Note tecniche importanti
Linee guida di montaggio e uso degli shunt
Montaggio e raffreddamento
- Posizione consigliata: installazione verticale per favorire la convezione naturale.
- Alternative: se il montaggio verticale non è possibile, prevedere aria forzata e/o dissipatori sui blocchi.
- Limite termico: l’elemento in manganina non deve superare +145 °C (consigliati ≤ 125 °C) per evitare derive permanenti della resistenza.
Connessioni e smaltimento del calore
Con correnti ≥ 100 A la maggior parte del calore viene evacuata per conduzione dai morsetti verso sbarre o cavi. Assicurare:
- Contatto elettrico/meccanico ottimale: superfici pulite e planari, coppia di serraggio corretta, rondelle elastiche.
- Sezione conduttori adeguata alla corrente e alla lunghezza del percorso.
- Obiettivo: mantenere lo shunt < 145 °C (target ≤ 125 °C).
Installazione in armadio
Garantire ventilazione sufficiente. Regola pratica: se la densità di potenza supera 0,25 W/in2 (≈ 387 W/m2) sulla superficie dell’armadio, prevedere prese d’aria e/o ventole aggiuntive.
Sollecitazioni meccaniche
- Montare lo shunt in modo da svincolarlo da dilatazioni termiche delle sbarre e da forze di cortocircuito.
- Con impulsi elevati, vibrazioni o alte temperature, usare collegamenti flessibili (trecce/cavi).
Posizionamento elettrico
- Installare, ove possibile, sul lato terra (low side) del circuito.
- Per V > 750 Vdc è obbligatorio il montaggio sul lato terra per i limiti di rigidità dielettrica della base.
Derating in servizio continuo
- Raccomandazione IEEE: esercire a ≤ 2/3 della corrente nominale in condizioni normali.
- Con Ta > 40 °C applicare ulteriore derating per evitare surriscaldamenti.
Funzionamento intermittente / impulsivo
Per impulsi brevi (duty-cycle limitato) è possibile arrivare fino alla corrente nominale, purché la temperatura della lama non superi +145 °C (consigliati ≤ 125 °C). Il risultato dipende da Ta, sezione dei conduttori, durata/frequenza degli impulsi e resistenza dello shunt: il dimensionamento va validato caso per caso in base a corrente impulsiva e duty-cycle.
Buone pratiche di misura
- Collegamento Kelvin (4 fili) per i segnali; cavetti sense corti, twistati e lontani dai conduttori di potenza.
- Evitare paste conduttive sui contatti di misura; se necessario usare solo protettivi antiossidanti sui contatti di potenza.
Coefficiente di temperatura della resistenza
La resistenza varia con la temperatura (TCR)
Il coefficiente di temperatura della resistenza (TCR, Temperature Coefficient of Resistance) quantifica di quanto cambia il valore ohmico al variare della temperatura. Si esprime in ppm/°C (parti per milione per grado Celsius).
Definizione e formula
Il TCR medio tra due temperature T1 e T2 è:
TCR [ppm/°C] = ((R2 − R1) / (R1 · (T2 − T1))) × 106
- R1: resistenza a T1 (ohm)
- R2: resistenza a T2 (ohm)
- T1, T2: temperature in °C
Spesso si usa anche il simbolo α. La forma istantanea è α(T) = (1/R) · dR/dT [1/°C]; in ppm/°C vale αppm = α × 106.
Esempio rapido (shunt)
R1 = 0,5000 mΩ a 25 °C;
R2 = 0,5003 mΩ a 75 °C.
ΔR/R1 = 0,0003 / 0,5000 = 6×10−4.
TCR = (6×10−4 / 50) × 106 = 12 ppm/°C.
Segno del TCR
- TCR > 0 (PTC): la resistenza aumenta con la temperatura.
- TCR < 0 (NTC): la resistenza diminuisce con la temperatura.
- TCR ≈ 0: leghe a bassa deriva (ideali per shunt di misura).
Per misurare la temperatura si usano termistori (NTC o PTC) con TCR elevato; per misure di corrente/tensione si preferiscono TCR bassi e stabili.
Come si misura il TCR
- Stabilizza il componente a T1 e misura R1 con metodo 4 fili e bassa corrente (evita auto-riscaldamento).
- Porta il componente a T2, attendi l’equilibrio termico e misura R2.
- Calcola il TCR con la formula, indicando sempre l’intervallo di temperatura usato.
Standard di prova: MIL-STD-202, Method 304, che riporta il TCR medio su due intervalli: −55→+25 °C e +25→+125 °C. Di norma si dichiara il valore più alto tra i due (scelta conservativa per applicazioni meno gravose).
Nota sui materiali
I valori di TCR dipendono da lega, purezza e temperatura e non sempre sono perfettamente lineari (ad es. alcune leghe NiCr). Quando si specifica il TCR, indicare sempre valore e intervallo (es.: “TCR = 15 ppm/°C, 20–60 °C”).
In the chart below the temperature coefficient of resistance is given for a wide variety of materials. Note that the exact value depends on the purity of the material as well as the temperature.
| Material | TCR [1/°C] |
|---|---|
| Manganin | 0.048 |
| Constantan | 0.000008 |
| Copper | 0.0039 |