اتصال کوتاه

.

.

من، به عنوان یک دوستدار هواپیمایی مدل، از خیلی سال پیش با این چالش روبرو بودم که چگونه می‌توانم جریان‌های زیاد الکتروموتورها و مدارهای راه‌انداز آن‌ها را در خانه اندازه‌گیری کنم. البته در خانه یک کارگاه کوچک الکترونیک داشتم و می‌توانستم از قفسه‌ی آن مولتی‌متر خود را بردارم و از آن در اندازه‌گیری‌های الکتریکی استفاده کنم، اما اندازه‌گیری جریان‌های بالاتر از 10 آمپر با آن امکان نداشت.

چون همه‌ی آمپرمترهای سنجنده‌ی جریان‌های زیاد به یک مقاومت شنت مجهز هستند، من هم چند تایی شنت درست کردم و سپس مقدار اهمی آن‌ها را اصلاح و برای ضرایب مختلف جریانی کالیبره کردم.

.

سمت چپ، مقاومت‌های موازی یا «شنت»، بالا: با ضریب 5 و پایین: با ضریب 10

سمت راست، یک مولتی‌متر معمولی با اتصال 10 آمپری جداگانه

(لازم به توضیح نیست که هنگام اندازه‌گیری، سلکتور انتخاب گام اندازه‌گیری باید روی 10 آمپر قرار داده شود!)

.

در نخستین گام خیلی ساده روی تکه‌ای تخته‌ی نئوپان (که این روزها به آن ام.دی.اف. هم گفته می شود) دو سوراخ به قطر 4 میلی‌متر و به فاصله‌ی برابر با فاصله‌ی میان جک «اتصال مشترک» (COM) و جک «اتصال 10 آمپر» (10A) بر روی مولتی‌متر خود ایجاد کردم. این تخته نقش یک «قرار» را برای ایستاندن و ثابت نگه‌داشتن فیش هایی که در ادامه شرح خواهم داد، بازی خواهد کرد و جزیی از شنت نیست.

در سوراخ‌های نئوپان دو عدد «فیش جک‌دار» آب‌نقره داده، و نه آب‌طلادار را جا زدم. چرا آب‌نقره‌دار؟ زیرا با وجود این که اتصالات آب‌طلا‌دار «مقاومت محل اتصال» کمتری نسبت به اتصالات آب‌نقره‌ای دارند، اما همچنان برای من این معما باقی مانده که چرا باید در جریان‌های خیلی زیاد کنتاکت‌ها آب‌طلادار باشند، امری که در واقع فقط در شدت‌جریان‌های بسیارکم اهمیت پیدا می‌کند، چرا که در محدوده‌ی جریان‌های بسیار پایین است که مشکل قطعی‌های ناشی از خوردگی فلز در محل برقرار شدن کنتاکت بروز و اهمیت پیدا می‌کند. شاهد من دوشاخه‌های 16 آمپری دستگاه‌های پرمصرف خانگی و حتی اتصالات سه فاز تا چندین ده آمپری صنعتی هستند که هیچکدام روکش‌طلا ندارند!

حال که فیش‌ها ثابت در جای خود قرار گرفته‌اند، یک نوار مسی باریک را چندین بار دور هر دو فیش می‌پیچیم و در واقع فیش‌ها را با این نوار به هم متصل می‌کنیم. در آخر، این نوار را به فیش‌ها لحیم می‌کنیم.

.

در این تصویر دیده می‌شود که گام اندازه‌گیری 10 آمپر توسط سلکتور انتخاب شده و شنت دست‌ساز در اتصالات مربوطه جا زده شده است

.

برای کالیبره کردن این شنت‌های دست‌ساز به این صورت عمل می‌شود که جریانی به مقدار تقریباً 10 آمپر را ابتدا بدون شنت و سپس با نصب شنت در مولتی‌متر اندازه می‌گیریم. سپس با سوهان یا چاقو به جان نوار مسی شنت خود می‌افتیم و آن‌قدر آرام آرام از آن کم می‌کنیم تا جریان سنجیده شده، در حضور شنت در مدار مولتی‌متر، به یک‌پنجم یا یک‌دهم مقدارسنجش بدون شنت برسد. انحراف اندازه‌گیری بر اثر گرمای تولیدی بسیار ناچیز و برای کاربردهای آماتوری و غیرحرفه‌ای قابل چشم‌‌پوشی است.

بخت با من یار بود که مقداری ورق از جنس کنستانتان داشتم، آلیاژی که در بازه‌ی دمایی گسترده‌ای مقاومت الکتریکی آن پایدارتر از آلیاژها و فلزات دیگر باقی می‌ماند.

البته، همان طور که پیش از این اشاره شد، انحراف مقدار اندازه‌گیری شده بر اثر تغییرات دمایی در یک شنت مسین چنان اندک است که اثر آن بر روی افت ولتاژ در شنت در بازه‌ی میلی‌ولت قرار می‌گیرد، موضوعی که در اندازه‌گیری 10، 20 یا 50 آمپر به ندرت محسوس و تاثیرگذار خواهد بود.

خودتان می‌توانید عملکرد شنت را زیر یک جریان معین در دماهای مختلف آزمایش کنید و نتایج را با هم مقایسه کنید.

یک نکته‌ی کوچک را هم، برای تئوریسین‌هایی که دوست دارند همه چیز را خیلی دقیق بدانند، اضافه کنم:

برای آن‌هایی که اندازه‌گیری‌ها و مقادیر سنجیده شده با امکانات محدود و وسایل ساده (چیزی که این نوشتار به آن تکیه دارد و یک فرد بالای دیپلم از آن به عنوان خلاقیت و نبوغ یاد خواهد کرد) حتمی باید با فرمول‌ها و رابطه‌های ریاضی همراه باشند، محاسبات مقاومتی مرتبط، که با وسایل معمولی کارگاه من هیچ قابل اندازه‌گیری نیستند، آورده می‌شوند.

برای آنانی که قصد دارند امکانات اندازه‌گیری مولتی‌متر خود را گسترش دهند، کافیست که شرح ساختی را که تشریح کردیم دنبال کنند و شنت را بسازند و به کار بگیرند. روشن است که در انتهای ساخت، کالیبراسیون باید بی برو برگرد و به دقت انجام شود.

شنت‌ها (به فارسی «مقاومت‌های موازی» که به این نام بهتر فهمیده می‌شوند‌) تنها و تنها با آن نوع دستگاه‌هایی به کار برده می‌شوند که تفاوت‌هایی که بین نمونه‌های آن‌ها پیش می‌آیند، اندک باشند. اگر سوال کنید که این تفاوت‌ها از چه جنسی هستند، در پاسخ باید به «مقاومت داخلی» (R_i) مولتی‌مترها اشاره کرد. مقاومت داخلی مولتی‌مترها بسیار بالا و در حد مگااهم است. یک تولرانس 0/1% معادل تغییری در حدود مثبت و منفی یک کیلواهم است که می‌تواند در اندازه‌گیری یک کمیت مشخص با مولتی‌مترهای مختلف به نتایج متفاوتی رسید.

در یک کلمه: فقط همان مولتی‌متری که شنت با آن کالیبره شده، اندازه‌گیری دقیق به دست می‌دهد و اگر شنت ساخته شده با مولتی‌متر دیگری، حتی از همان نوع و مدل، به کار برده شود، ممکن است نتایج قابل اعتمادی ایجاد نکند. بنابراین، برای هر مولتی‌متر باید شنت خودش را ساخت و با همان مولتی‌متر کالیبره کرد.

در محاسبات زیر داریم:

R= مقاومت به اهم

L= طول به متر

K= کاپا = رسانش الکتریکی ماده (برای مس 57 و برای کنستانتان 2)، بدون واحد

A= سطح مقطع به میلی‌متر مربع

متوسط فاصله‌ی دو فیش: 38 میلی‌متر

.

سطح مقطع ورق کنستانتان و ورق مس، هر دو برابر:      1×6 میلی‌متر

مقدار مقاومت شنت با کنستانتان:         3/1667 میلی‌اهم محاسبه شد:

.

.

مقدار مقاومت با مس: مانند روش بالا اندازه‌گیری می‌شود:

.

.

که شنت حاصل با داشتن 111 میکرواهم، بسیار کم‌مقاومت است.

پس، سطح مقطع نوار مسی باید یک بیست و هشتم سطح مقطع کنستانتان انتخاب شود.

یعنی: میلی‌متر مربع 0/215 = 28 ÷ 6

چون این سطح مقطع در مقابل عبور یک جریان 50 آمپری فوری ذوب می‌شود و می‌سوزد، باید طول نوار آنقدر بلندتر شود که جریانی به میزان کمینه 20 آمپر بر میلی‌متر مربع، یعنی کمینه 2/5 میلی‌متر مربع به دست آید که در این صورت طول برابر خواهد بود با:

.

.

در نتیجه، سیم مسی با سطح مقطع 2/5 میلی‌مترمربع و طولی برابر با 45/2 سانتی‌متر را به شکل چنبره بپیچید، لحیم کنید و اندازه بگیرید و به همان شکل که گفته شد سطح مقطع آن را کاهش دهید و در انتها با سوهان‌زدن یک قسمت از مس به تنظیم دقیق مقدار جریانی برسید. اگر در سوهان زدن مقدار زیادتر از نیاز سوهان خورد، می‌توان مقدار آن را با ذوب و اضافه کردن مقداری سیم لحیم جبران کرد.

همان گونه که پیش از این گفته شد، تفاوت مقاومت داخلی‌ها در مولتی‌مترهای مختلف باعث می‌شود که در محاسبات، مقاومتی اندکی بزرگ‌تر یا کوچک‌تر مورد نیاز باشد، اما این موضوع در عملِ اندازه‌گیری اثری ندارد. در بهترین حالت موضوع محاسبه را کلاً فراموش و از آن چشم‌پوشی کنید.

در مولتی‌مترهای معمولی با دقت 1± دیجیت، دقت اندازه‌گیری با یک کالیبراسیون خوب، بیشینه در حدود ضرایب 5 یا 10 قرار خواهد داشت، به عبارت دیگر 5± یا 10± دیجیت. اما این دقت در 50 یا 100 آمپر و با یک نمایشگر 3/5 دیجیتی و در حالی که از یک شنت دست‌ساز استفاده شده، چقدر خواهد بود؟

اگر برای من امکان تهیه‌ی ورق کنستانتان موجود نمی‌بود، من از ورق آهن استفاده می‌کردم، زیرا افزایش دمای شنت ساخته شده با آن تقریباً صفر می بود، شرایط متعارفی (دمای اتاق برابر 20 درجه‌ی سانتی‌گراد) که کالیبراسیون شنت در آن انجام می‌شود تقریباً همیشه در دسترس است و تاثیر گرما بر مقاومت الکتریکی آهن و تغییرات اهمی آن بسیار بسیار ناچیز است (چیزی در حدود چند میلی‌آمپر).

اما نباید فراموش کنید که سیم‌های ارتباطی را باید از سیم با سطح مقطع 2/5 میلی‌متر مربع تدارک ببینید و گیره‌های مرغوبی به کار برید، چون طول مجموع این‌ها از شنت خیلی خیلی بیش‌تر است.

من برای سیم‌های ارتباطی از سیم دوقلوی «فرا نَرم»، فوق منعطف (high flexible) با سطح مقطع 2/5 میلی‌متر مربع استفاده کردم و فیش‌های نقره‌اندود در انتهای این سیم‌ها لحیم کردم. اگر کسی میل داشت می‌تواند حتی سیم‌های با سطح مقطع 4 میلی‌متر هم به کار بگیرد.

.

.

یک قاعده‌ی کلی در ساخت این افزاره ها و این نوع اندازه‌گیری‌ها، استفاده از اتصالات خوب و سیم‌های ارتباطی کوتاه است تا خطای اندازه‌گیری و خطای نمایش تا جای ممکن محدود شود.

تصویر بالا عکسی از افزاره‌های اندازه‌گیری هستند که من سالیان درازی است از آن‌ها برای اندازه‌گیری جریان‌های بالا استفاده می‌کنم. برای بهبود سرعت و آسان‌تر کردن کار با دستگاه، در سیم‌های ارتباطی از اتصالات نر و ماده‌ی 6 پل جریان بالا کار کردم که در تصویر به صورت افزاره‌هایی مستطیل‌شکل مشکی و قرمز دیده می‌شوند.

.

.

دو جفت از این کانکتورهای 6 پل جریان بالا به سرعت و به راحتی از یک طرف به باتری و از طرف دیگر به مدار راه انداز موتور وصل می شوند و از طریق آنها اندازه‌گیری بدون مشکل و سریع انجام می‌گیرد.

در تصویر زیر نحوه‌ی سیم‌بندی برای اندازه‌گیری جریان بالا در حضور شنت دست‌ساز دیده می‌شود.

.

شمای بلوکی ارتباط بین مولتی‌متر، شنت، باتری شارژشو (منبع جریان)، مدار راه‌انداز موتور (مصرف‌کننده)

.

.

مطالب مرتبط:

.

.

.