Шунт в электротехнике и медицине¶

Шунт — это электрическое или гидравлическое устройство, создающее параллельный путь для тока или потока жидкости в обход основного участка цепи или сосуда. В зависимости от области применения термин обозначает разные по конструкции, но схожие по принципу действия приспособления: измерительный резистор в электротехнике, обходной канал кровообращения в медицине или элемент гидравлической системы.

¶Этимология и общее понятие

Слово происходит от английского shunt — «переводить в сторону», «ответвлять». Общий принцип во всех случаях один: часть тока, крови или рабочей жидкости направляется по альтернативному маршруту, минуя основное сопротивление или поражённый участок. Именно эта идея объединяет столь далёкие друг от друга области — от электроизмерений до кардиохирургии.

¶Шунт в электротехнике

¶Назначение

Электрический шунт — это резистор с малым и точно известным сопротивлением, включаемый параллельно участку цепи. Его основная задача — расширить пределы измерения амперметра или создать путь для тока в обход чувствительного элемента.

¶Принцип работы

При протекании тока через шунт на нём возникает падение напряжения, пропорциональное силе тока (закон Ома). Измерительный прибор подключается параллельно шунту и регистрирует это напряжение, проградуированное в единицах тока. Большая часть тока идёт через шунт, а через прибор — лишь незначительная доля, что защищает измерительный механизм от перегрузки.

¶Характеристики

Ключевые параметры шунта:

• Номинальное сопротивление — обычно от долей миллиома до единиц ома;
• Номинальный ток — от единиц ампер до десятков тысяч ампер;
• Класс точности — от 0,05 до 1,0;
• Температурный коэффициент — определяет стабильность показаний при нагреве.

¶Материалы и конструкции

Шунты изготавливают из сплавов с высоким удельным сопротивлением и низким температурным коэффициентом — манганина, константана, нихрома. Конструктивно это могут быть пластины, стержни или ленты с массивными токовыми зажимами и отдельными потенциальными выводами для подключения вольтметра. В мощных установках применяют жидкостное или воздушное охлаждение.

¶Применение

Шунты используются в амперметрах, измерительных клещах, системах учёта электроэнергии, зарядных устройствах, сварочном оборудовании, тяговых подстанциях и на транспорте. В автомобильной технике шунт входит в состав датчиков тока аккумуляторной батареи.

¶Шунт в медицине

¶Определение

Медицинский шунт — это трубка или канал, по которому кровь или спинномозговая жидкость направляется в обход суженного, закупоренного или повреждённого участка. Такие устройства восстанавливают нормальный ток жидкости в организме.

¶Виды шунтов

• Сосудистые шунты — соединяют участки сосудов, минуя сужение; применяются при атеросклерозе, ишемии;
• Ликворные (вентрикулоперитонеальные) шунты — отводят избыток спинномозговой жидкости из желудочков мозга в брюшную полость при гидроцефалии;
• Диализные шунты — обеспечивают постоянный сосудистый доступ для аппарата «искусственная почка»;
• Кардиологические шунты — создают обходной путь кровотока при врождённых пороках сердца у детей (например, шунт Блэлока — Тауссиг).

¶Материалы

Для изготовления применяют силикон, полиуретан, политетрафторэтилен, а также собственные вены и артерии пациента. Временные шунты могут быть пластиковыми, постоянные — биосовместимыми, с клапанными системами для регулирования потока.

¶История

Первые сосудистые шунты начали применять в хирургии в середине XX века. Развитие кардиохирургии и нейрохирургии сделало шунтирование одной из базовых операций. В России методики шунтирования активно внедрялись в 1950–1970-е годы в ведущих клиниках Москвы и Ленинграда.

¶Шунт в гидравлике и других областях

В гидравлике шунт — это обводной канал, отводящий поток рабочей жидкости мимо основного элемента: насоса, фильтра, турбины. Такой приём применяют для защиты оборудования при повышении давления, для регулирования расхода и при резервировании. В железнодорожной технике шунтом называют электрическое соединение рельсов, имитирующее присутствие поезда и влияющее на работу сигнализации. В переносном смысле слово употребляют для обозначения любого обходного пути решения задачи.

¶Классификация

¶Значение и перспективы

Шунтирование остаётся востребованным техническим решением: в электроэнергетике растёт потребность в точных измерениях больших токов, в медицине — в биосовместимых и регулируемых имплантах, в гидравлике — в надёжных системах защиты. Развитие микроэлектроники ведёт к появлению миниатюрных шунтов для портативных устройств, а аддитивные технологии позволяют создавать индивидуальные медицинские шунты сложной формы.

¶Интересные факты

• Сопротивление мощного промышленного шунта может быть меньше сопротивления обычного провода.
• Клапанные ликворные шунты способны автоматически регулировать отток жидкости в зависимости от положения тела пациента.
• В железнодорожной автоматике намеренное шунтирование рельсов используется для имитации занятости пути при ремонтных работах.

Источники: технические справочники по электроизмерительной технике; руководства по сосудистой и нейрохирургии; учебники по гидравлике и гидроприводу; материалы по железнодорожной сигнализации.