fa
اخبار
صفحه اصلی / اخبار / اخبار صنعت / نحوه عملکرد مقاومت های شنت جریان: سنجش جریان، مشخصات و راهنمای انتخاب
Picture a design review for a smart meter or a DC fast-charging station. Sooner or later, someone asks the same question: how do we measure current without breaking the circuit and without spending بهo much per unit on sensing? A current شانت resisبهr is usually the most direct answer. It is a precision low-value resisبهr placed in series with the بار, and it converts the flowing current inبه a small voltage drop that an amplifier and an ADC can read. Everything else in the design — accuracy, temperature drift, layout, and cost — depends on how well that voltage drop is produced and measured.
سنجش جریان DC و AC محدوده مقاومت میکرو اهم طرح کلوین چهار ترمینال اندازه گیری دقیق
مقاومت شنت فعلی چیست؟
کلمه "شنت" از یک فعل به معنای کنار زدن یا منحرف کردن آمده است. در مهندسی برق، یک شنت یک مسیر بای پس ایجاد می کند، و در سنجش جریان، این مسیر یک مقاومت عمداً کوچک است. از لحاظ تاریخی، یک شنت بیشتر جریان بزرگ را در اطراف یک گالوانومتر حساس منحرف می‌کرد تا بتوان بخش کوچکی از آن را با خیال راحت اندازه‌گیری کرد. مقاومت‌های شنت جریان مدرن از همین ایده پیروی می‌کنند: آنها به صورت سری با جریان اندازه‌گیری می‌شوند و سیگنال ولتاژی متناسب با آن تولید می‌کنند. از آنجایی که مقاومت آنها بسیار کم است - معمولاً از ده ها میکرو اهم تا چند میلی اهم - آنها فقط مقدار کمی انرژی از مدار می ربایند.
شنت جریان یک مقاومت همه منظوره نیست. ویژگی های تعیین کننده آن دقت، پایداری و مقاومت کم است. یک شانت درجه اندازه گیری ممکن است تحمل داشته باشد ± 0.5٪ یا بهتر، یک ضریب دما در ده ها قسمت در میلیون در درجه سانتیگراد، و یک طرح چهار ترمینال که مقاومت سیم کشی را از اندازه گیری دور نگه می دارد.
چگونه یک مقاومت شنت جریان جریان را اندازه گیری می کند
اصل کار قانون اهم است: ولتاژ دو طرف مقاومت برابر جریان ضرب در مقاومت است. برای شانت، که می دهد:
V حس = من load × R shunt ولتاژ حسی از نظر طراحی کوچک است. جریان 100 آمپری از طریق الف 50 µΩ شانت تولید می کند 5 میلی ولت و سیگنال سطح میلی ولت یک تصویر مستقیم و خطی از جریان است. مثال های زیر نحوه مقیاس اعداد را نشان می دهد.
100 A × 50 µΩ = سیگنال حسی 5 میلی ولت
10 A × 1 mΩ = سیگنال حسی 10 میلی ولت
50 A × 0.5 mΩ = 1.25 وات پراکنده شده است
سپس ولتاژ حسی به یک تقویت کننده دیفرانسیل، یک ADC و یک میکروکنترلر تغذیه می شود. از آنجایی که شنت غیرفعال است، اندازه گیری سریع، خطی و بدون هیسترزیس است. با این حال، دقت کل زنجیره در شانت لنگر است. اگر مقاومت آن با دما تغییر کند، یا اگر اتصالات اطراف آن مقاومت را افزایش دهند، قرائت با آن تغییر می کند.
در مقایسه با ترانسفورماتورهای جایگزین، یک ترانسفورماتور جریان فقط می تواند AC را اندازه گیری کند زیرا به یک میدان مغناطیسی در حال تغییر بستگی دارد. سنسور اثر هال DC را اندازه‌گیری می‌کند و عایق گالوانیکی را فراهم می‌کند، اما خطی بودن و پایداری افست آن به طور کلی ضعیف‌تر از مقاومت‌های دقیق است و در جریان‌های بالا هزینه بیشتری دارد. هنگامی که نیازی به ایزوله نیست، شانت ساده ترین و مقرون به صرفه ترین انتخاب است.
| پارامتر | مقاومت شنت | ترانسفورماتور جریان | سنسور اثر هال |
|---|---|---|---|
| قابلیت DC | بله | خیر | بله |
| جداسازی گالوانیکی | خیر | بله | بله |
| سیگنال خروجی | قطره میلی ولت | جریان مقیاس شده | ولتاژ خروجی |
| خطی بودن | عالی | خوب | متوسط |
| هزینه نسبی در جریان بالا | کم | متوسط | بالا |
چرا اتصال چهار ترمینال (کلوین) اهمیت دارد؟
یک شنت دو ترمینال یک ضعف پنهان دارد: مسیر فعلی شامل اتصالات لحیم کاری، ردپای PCB و سخت افزار پایانه است. اگر مقاومت انگلی باشد، بگویید: 1 mΩ در حالی که خود شانت فقط است 0.5 mΩ ، افت اندازه گیری شده سه برابر بیشتر از آنچه در نظر گرفته شده است - یک خطای 200 درصدی است. راه حل یک اتصال کلوین یا چهار ترمینال است. دو ترمینال جریان بار را حمل می کنند. دو پایانه مجزا ولتاژ را در سرتاسر عنصر شنت حس می کنند. از آنجایی که ترمینال های حسی تقریباً هیچ جریانی ندارند، مقاومت اتصالات و ردپای آنها بر روی خواندن تأثیر نمی گذارد.
به همین دلیل است که شنت های دقیق - از جمله اجزای سنجش جریان دقیق تولید شده توسط Fanhar - پدهای حس را مستقیماً روی بدنه مقاومت قرار دهید. طراحانی که این رشته را بر روی PCB بازتولید می کنند، ردیابی های حسی را کوتاه و جفت نگه می دارند، دقت کاملی را که شنت می تواند ارائه دهد، دریافت می کنند.
مشخصات کلیدی که دقت را تعریف می کنند
هنگامی که مهندسان شنت ها را با هم مقایسه می کنند، چهار ویژگی بر تصمیم غالب است: مقدار مقاومت، تحمل، ضریب دما، و پایداری عمر بار. جدول زیر مشخصاتی را که بیشترین اهمیت را دارند و تأثیری که هر کدام بر اندازه‌گیری دارند، خلاصه می‌کند.
| مشخصات | محدوده معمولی | تاثیر بر اندازه گیری |
|---|---|---|
| مقاومت | 50 µΩ to 10 mΩ | حساسیت و ولتاژ بار را تنظیم می کند |
| تحمل | ± 0.1٪ to ± 1٪ | خطای پایه مستقیم در خواندن |
| TCR | ± 15 to 75 ± ppm/°C | هنگامی که دمای محیط تغییر می کند، رانش کنید |
| رتبه بندی قدرت | 0.5 وات to 10 وات | جریان پیوسته را قبل از خودگرم شدن محدود می کند |
| بارگذاری کنید-life stability | ≤0.5٪ معمولی | مقاومت change after rated load hours |
| EMF حرارتی | <1 µV/°C در طرح های خوب | خطا در سیگنال های دقیق DC جریان پایین |
| اندوکتانس | کم-nH range | خطای فاز در AC یا گذرا سریع |
برای اندازه گیری DC، تلرانس و TCR بر بودجه خطا غالب است. برای مبدل های سوئیچینگ فرکانس بالا، اندوکتانس و EMF حرارتی به یک اندازه مهم هستند. شنت های مسطح یا چند لایه با اندوکتانس کم، مانند چندین مدل در محدوده مقاومت شنت کم تلفات ، منابع خطا را کاهش دهید.
جایی که از مقاومت های شنت فعلی استفاده می شود
مقاومت های شنت در هر جایی که جریان باید برای کنترل، حفاظت یا صورتحساب اندازه گیری شود ظاهر می شود.
کنتورهای هوشمند
یک متر هوشمند جریان خانگی را به طور مداوم در یک محدوده بار گسترده اندازه گیری می کند. شنت در تغذیه زنده قرار می گیرد و سیگنال میلی ولت آن توسط یک آی سی اندازه گیری نمونه برداری می شود. شنت‌های درجه سنج به تحمل سخت، TCR کم و پایداری طولانی‌مدت نیاز دارند زیرا استانداردهای اندازه‌گیری به یک کلاس دقت تعریف شده در طول سال‌ها خدمت نیاز دارند. FHS024 فنهر به طور خاص برای اندازه گیری متر هوشمند ساخته شده است.
FHS-024 شنت دقیق برای سنجش جریان هوشمند این شنت کم TCR برای اندازه‌گیری کنتور هوشمند طراحی شده است و قرائت‌های طولانی مدت پایدار و پاسخ خطی را برای نظارت دقیق انرژی ارائه می‌دهد. اینجا را ببینید زیرا متن اطراف بر دقت و قابلیت اطمینان درجه سنج تأکید دارد که این مؤلفه مستقیماً به آن می پردازد. مشاهده محصول → شارژ EV و ذخیره سازی باتری
ایستگاه های شارژ و سیستم های باتری جریان های DC از ده ها تا صدها آمپر را مدیریت می کنند. یک شنت یک قرائت خطی و پایدار از جریان DC را بدون هزینه و پیچیدگی حسگر هال ارائه می دهد. مبادله اتلاف توان است، بنابراین شنت های جریان بالا برای کمترین مقاومت انتخاب می شوند که همچنان ولتاژ حسی کافی تولید می کند.
اتوماسیون صنعتی
درایوهای موتور، منابع تغذیه، و ماشین آلات تولید، جریان فاز یا باس را برای کنترل حلقه بسته و حفاظت از جریان اضافه کنترل می کنند. محیط های صنعتی لرزش، نوسانات دما و نویز الکتریکی را اضافه می کنند، بنابراین پایداری شنت و ایمنی تداخل ضروری است. شنت اتوماسیون صنعتی FHS012 نمونه ای است که برای این وظیفه مهندسی شده است.
شنت اتوماسیون صنعتی FHS-012 برای مدارهای موتور و محرک این شنت که برای کنترل موتور و مدیریت توان در سیستم های صنعتی طراحی شده است، حسگر جریان با قدرت بالا و امپدانس کم را با اتلاف گرمای کارآمد انجام می دهد. پاراگراف قبل نیاز به پایداری و ایمنی نویز در محیط های کارخانه را برجسته می کند و این را به یک انتخاب مناسب تبدیل می کند. مشاهده محصول → ارتباطات و قدرت داده
منابع تغذیه سرور، یکسو کننده های مخابراتی و ماژول های برق مرکز داده از شنت ها برای نظارت بر جریان ورودی یا خروجی استفاده می کنند. این برنامه ها به قطعات فشرده با مصرف برق کم و پایداری بالا در طول عمر تجهیزات نیاز دارند. فنهار FHS023 را برای مدیریت برق تجهیزات ارتباطی توسعه داد.
FHS-023 شنت مدیریت توان تجهیزات ارتباطی یک شنت کم‌مقاومت مهندسی شده برای یکسو کننده‌های مخابراتی و ماژول‌های برق مرکز داده، نظارت دقیق جریان را با حداقل تلفات برق ارائه می‌کند. پس از بحث در مورد قطعات فشرده و با پایداری بالا برای تجهیزات ارتباطی، با الزامات اعلام شده برای عملکرد طولانی مدت قابل اعتماد مطابقت دارد. مشاهده محصول → نحوه انتخاب یک مقاومت شنت فعلی
انتخاب یک فرآیند شش مرحله ای است که با جریانی که باید اندازه گیری کنید شروع می شود و به محیطی که شانت در آن زندگی می کند خاتمه می یابد.
- حداکثر جریان پیوسته و حداکثر ولتاژ بار قابل قبول را تعریف کنید. مقاومت است
R = V بار / من حداکثر. - توان تلف شده را با
P = I 2 R، سپس شنتی را انتخاب کنید که حداقل دو برابر آن ارزش داشته باشد و برای محیط های گرم بیشتر باشد. - بودجه دقت را تنظیم کنید: تحمل و رانش TCR را در محدوده عملیاتی اضافه کنید. اگر مجموع از هدف فراتر رفت، قسمت سفت تر را انتخاب کنید.
- بین اتصال دو ترمینال و چهار ترمینال تصمیم بگیرید. برای دقت بالای تقریباً یک درصد، کلوین اجباری است.
- اثرات انگلی را بررسی کنید: EMF حرارتی برای سیگنال های DC کم، اندوکتانس برای AC یا اندازه گیری های سریع گذرا.
- محیط را ارزیابی کنید - ارتعاش، خوردگی، رطوبت و اضافه بار - و یک نوع رتبه بندی شده برای آن شرایط را انتخاب کنید.
| پارامتر طراحی | ارزش | انتخاب نتیجه |
|---|---|---|
| حداکثر جریان بار | 50 A | — |
| محدودیت ولتاژ بار | 50 میلی ولت | R = 1 mΩ |
| برق تلف شد | 2.5 وات | امتیاز ≥ 5 وات |
| هدف دقت | ± 1٪ 0 تا 60 درجه سانتی گراد | تحمل 0.5%, TCR ≤ 50 ppm/°C |
| اتصال | دقت مورد نیاز | چهار ترمینال کلوین |
مشکلات رایج در مدارهای شنت-مقاومت
- رانش خود گرمایشی: اجرای یک شنت نزدیک به توان نامی آن، دمای آن را افزایش می دهد و مقاومت را تغییر می دهد. سخاوتمندانه ریزش کنید و از هواپیماهای مسی PCB برای فرورفتن حرارت استفاده کنید.
- مقاومت انگلی در مسیر اتصال: لحیم کاری، ردپاها و پین های رابط خطا اضافه می کنند. از سنجش کلوین یا طرح‌بندی استفاده کنید که مسیر حس را از مسیر فعلی جدا نگه می‌دارد.
- خطاهای EMF حرارتی: اتصالات فلزات غیرمشابه باعث ایجاد آفست میکروولت می شود. در اندازه‌گیری‌های DC جریان پایین، این می‌تواند درصد زیادی از ولتاژ حسی باشد. آلیاژهای شنت مس - منگنز EMF حرارتی را پایین نگه می دارند.
- اندوکتانس در مدارهای سریع: یک شنت به سبک سیم پیچ دارای اندوکتانس سری قابل اندازه گیری است که شکل موج فعلی را در فرکانس بالا تحریف می کند. یک طرح مسطح یا چند لایه با اندوکتانس کم انتخاب کنید.
- حفاظت اضافه بار نادیده گرفته شد: یک شنت نامی برای جریان پیوسته ممکن است تحت پالس های زیاد مکرر از کار بیفتد. قابلیت کنترل پالس قطعه را تایید کنید.
سوالات متداول
Q1: مقاومت شنت جریان برای چه چیزی استفاده می شود؟
یک مقاومت شنت جریان، جریان را با تبدیل آن به یک افت ولتاژ کوچک اندازه گیری می کند. در کنتورهای هوشمند، سیستم های مدیریت باتری، منابع تغذیه، شارژرهای EV و درایوهای صنعتی استفاده می شود.
Q2: مقاومت شنت چگونه جریان را اندازه گیری می کند؟
این قانون اهم را اعمال می کند. جریان بار از طریق یک مقاومت دقیق کم ارزش عبور می کند و افت ولتاژ ایجاد می کند. V = I × R . یک تقویت کننده دیفرانسیل این ولتاژ را می خواند و یک ADC آن را به مقدار جریان تبدیل می کند.
Q3: چرا اتصال چهار ترمینال کلوین مهم است؟
زیرا مقاومت پایانه ها، اتصالات لحیم کاری و آثار PCB را از اندازه گیری حذف می کند. فقط ولتاژ در سرتاسر عنصر مقاومت اندازه گیری می شود و دقت را بهبود می بخشد.
Q4: TCR در یک مقاومت شنت به چه معناست؟
TCR ضریب دمایی مقاومت است که بر حسب قسمت در میلیون در درجه سانتیگراد بیان می شود. توضیح می دهد که مقاومت چقدر با دما تغییر می کند. TCR کمتر شنت را در محدوده عملیاتی دقیق نگه می دارد.
Q5: آیا یک مقاومت شنت می تواند جریان DC و AC را اندازه گیری کند؟
بله. در فرکانس شبکه، شنت مانند یک مقاومت کم ارزش عمل می کند، بنابراین برای DC و AC کار می کند. در AC با فرکانس بالا، اندوکتانس اهمیت دارد و طراحی با اندوکتانس پایین ترجیح داده می شود.
نتیجه گیری
یک مقاومت شنت جریان با تبدیل جریان جاری به یک ولتاژ قابل اندازه گیری - به سادگی، خطی و با هزینه کم کار می کند. مهندسی واقعی در جزئیات نهفته است: مقدار مقاومت، تحمل، ضریب دما، طرح کلوین، و بسته بندی برای محیط هدف. این جزئیات را به درستی دریافت کنید، و شنت به قابل اطمینان ترین جزء در زنجیره سنجش تبدیل می شود. آنها را اشتباه بگیرید، و خطاها به صورت عدم دقت در صورتحساب، سفرهای حفاظتی نادرست، یا خرابی‌های اولیه در میدان ظاهر می‌شوند. سری FHS فنهار، شنت‌های دقیق، اندوکتانس پایین و مقاوم در برابر محیط را برای کاربردهایی از اندازه‌گیری متر هوشمند گرفته تا اتوماسیون صنعتی و مدیریت برق ارتباطات پوشش می‌دهد.
Previous
