Výpočet bočníka ampérmetra
Pretože najčastejšie zoženieme ručičkový merací prístroj s maximálnou výchylkou pri prúde rádovo mikro/miliampérov, na meranie väčších prúdov je potrebné pridať paralelne k ampérmetru bočník.
V zásobách som našiel ampérmeter s nulou uprostred, maximálna výchylka je uvádzaná pri 225 mikroampéroch (hodnota musí byť vyznačená - najčastejšie pri ďaších značkách charakterizujúcich meradlo). Zamýšľané využitie je na meranie prúdu do 1A.
Multimetrom som zmeral ohmický odpor vinutia, ktorý činil 515 Ohm. Z toho vyplýva (Ohmov zákon U=R*I), že maximálna výchylka nastane pri úbytku približne 116mV. Rovnaký úbytok bude aj na bočníku a keďže platí "Kirhofov" zákon, prúd veľkosti 1A sa rozdelí na 225mikroampér cez meradlo a zvyšných 0,999775A cez bočník, na ktorom je už uvedený úbytok 116mV. Zase využijúc Ohmov zákon vypočítame veľkosť odporu, ktorá činí 0,116 Ohmu. Pre lepšiu predstavivosť priložím schému:
Obr.1 Výpočet bočníka: I je hodnota prúdu, do ktorej budeme merať (v mojom prípade 1A)
Ia je maximálny prúd cez meradlo (uvedený v blízkosti stupnice)
Ib je prúd cez bočník
Ra predstavuje vnútorný odpor ampérmetra - ohmický odpor vinutia
Rb je samotný bočník
Hurá, vypočítali sme veľkosť odporu bočníka. Úsmev z tváre sa však vzápätí vytratí, pretože je pomerne problematické zohnať takýto odpor. Pôjdeme na to teda od lesa.
Pri prehľadávaní zásob som našiel rezistor s najmenšou hodnotou 0,9 ohm a rozhodol som sa využiť ho ako bočník. Stále platí, že prúd sa v uzle rozdelí tak, že bočníkom potečie 0,999775A. Ak je jeho odpor 0,9 ohm, potom úbytok na ňom a aj na meradle bude 0,8997975 V. Nevýhodou v tomto konkrétnom prípade je, že o tento úbytok sa zmenší napätie na záťaži, je potrebné snažiť sa čo najviac zmenšiť hodnotu odporu bočníka. Meradlom potečie našich 225 mikroampér a tak z ohmovho zákona vypočítame veľkosť odporu, ktorá bude 3999,1 ohm. Keďže vinutie meradla už má 515 ohmov, ostáva už len doplniť odpor veľkosti 3484,1 ohm sérivo s vinutím meradla. Toto sa dá poriešiť trimrom alebo kombináciou odporu s čo najbližšou hodntou vypočítanej a menším trimrom na jemné doladenie.
Zopakujme si celý postup znovu: - vieme na aký rozsah chceme použiť ampérmeter - aký maximálny prúd budeme merať (hodnota I)
- na meradle nájdeme hodnotu, pri ktorej bude maximálna výchylka ručičky (hodnota Ia)
- vypočítame si hodntou Ib
- multimetrom odmeriame hodnotu odporu vinutia meradla (hodnota Ra)
- výpočtom určíme úbytok na meradle (a aj na bočníku) U=Ia*Ra
- vypočítame hodnotu bočníku Rb=U/Ib
Ak sa nepodarí zohnať vhodný rezistor, zahájime plán B. Nájdeme rezistor taký, aby sa svojou hodnotou čo najviac približoval vypočítanej hodnote:
- hodnotu vybraného rezistoru - teda budúceho bočníka ponechajme Rb
- vypočítame si napätie na bočníku (a zároveň aj na meradle) U=Rb*Ib
- vypočítame spätne hodnotu Ra=U/Ia
- od vypočítanej hodnoty Ra odpočítame skutočný odpor vinutia a dostávame hodnotu odporu Rp, kotrý je potrebné zapojiť do série s vinutím meradla
Obr.2 Výpočet predradného odporu Rp pri známej hodnote bočníka Rb. Ako Rp možno použiť trimer alebo sériovú kombináciu rezistora a trimra malej hodnoty pre lepšie doladenie a ociachovanie podľa iného ampérmetra.
Možno po rýchlom prebehnutí textu sa bude postup zdať komplikovaný, pri uvedomení si hlavnej myšlienky je však celý výpočet triviálny. Cieľom bolo objasniť postup výpočtu bočníku, preto v popise a výpočtoch som už neuvažoval dimenzovanie rezistoru na zaťaženie, to už si každý vypočíta sám podľa konkrétnych hodnôt.