В случаях использования аккумуляторов, например в ранее описанной нами солнечной системе, частенько бывают нужны амперметры на 3-5 А с нулем посреди шкалы. Прибор достаточно редкий. Что же делать? Цифровые приборы таких возможностей обычно не обеспечивают, да и слишком прожорливы. Зато нетрудно найти более чувствительную измерительную головку такого типа - миллиамперметр (обозначается mA) или даже микроамперметр (обозначается μА).
Не знаю, как сейчас, но в советские времена в школьных учебниках были даны формулы, как расширить диапазон измерения тока с помощью параллельно подключенного сопротивления - шунта.
Где:
Rш - нужное нам сопротивление шунта
ra - сопротивление измерительной головки
n - во сколько раз больший ток нам нужно измерить.
Так что если нам попался довольно чувствительный микроамперметр на 100 мкА, а мы хотим сделать из него амперметр на 5 А, то его чувствительность надо будет уменьшить в... 50 тысяч раз!
А что такого? Всё пучком, сделаем. И сначала нам надо будет измерить сопротивление рамки прибора. Именно измерить, поскольку, скорее всего, на нем ничего не написано, а если и написано, то в реале разброс сопротивлений относительно паспортного там немаленький. Скорее всего, сопротивление окажется порядка сотен ом и чем чувствительнее прибор, тем больше.
Проблема в том, что измеряющие малые сопротивления приборы пропускают через измеряемую цепь ток, который может доходить до десятков миллиампер. Так что если вы имеете миллиамперметр на 5 и более мА, то можете просто померять его сопротивление точным омметром или тестером. Но если у вас более чувствительная измерительная головка, то лучше придумать, как обойтись с ней понежнее.
Поможет опять-таки школьный учебник и элементарнейший закон Ома. Итак, берем источник постоянного тока напряжением 9 или 12 вольт и считаем, какое сопротивление понадобится, чтобы отклонить наш прибор ровно на всю шкалу. Итак, мы договорились для примера, что у нас есть микроамперметр на 100 мкА и 12 В блок питания. Получается, что нам нужно 120 килоом. Сопротивление самого прибора по сравнении с ним будет незначительным, так что его не учитываем. Паяем цепочку которую будет удобно настроить на такое сопротивление. Например, переменный резистор в 100 кОм и постоянный в 47 кОм. Или наоборот. Соединяйте все это в последовательную цепь и, вращая ручку переменного резистора, установите стрелку прибора точно на конец шкалы.
А теперь берите большую кучу постоянных резисторов, желательно точностью не хуже 5%, близких к ожидаемому сопротивлению головки, и подключайте их параллельно микроамперметру. Какое сопротивление даст уменьшение показаний прибора ровно вдвое до 50 мкА, такое будет и у самого прибора. Можете подключить параллельно прибору второй переменный резистор на 3-5 кОм и установить нужные показания именно им, а затем померять его сопротивление любым прибором.
Повторите измерения для отклонения стрелки в другую сторону и возьмите среднее арифметическое двух результатов.
Понимающие физику и математику читатели сообразят, что этот метод математически неточен. Он основан на предположении, что общий ток в цепи не меняется, а на самом деле при подключении пробных сопротивлений он немного растет. Но эта погрешность очень невелика, меньше погрешностей самого прибора. И именно для того, чтобы ее снизить, мы и рекомендовали повышенное до 9-12 вольт питание схемы, а не, скажем, 1,5 вольта.
* * *
Итак, мы знаем сопротивление нашего прибора, и уже без труда рассчитываем нужное сопротивление шунта. Оно окажется очень малым, равным десятым, а скорее всего сотым долям Ома. И это хорошо - амперметр не будет мешать прохождению тока в цепи, не будет подсаживать выходное напряжение. Вот только найти такой резистор в магазине, скорее всего, не получится...
Спасет опять-таки школьный учебник и... медные обмоточные провода. Ведь на них указан их диаметр с точностью до сотой доли миллиметра. Так что всего-то надо высчитать по школьным формулам длину провода, имеющую нужное нам сопротивление. Естественно, прибавив с каждого конца по 5-7 мм на его припайку. Провод надо брать диаметром никак не меньше 0,8 мм - более тонкий будет недопустимо перегреваться. От этого у него может облупиться изоляционная эмаль, он может расплавить что-то пластмассовое, наконец, его сопротивления от нагрева увеличится и амперметр станет немного завышать показания. К сожалению, чем толще провод, тем большая его длина потребуется для получения нужного сопротивления. Так что намотайте его на что-нибудь термостойкое и надежно подключите к контактным винтам измерителя. Припаивайте провода от остальной схемы именно к шунту, чтобы не сжечь головку при случайном нарушении контакта.
Проверьте себя, правильно ли вы рассчитываете сопротивление медного провода по его диаметру и длине - рассчитайте сопротивление провода диаметром 0,8 мм и длиной в 1 метр. В "справочнике радиолюбителя" дано готовое сопротивление - 0,0348 Ома.
Так вы получите прибор, сразу же дающий довольно точные показания. Потом, при случае, можете проверить его более точным образцовым амперметром.
