
Легко делаются из отрезка лужёного провода и кусочка китайской макетки
Там внутри стоит резистор на 1 мОм.
Для эксперимента взял отрезок медного провода той же длины, что и шунт (41 см) и сначала свернул его в катушку тех же размеров. Ожидаемо, получил такую же индуктивность
После этого сделал из провода змейку, способную поместиться на старое место. Перпендикулярный прямой участок не задумывался, просто ошибся на пару мм в длине элементов. Получилось так
Индуктивность
в два с половиной раза меньше, но принципиально — то же самое.
Это медь, примерно 0.5 мм в диаметре.
В общем, дурная голова рукам покоя не дает :)). Убил полчаса на то, чтобы размотать катушку и согнуть змейку. Старался делать очень аккуратно, чтобы нигде провод не передавить, так как опасался, что сопротивление вырастет. Индуктивность ожидаемо упала, причем сильнее, чем в эксперименте с медным проводом, так как четыре полных зигзага змейки на таком толстом проводе не сделать, вместо них ограничился шестью.
Было
Стало
Зато сопротивление выросло весьма значительно, теперь шунт даже не укладывается в 0.5 процента точности, а было с запасом :(.
Буду считать, что полученный опыт стоил того :).
Вам про это уже неоднократно писали.
Берете провод, складываете пополам и мотаете на отправку начиная с места изгиба в разные стороны.
Вот некое подобие бифилярной намотки, только провод в изоляции и выводы находятся рядом — та же самая индуктивность, что и у змейки
Самую низкую индуктивность рассеивания можно получить при двух условиях — И бифилярная намотка И скрученными проводами. Для шунта «второе» выполнить трудно (но вполне возможно). Впрочем, поделюсь «напримером» — сложите провод и довольно плотно смотайте его (шуруповертом?). Наматывать «таким» бесполезно, провода замкнуты. Но, теперь финт — сделайте несколько обратных оборотов (разматывания), витки разойдутся и провода уже не будут замкнуты. После чего «этим» хозяйство надо куда-то уложить, что-бы не торчало.
Потренеруйтесь на другой проволоке — это не трудно и с 2-3 попытки выйдет вполне прилично.
И, вот еще что — вы получили 0.15 uH, что явно слишком много для данного исполнения. На вашем фото 0.15 uH и при этом концы близко друг от друга (всё правильно). Теперь, сделайте еще одно измерение — ничего не меняя пальцами сожмите щупы и посмотрите показания прибора. Давайте только честно, «0» там не будет. ))
Понимаете, я давно не верю приборам, которые измеряют низкое сопротивление по 2х-проводной схеме. У меня есть основания не верить даже 4х-проводной, чисто практический опыт (разработки таких устройств).
Remark: возросшее сопротивление легко компенсируется внешним резистором 0.125-0.25 Вт. Ну, или просто слегка облудите точки входа в пластины.
Я делал калибровку именно при таком положении щупов, как потом при измерениях, поэтому, думаю, не должно из-за этого быть ошибки. Но вы правы, от их расположения показания сильно меняются. Поэтому попробовал их расположить как при калибровке
а затем подключить катушку не меняя их расположения.
Думаю причина в небрежной намотке. Провода же не строго параллельно друг другу, они неровные, между ними расстояние больше диаметра провода. Сейчас свил провода вместе и сделал еще раз, индуктивность меньше в полтора раза
Об этом можно не напоминать — я здесь, чтобы учиться, а не кому-то что-то доказывать.
Я это сразу же сделал и в обзор добавил, комментарий об этом уже не стал оставлять. Если интересно — под спойлером в конце обзора.
Более-менее корректный тест производится так, как я описал ранее — на _последней_ картинке показано с подключенной катушкой. Теперь, именно на ней, надо замкнуть щупы, потом разомкнуть, и так несколько раз. «Индуктивность» будет столько, сколько между ними разница. «Картинки» делать не надо.
Теперь, по силе прижима. Возьмите (чистый) толстый медный провод (0.7-1.5мм) и посадите крокодилы на нее рядом — у вас будет одно число. Потом, просто замкните (придавите др-др) щупы — второе число, потом замкните щупы закусыванием друг-друга — будет третье число. И все они не равны друг-другу. ))
Потом к этому добавьте сильное сжатие руками — цифра опять неплохо уползет.
Разница 95 наногенри.
Фактически мы имеем две отдельных обмотки, включенных встречно, но они находятся не одна внутри другой, а рядом, на расстоянии, равном размеру каждой из них. Компенсация магнитных полей при этом так себе. В змейке участки провода, по которым ток течет в противоположных направлениях, находятся ближе и идут параллельно, поэтому эффект компенсации магнитных полей лучше.