شنت های جریان (Current Shunts) چه در محدوده جریان مستقیم (DC) و چه در جریان های متناوب (AC) با فرکانس های بالا ابزار کلیدی برای تبدیل جریان به افت ولتاژ قابل اندازه گیری هستند. در صنایع پیشرفته ای مانند تست تجهیزات الکتریکی، تولید ابزار دقیق، آزمون سیستم های قدرت و کالیبراسیون حرفه ای، اندازه گیری جریان با دقت بالا یک ضرورت حیاتی است. با توجه به دقت موردنیاز و حساسیت عملکردی این قطعات، کالیبراسیون دقیق شنت ها مستلزم رویکردی علمی، مبتنی بر اصول مترولوژی، و مدیریت دقیق منابع عدم قطعیت است.
- ورنیه چیست و مقیاس ورنیه کجا کاربرد دارد؟
- تلرانس مجاز خارج از نتایج کالیبراسیون به چه معناست؟
- کالیبراسیون چیست و تاریخچه آن به کجا باز میگردد؟
۱. اصول عملکردی شنت های جریان
شنت های جریان اساساً مقاومت های با مقدار بسیار دقیق و پایدار هستند که برای اندازه گیری جریان به کار می روند. طبق قانون اهم:
با اندازه گیری افت ولتاژ در دو سر شنت و اطلاع دقیق از مقاومت آن، می توان جریان را محاسبه کرد. در شنت های AC، موضوع پیچیده تر می شود زیرا امپدانس آن ها تابع فرکانس است و رفتارشان شامل مؤلفه های القایی و خازنی نیز می شود.
۲. روش های مرسوم در کالیبراسیون شنت
۲.۱ شنت های DC
الف) کالیبراسیون با پل جریان (Current Comparator Bridge):
- مناسب برای دقت های در حد میکرو اهم بر اهم (ppm)
- هزینه بر اما ایده آل برای مراجع استاندارد
ب) مقایسه افت ولتاژ بین دو شنت (شنت مرجع و شنت آزمون):
- روشی عملی و اقتصادی برای کارگاه ها و آزمایشگاه ها
- دقت کمتر از پل، اما برای کاربردهای صنعتی کاملاً کافی
۲.۲ شنت های AC
در فرکانس های بالا، رفتار شنت از حالت مقاومتی صرف خارج می شود و امپدانس آن به شکل زیر تعریف می شود:
در این شرایط:
- از آنالایزرهای امپدانس (Impedance Analyzer) برای کالیبراسیون استفاده می شود.
- مدل سازی الکترومغناطیسی، اثرات کوپلاژ، و فاز ولتاژ به دقت تحلیل می شود.
- شنت ها اغلب برای یک فرکانس خاص طراحی و کالیبره می شوند(مثلاً 1 kHz، 10 kHz یا 100 kHz).
۳. منابع خطای رایج در کالیبراسیون شنت
۳.۱ اتصال چهار سیمه (4-wire error)
- تغییر در محل دقیق اتصال پتانسیل یا جریان منجر به خطای اندازه گیری می شود.
- در شنت های صنعتی، تفاوت اتصال حتی می تواند تا ۰.۱٪ خطا ایجاد کند.
۳.۲ اثرات حرارتی و ضریب دمایی مقاومت (TCR)
- توان مصرفی
باعث افزایش دما و تغییر مقاومت می شود. - TCR آلیاژ مانگانین حدود 20μΩ/Ω/°C است.
- راهکار: رسیدن به تعادل حرارتی یا استفاده از سنسور دمایی و جدول تصحیح.
باعث افزایش دما و تغییر مقاومت می شود.۳.۳ خطاهای فرکانسی و کوپلاژ مغناطیسی (AC)
- در شنت های AC، وجود اندوکتانس و خازن معادل باعث تغییر امپدانس می شود.
- باید از کابل های پیچ خورده و چینش بهینه برای کاهش تداخل و کوپلاژ استفاده شود.
۳.۴ EMF حرارتی (Thermal EMF)
- اتصالات ناهمجنس فلزی در شرایط دمایی غیر یکنواخت ولتاژهای ناخواسته تولید می کنند.
- راهکار: معکوس سازی جریان و میانگین گیری داده ها.
۳.۵ پایداری بلندمدت (Long-term Stability)
- ترک در اتصالات لحیم کاری شده، خمش مکانیکی یا جابجایی می تواند باعث Drift شود.
- باید کالیبراسیون دوره ای انجام شود تا اطمینان حاصل گردد.
۴. تحلیل عدم قطعیت اندازه گیری
در تحلیل عدم قطعیت، تمامی مؤلفه های نوع A (آماری) و نوع B (سیستماتیک) بررسی می شوند. در جدول زیر، برخی از عوامل کلیدی برای شنت های DC و AC آورده شده اند:
| عامل مؤثر | شنت DC | شنت AC |
| رفتار اهمی | خطی | فرکانس -وابسته (غیر خطی) |
| خطای حرارتی | بالا در جریان های قوی | بالا + اثر القا |
| روش کالیبراسیون | پل جریان یا مقایسه ولتاژ | آنالایزر امپدانس، پل AC |
| خطای فرکانسی | کم (در فرکانس پایین) | بالا در>1kHz |
| مدل سازی عددی | ساده | پیچیده (مدل RLC و فاز) |
۵. جمع بندی و پیشنهاد تخصصی
کالیبراسیون شنت های جریان در محدوده DC یا AC، توان پایین یا بالا فرآیندی پیچیده اما ضروری برای تضمین کیفیت اندازه گیری های الکتریکی است. این فرآیند نیازمند دانش تخصصی در حوزه رفتار حرارتی، اثرات اتصال، مشخصه های فرکانسی و تحلیل عدم قطعیت می باشد.
به کارگیری روش های علمی کالیبراسیون، ابزار دقیق مرجع، و تحلیل خطاها بر پایه استانداردهای بین المللی از جمله ISO/IEC 17025 و ANSI/NCSL Z540.3، تضمین کننده اعتبار و قابلیت ردیابی نتایج اندازه گیری خواهد بود.
شرکت سنجشگران میزان ابزار با بهره گیری از تیمی متخصص متشکل از مهندسین برق، فیزیک و مترولوژیست های حرفه ای، و نیز با در اختیار داشتن تجهیزات مرجع مطابق با استاندارد ISO/IEC 17025، خدمات کالیبراسیون انواع شنت های جریان را با بالاترین دقت و سرعت ارائه می نماید:
- کالیبراسیون شنت های DC و AC در گستره های مختلف جریان و فرکانس
- ارائه گزارش های تحلیلی عدم قطعیت مطابق با الزامات بین المللی
- پشتیبانی فنی، مشاوره تخصصی، و صدور گواهی معتبر با قابلیت ردیابی به مراجع ملی
آزمایشگاه کالیبراسیون شرکت سنجشگران میزان ابزار ضمن بهرهمندی از تجهیزات مرجع با قابلیت ردیابی به استانداردهای بینالمللی، بر اساس گستره عملکردی، گواهینامه تایید صلاحیت و استانداردهای ملی و بینالمللی خدمات خود را توسط کارشناسانی مجرب ارائه میدهد.
مطالب بیشتر در اینستاگرام ما.
منابع:
- Klevens, J. (2012). Metrology 101: Calibrating DC Shunts. Cal Lab: The International Journal of Metrology, Vol. 19, No. 3, pp. 22–25.
- ISO/IEC Guide 98-3:2008. Uncertainty of measurement – Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995). International Organization for Standardization.
- ANSI/NCSL Z540.3-2006: Requirements for the Calibration of Measuring and Test Equipment. NCSL International.
- ISO/IEC 17025:2017: General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. International Organization for Standardization.
- Fluke Calibration (Tech Notes and Application Guides): Best Practices in Current Shunt Calibration and Measurement Uncertainty.
https://us.flukecal.com - Agilent Technologies, Keysight Application Notes: AC Current Shunt Calibration and High-Frequency Effects in Measurement.
