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Rechner für Strom-Shunt-Widerstände

Spannung, Verlustleistung und Fehler eines Strom-Shunts, dazu die Verstärkung und Auflösung, die er vor einem ADC braucht.

Shunt

Angegeben als

Nennwert

Strom und Eingang

Ergebnis

37,5mV

Bei 50 A. Verlustleistung bei 100 A: 7,5 W.

Widerstand
750 µΩ75 mV / 100 A
Spannung bei höchstem Strom
75 mVbei 100 A
Verlustleistung bei höchstem Strom
7,5 WBelastbarkeit mit Reserve wählen
Verlustleistung
1,875 Wbei 50 A
Fehler aus Temperaturkoeffizient
±0,2 %50 ppm/K × 40 K
Widerstandsfehler, Größtwert
±0,7 %Toleranz + TK; 350 mA bei diesem Strom
Verstärkung bis Vollausschlag
—Vollausschlag des Eingangs eingeben
Strom pro ADC-Code
—Vollausschlag und ADC-Bits eingeben
Formeln und Normen
R = Vrated / Irated   V = I × R   P = I² × R
ΔR / R = tolerance + TCR × ΔT

Ein Shunt ist ein niederohmiger Widerstand im Strompfad; der Strom ist die Spannung über ihm geteilt durch seinen Widerstand. Ein Nennwert wie 100 A / 75 mV bedeutet 75 mV Abfall bei 100 A, also R = 0,75 mΩ. Die Leistung I² R erwärmt den Shunt, sein Widerstand ändert sich mit dem Temperaturkoeffizienten; der TK-Fehler ist TK × Temperaturanstieg.

Die Spannung an den Messklemmen des Shunts abgreifen (Vierleiter- oder Kelvin-Anschluss), damit der Übergangswiderstand der Stromklemmen nicht in die Messung eingeht. Shunts werden meist deutlich unter ihrer Nennleistung betrieben, um die Erwärmung zu begrenzen; die Herstellerangaben zur Leistungsminderung beachten. Die Offsetspannung des Verstärkers geteilt durch R ist ein Stromfehler, der bei kleinen Strömen am meisten zählt.

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So funktioniert der Rechner für Strom-Shunts

Ein Shunt ist ein Widerstand mit sehr kleinem Wert im Strompfad; der Strom ist die Spannung über ihm geteilt durch seinen Widerstand. Industrielle Shunts werden mit Strom und Spannungsabfall angegeben, etwa 100 A / 75 mV, Strommesswiderstände auf Leiterplatten in Milliohm.

Der Rechner arbeitet mit beidem. Er nennt den Widerstand, Spannung und Verlustleistung bei Ihrem Strom und beim höchsten Strom, den Widerstandsfehler aus Toleranz und Temperaturkoeffizient sowie die Verstärkung und den Strom pro ADC-Code, wenn Sie den Vollausschlag des Wandlers eingeben.

Nennwert und Widerstand

Ein Shunt 100 A / 75 mV fällt bei 100 A um 75 mV ab, also R = 75 mV / 100 A = 0,75 mΩ. Bei 50 A fallen 37,5 mV ab und er setzt 1,9 W um; bei 100 A sind es 7,5 W. Die Verlustleistung erwärmt den Shunt, und sein Widerstand ändert sich mit seinem Temperaturkoeffizienten: 50 ppm/K über 40 K Erwärmung sind 0,2 %. Hersteller geben an, wie weit unter dem Nennstrom ein Shunt dauernd betrieben werden soll; folgen Sie ihrer Leistungsminderung.

Den Spannungsabfall wählen

Ein größerer Abfall lässt sich genauer messen, verschwendet aber Leistung und erwärmt den Shunt. 50, 60, 75 und 100 mV sind bei industriellen Shunts üblich. Auf Leiterplatten sind 10 bis 100 mV bei Vollstrom typisch, so gewählt, dass die Offsetspannung des Verstärkers klein gegen das Signal bleibt. Unter etwa 10 mV bei Vollstrom werden Offset und Thermospannungen an den Anschlüssen ein merklicher Teil des Messwerts.

Anschluss und Verstärker

Messen Sie an den Messklemmen des Shunts, nicht an seinen Stromklemmen. Ein Vierleiteranschluss (Kelvin) hält den Widerstand der Schraubkontakte und der Leitung aus der Messung. Die Offsetspannung des Verstärkers geteilt durch R ist ein Stromfehler, der bei kleinen Strömen überwiegt: 100 µV an 0,75 mΩ sind 0,13 A.

Geben Sie den Vollausschlag von Verstärker oder ADC ein, um die Verstärkung zu sehen, die den höchsten Strom auf Vollausschlag bringt, und die ADC-Bits für den Strom pro Code. Der Rechner für ADC-Auflösung und der Rechner für Instrumentenverstärker-Verstärkung führen die Auslegung weiter.

Häufige Fragen

High-Side oder Low-Side?

Ein Low-Side-Shunt in der Rückleitung zur Masse ist leicht zu messen, hebt aber die Masse der Last an. Ein High-Side-Shunt lässt die Masse unberührt, braucht aber einen Verstärker, der die Gleichtaktspannung der Versorgung verträgt. Strommessverstärker sind für die High-Side gebaut.

Wann ist ein Hall-Sensor besser?

Wenn der Strom hoch ist, der Kreis galvanisch getrennt sein muss oder die Verlustleistung eines Shunts nicht tragbar ist. Ein kompensierter Hall-Wandler erzeugt keine Wärme im Leiter und bietet Trennung, bei höheren Kosten und mehr Offset.

Wie schneidet ein Stromwandler ab?

Ein Stromwandler misst nur Wechselstrom und ist durch seine Bürde begrenzt; der Rechner für die Bürde von Stromwandlern prüft das. Ein Shunt misst Gleich- und Wechselstrom gleichermaßen.

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