Как работают датчики и токовые клещи для измерения постоянного и переменного тока

Лень всегда была двигателем прогресса. В случае с прибором для измерения тока было также. Во время измерения тока амперметр включается в электрическую цепь последовательно. А это значит, что для измерения тока, нужно разомкнуть электрическую цепь, то есть вмешаться в ее работу. Во-первых, это занимает много времени. Во-вторых, существует достаточно большой риск поражения электрическим током во время проведения измерений. Более того, измерительный прибор вносит в электрическую цепь собственное сопротивление, в частности сопротивление щупов. Чем больше номинал тока, тем более ощутимое это влияние.

Идея измерения тока без разрыва электрической цепи была успешно реализована в измерительном приборе, который вскоре получил название «токоизмерительные клещи». Такой прибор позволяет легко измерить ток без необходимости размыкать исследуемую цепь.

К тому же можно проводить измерения на установке или оборудованию, которое работает. Прибор также позволяет измерить ток проводника, который находиться в изоляции.

Он не вносит собственное сопротивление в электрическую цепь и не влияет на результат измерений.

Современные измерительные приборы, конечно, кардинально отличаются от самых первых токовых клещей. Однако (собственно из-за этого прибор и получил свое название), сам механизм прибора, очень похож на механические клещи, практически не изменился. Это обусловлено тем, что прибор должен «обхватить» проводник, по которому протекает ток. А сделать это можно следующим образом:

Типы и принцип работы токоизмерительных клещей

Все токоизмерительные клещи условно можно разделить на 2 типа:

Клещи для измерения переменного тока.
Клещи для измерения постоянного и переменного тока.

Такая классификация обусловлена типом датчика, который используется для измерения тока.

Приборы первого типа построены на принципе одновиткового трансформатора тока.

Измеряемая шина или проводник исполняют функцию первичной обмотки, а вторичная многовитковая обмотка (к которой подключен амперметр) намотана на раскрывающийся магнитопровод прибора.

Переменный ток в проводнике создает переменный магнитный поток в магнитопроводе прибора, в результате чего во вторичной обмотке токоизмерительных клещей возникает ЭДС.

В замкнутой вторичной обмотке возникает ток, который измеряется амперметром. Прибор обрабатывает полученные данные и выдает на дисплей результат измерений тока в удобном для пользователя виде. К преимуществам таких приборов относят их простую конструкцию и доступную цену. Но есть и очевидные недостатки, например, возможность измерять только переменный ток.

В конструкции приборов второго типа используется чувствительный элемент абсолютно иного действия, принцип работы которого основан на эффекте Холла. Чувствительным элементом, или же датчиком Холла, называют устройство, с помощью которого измеряют величину магнитного поля.

В случае токоизмерительных клещей, это магнитное поле, образованное проводником, по которому протекает ток. Датчик Холла представляет собой полупроводниковую прямоугольную пластину, к которой подсоединены четыре вывода.

Схематически, чувствительный элемент датчика Холла показан на рисунке ниже.

Эффект Холла можно представить так. Пускай чувствительный элемент имеет форму прямоугольной пластины длиной l, шириной d и толщиной b.

Если вдоль этой пластины пропустить электрический ток J, а перпендикулярно плоскости пластины создать магнитное поле B, то на ее боковых поверхностях в направлении CD возникнет электрическое поле, которое называют полем Холла.

На практике, поле Холла характеризуется разницей потенциалов, которую измеряют между симметричными точками С и D на боковых поверхностях чувствительного элемента.

Эта разность потенциалов называется Холловскою разностью потенциалов Uхол или ЭДС Холла εхол. Объясняется эффект Холла тем, что в магнитном поле, на электрические заряды, которые двигаются, действует сила Лоренца. ЭДС Холла (или Uхол) пропорциональна силе тока, индукции магнитного поля, и обратно пропорциональна толщине чувствительного элемента и концентрации носителей тока в нем.

Принцип роботы датчика Холла

На рисунке ниже показана характерная зависимость Uхол от магнитного поля в случае постоянного тока. Если магнитное поле отсутствует, ЭДС Холла равна нулю.

Но в результате разных различных факторов и явлений (например, несимметричное расположение выводов датчика), измерительный прибор может показать некоторую разность потенциалов Uо на выходе датчика Холла, даже при отсутствии магнитного поля.

Для того, чтобы исключить эту ошибку, величину Uо следует вычесть из измеренной разности потенциалов в магнитном поле.

Обратите внимание, датчик Холла измеряет перпендикулярную (к плоскости датчика) величину вектора магнитного поля. Поэтому, если нужно измерить максимальное значение магнитного поля, датчик Холла, а соответственно и измерительный прибор (токоизмерительные клещи), необходимо ориентировать в магнитном поле соответствующим образом.

Для изготовления датчиков Холла используют определенные полупроводники, которые имеют высокую чувствительность к воздействию магнитного поля, например, InP, InSb, GaAs, Ge, Si.

Чувствительные элементы могут быть миниатюрных размеров, например, 1х1х0.5 мм. Именно это позволяет сделать измерительный прибор компактным и удобным для пользователей.

Конструкция чувствительного элемента токоизмерительных клещей представлена на фото ниже.

Последовательность процесса измерения тока

Измерения тока с помощью клещей необходимо проводить в такой последовательности:

Поворотный переключатель устанавливаем на необходимый диапазон измерений (постоянный или переменный ток – если клещи имеют автоматический выбор). Прибор включается одновременно с выбором диапазона. Если номинал тока заранее неизвестен, начинать измерения необходимо с самого большого диапазона, постепенно его уменьшая в случае необходимости.
Раскрываем клещи, нажимая на рычаг.
Закрываем клещи и обжимаем проводник. Казалось бы, это самый простой шаг. Но необходимо учесть некоторые нюансы. Во-первых, обжать нужно только один проводник, ток которого хотите измерить. Если обжать 2 жилы провода (или 2-х жильный кабель в изоляции), результатом измерений будет «0», поскольку токи этих двух проводников имеют противоположные направления. Магнитное поле, образованное током одной жилы провода будет компенсироваться магнитным полем второй. Во-вторых, провод нужно разместить максимально по центру магнитопровода токовых клещей. В таком случае, результат измерения будет самым точным.

правильно / неправильно

Считать результат.
Обработать результаты измерений.

Дополнительные функции

Но это еще не всё. Современные токоизмерительные клещи могут помочь измерить не только ток.

Измерение напряжения, сопротивления, емкости, температуры и частоты, проверка проводимости, тестирование диодов – всё это под силу современным токоизмерительным клещам.

Можно сказать, что токоизмерительные клещи – это своего рода цифровой мультиметр с возможностью бесконтактного измерения тока. Как и в мультиметре, измерения этих параметров проводятся с помощью контактных щупов.

Кроме того, на подобии цифровым мультиметрам, токоизмерительные клещи имеют дополнительные функции для удобства пользования и обработки результатов:

Функция HOLD – удержание данных. Используется для того, чтобы зафиксировать, то есть «заморозить» результаты измерений на дисплее прибора (например, если измерения проводятся в труднодоступных местах) для дальнейшей обработки.
Функция MAX/MIN – прибор фиксирует самые большие или самые маленькие показания за время проведения измерений. Используется для некоторых измерительных задач.
Функция REL – относительные измерения, то есть, обнуления начального значения. Функция REL особенно актуальна для клещей постоянного/переменного тока. Дело в том, что чувствительный элемент, функцию которого выполняет датчик Холла, чрезвычайно чувствителен к внешним магнитным полям. На дисплее прибора, еще до проведения измерений, фиксируются определенные ненулевые показатели. Это обусловлено воздействием внешних магнитных полей. Поэтому для получения достоверных результатов, перед проведением измерений показания обязательно надо обнулять. Начальные показания прибор принимает за «ноль», и все дальнейшие измерения проводятся относительно этого опорного значения.
Подсветка дисплея – для работы в условиях недостаточного освещения. Как правило, кнопка обозначается символом «☀». Подсветку можно включить или выключить в зависимости от условий и освещения. Некоторые приборы оборудованы фонариком для освещения труднодоступных объектов, на которых будут проводиться измерения.
Функция NCV – бесконтактная индикация напряжения. Эту функцию имеют только некоторые модели токоизмерительных клещей. С ее помощью можно отследить трассу прокладки скрытой проводки, или же определить находится ли определенный провод под напряжением. Значение напряжения нужно замерить с помощью щупов в соответствующем режиме.
Тестирование диодов и проверка проводимости – функции, которые позволяют определить работоспособность диодов и установить целостность электрической цепи.

Как измеряют ток токовые клещи

Сегодня мы поговорим про интересный прибор, без которой бойцы электротехнического фронта как без рук, а именно про токовые клещи или измерительный трансформатор тока.

Еще со школьного курса физики мы знаем, что ток большой силы чрезвычайно опасен для здоровья. Тем не менее, различными устройствами можно замерять постоянный и переменный ток до 5-20 ампер. А как быть, если значение достигает 100, 200 или даже 1000 ампер? Или даже больше ? Специально для этого были придуманы токоизмерительные клещи.

Различные из них устроены по-разному. Простые, которые способны измерить только переменный ток имеют более простую конструкцию, нежели способные измерять и постоянный, тоже.

У простых устройств, собственно сами захваты замыкаются, создавая с проводником, по которому течет переменный ток, своеобразный трансформатор. Ведь по сути они становятся вторичной обмоткой, в которой наводится ЭДС которая создается при взаимодействии c проводником, по которому идет ток, переводят аналоговое значение в цифровой результат и отображают на дисплее.

Ведь ЭДС возникающая в проводнике получается пропорциональной току, протекающему через него.

Что особенно важно, не имеет значения, есть изоляция кабеля, заводская, или меряется оголенный провод, ведь для электромагнитного излучения нет преград. Исключением может быть экранированный силовой кабель с бронезащитой. С таким не справится даже мегаомметр.

Алгоритм измерения

Но не важно, какие клещи у вас в наличии, принцип измерения остается одним и тем же:

Включите в режим измерения, ну, например, переменного тока, так как он чаще всего встречается в быту.
Выберите максимальный предел измерения, чтобы не ошибиться. Для разновидностей с автоматическим выбором пределов, так называемых автоматов, этот шаг можно пропустить.
Замкните на проводе. Если провод закручен — полученное значение нужно будет поделить на количество витков провода.
Снимайте показания!

Приборы, которые могут измерять переменный и постоянный ток устроены иначе. У них захваты не замыкаются, а измерения тока производятся с помощью специального устройства — датчика Холла. Этот сенсор способен регистрировать эффект Холла — изменение направление движения заряженных частиц в проводнике при прохождении через определенное магнитное поле.

Из-за наличия датчика Холла, приборы, которые способны контролировать переменный+постоянный ток, стоят гораздо дороже простых.

Где возникает потребность в замерах больших значений постоянных токов ? К сфере электротехнического хозяйства это точно не относится, поскольку в войне двух гениев Эдисона и Теслы, все таки победил ток переменный, как такой, который позволяет передавать огромные мощности на серьезное расстояние с минимальными потерями.

А вот с токами в 100-200 ампер каждый день сталкиваются сотни миллионов людей по всему миру.

Не верите ? Не можете представить где ? А именно столько потребляет стартер, вращая коленчивый вал в момент запуска ДВС, потребляя энергию от аккумулятора. Вот там и потребуются при диагностике и ремонте измерение серьезных величин постоянного тока при помощи клещей постоянного тока.

Мы рассказали про 2 модели, но есть и еще и третья разновидность — так называемые гибкая токовая петля. Или по простому с измерительной проволокой.

Совсем далеко от классики ! Никаких захватов здесь нет. И как вообще обхватывать кабель ?

Диаметр петли составляет менее 10мм, именно поэтому они называются гибкими.
Слева и справа измерительные проводники входят в корпус, с помощью контактных разъемов. Следовательно один из концов может отсоединяться.
А вот когда он отсоединен, то легко «опоясать» силовой кабель, опять вставить в разъем и начать измерять.

Хотите спросить зачем такие сложности и морочить голову ?

А как интересно электрику обхватить силовой кабель диаметром 70 мм ? А если сразу нужно измерить ток в нескольких из них. Традиционные захваты «сдадутся» и придется обратиться к гибким токовым петлям.

Кстати как следствие замеров током в проводниках большого сечения, диапазон у таких модификаций рекордный и достигает 3000 ампер.

Как видим, измерять ток с помощью этой штуки совершенно не сложно. Самые простые, измеряющие только переменный ток довольно дешевые.

А вот измерители тока, которыми можно измерить и постоянный ток или с гибким захватом, будут стоить в несколько раз дороже из-за более сложной конструкции.

Кстати, довольно часто рассматриваемые в статье клещи можно использовать и в качестве мультиметров, так как они могут измерять постоянное и переменное напряжение, сопротивление и делать прозвон.

Как устроены токовые клещи

Токовые клещи – просто необходимая вещь для электрика. Они могут выполнять те же самые функции, что и мультиметры, то есть измерять напряжение, сопротивление цепи и прочие параметры. Однако, они несправедливо не пользуются спросом, поскольку вещь действительно нужная.

Токовые клещи – это трансформатор с амперметром, они позволяют определить силу тока, а также другие характеристики, чтобы электрическая цепь при это не была разорвана. Само устройство представляет собой первичную обмотку трансформатора.

С расположенным внутри проводником, который позволяет току индуцироваться на обмотку из-за возникновения электромагнитного поля. После этого вторичная обмотка, куда затем попадает электроток, передает показания на амперметр. Здесь обязательно нужно учесть коэффициент трансформации.

Данная информация применима для токовых клещей при переменном токе, поскольку трансформатор с постоянным током работать не будет.

Те токовые клещи, которые представлены на современном рыке, используются и для постоянного тока. Вместо амперметра устанавливается датчик, который измеряет напряженность электромагнитного поля.

Эти модели немного дороже по цене, но их качество выше и в работе они более точны. И помимо этого, токоизмерительные клещи в соединении с мультиметром позволяют определить силу тока, потому что в прибое уже есть встроенный калькулятор.

Создание токовых клещей изначально планировалось для поддержки ими измерительных приборов, которыми пользовались специалисты, однако в ходе времени их устройство постепенно менялось, и сам прибор стал доступен к самостоятельному использованию. Кроме того, электрические клещи стали незаменимы в применении в быту, и его стоимость стала не так велика.

Токовыми клещами можно измерить следующие показатели:

Какая нагрузка на сеть имеется в настоящее время, например, в квартире.
Выявить несоответствие показаний различного рода оборудования, сравнивая показания на этом оборудовании и показания, полученные при измерении клещами.
Определить мощности бытовых электроприборов, а также любых других, используемых в хозяйстве.
Путем контроля домашней электрической сети не допускать сторонние подключения.
Выявить значение силы тока в одном из проводников, который является частью электрической цепи, при этом не вмешиваться в работу всей схемы.
Найти где происходит утечка тока.

Разновидности токовых клещей

Токовые клещи подразделяются на следующие типы:

Стрелочные – одни из самых первых моделей. Они чувствительны к каким-либо колебаниям, что является главным их недостатком, поэтому важно, чтобы прибор лежал на жесткой поверхности и не двигался. Более того, чтобы получить реальные значения замеров нужно с использованием коэффициента трансформации сделать перевод показаний.
Цифровые – можно произвести настройки на нужный параметр (сила тока, мощность) и встроенный микроконтроллер выдаст показания на дисплей автоматически, сам произведя все вычисления.
Мультиметр – универсальный прибор. Очень удобны тем, что клещи уже встроены в корпус. В зависимости от модели мультиметра существует много дополнительных функций и способов измерений.
Высоковольтные – зачастую крепятся к штанге, чтобы произвести замены и не приближать очень близко к проводнику. Единственная функция этого вида – измерять переменный ток.

Принцип работы токовых клещей

Принцип работы токовых клещей заключается в том, что если между его захватами установить проводник, то электромагнитное поле изменится под действием тока, проходящего по этому проводнику. И затем, пройдя через первичную и вторичную обмотки, на прибор будут переданы показания.

Токовые клещи, предназначенные для напряжения до 1000 Вольт, совершенно не отличаются от клещей для высоковольтных цепей. Измерение тока токовыми клещами имеет следующий алгоритм.

Для начала определяем на электрической схеме, к какому проводу будем присоединять токовые клещи для снятия параметров. Обязательно нужно выбрать именно один провод, поскольку если их будет больше, то замеры будут некорректными. На приборе выставляем тот режим измерения, который необходим нам для решения существующей задачи. Кроме этого, нужно будет еще и определить шкалу.

В том случае, если информация о ней отсутствует, следует выбрать наибольшую. Затем раскрывая клещи, обхватываем провод. Его расположение должно быть строго перпендикулярным той плоскости, в которой расположились клещи. Идеально, если проводник будет расположен в самом центре контура. Автоматически произойдет измерение нужного нам параметра, и результат высветится на дисплее.

Стоит отметить, что если величина тока слишком мала, и определить ее не получилось, то проводник можно намотать на половину токовых клещей и провести замер вновь. При появлении значения нужно его разделить на то число витков, которое было сделано.

В том случае, если высветится значение единицы, то нужно сделать переключение на другой диапазон, поскольку ток превышает этот показатель.

Преимущества и недостатки токовых клещей

Токоизмерительные клещи неспроста вошли в обиход людей, они широко распространены, потому что имеют множество преимуществ, которые заставляют делать выбор в их пользу.

Во-первых, само устройство очень просто в обращении, там нет замудренных инструкций, множества переключателей и пр. Размеры позволяют легко переносить его по различным местам, оно компактно и выдает измеряемые параметры с высокой точностью.

Кроме того, ими можно производить замеры как микротоков, так и токов в высоковольтных схемах. На основании принципа работы токовых клещей создаются устройства различного назначения.

Токовые клещи можно сочетать с другими электроизмерительными приборами, например, при сочетании с мультиметром грани их возможностей просто невозможно представить, а ведь их можно еще совместить с другими различными датчиками, тем самым еще больше расширив функционал.
Если человек в принципе лишь поверхностно знаком с физикой, а точнее с электротехникой, но не знает как устроены токовые клещи, то он все равно будет в силах разобраться с этим прибором даже без инструкции, настолько он прост в обращении.
Как правильно пользоваться токоизмерительными клещами уже стало понятно, преимущества также описаны очень развернуто, однако, будет несправедливо не сказать о недостатках:

В случае если проводник в клещах располагается не совсем правильно (не перпендикулярно), то из-за существующего электромагнитного поля возникают неточности, поэтому нужно запомнить что положение провода зависит от положения самого прибора.
Если рядом с проводником есть другие проводники, то токоизмерительные клещи могут воспринимать токи этих проводников, поскольку существует некая чувствительность.
К сожалению, из-за того, что само устройство очень просто, существует множество компаний, которые стремятся заработать деньги на том, чтобы изготовить и продать копии, качество работы которых зачастую неудовлетворительно и точность показаний отсутствует.

Измерение тока токовыми клещами

Измерение тока при помощи токовых клещей будет выполняться следующим образом. Сначала нужно выбрать тот провод, показания которого нужно замерить. Используя переключатель, на тестере отмечается нужный режим.

Если нужно измерить постоянный ток, то выставляется одни литеры, а если переменный, то другие. Затем нужно раскрыть клещи и поместить проводник внутри, строго перпендикулярно корпусу клещей и, если есть такая возможность, по центру внутреннего контура.

После этого на дисплее автоматически появятся нужные нам показания.

На некоторых токоизмерительных клещах есть кнопка Hold, она позволит произвести замеры в тех местах, куда сложно дотянуться и не будет видно показателей дисплея. Нажав на нее при проведении замера, результат будет зафиксироваться на дисплее и его можно увидеть, выйдя из сложных условий.

Токовые клещи и мультиметры Chauvin-Arnoux

Сергей Шахматов

Окончание, начало в № 4 '2001

1.5. О выборе датчика тока

Чтобы выбрать токовый датчик для соответствующего применения, нужно ответить на следующие вопросы.

Вид измеряемого тока — переменный или постоянный? Датчики, предназначенные для измерения постоянного тока, имеют обозначение AC/DC (переменный/постоянный), поскольку они могут измерять значения как переменного, так и постоянного тока.
Каковы наибольшее и наименьшее значения измеряемого тока? Определите, подходит ли точность измерения в нижней части диапазона, или выберите токовый датчик для малых значений тока. Многие датчики имеют высокую точность измерения только в верхней части диапазона, а некоторые предназначены для измерения небольших значений токов.
Токовую шину какого диаметра необходимо охватить клещами? Данный параметр определяет необходимый размер токовых клещей.
Какой тип выхода датчика вам необходим или в каких единицах будет выполняться измерение (мА, мВ, AC, DC и т. п.)? Убедитесь, что входной импеданс измерительного прибора соответствует техническим требованиям.

Другие факторы, которые необходимо учесть:

Каково значение напряжения для проводника, на котором выполняется измерение?

Какой тип выхода необходим: провода с наконечниками, штепсель, коаксиальный разъем?

Будет ли датчик использоваться для измерения силовых или гармонических значений?

Проверьте, удовлетворяются ли требования к частотным и фазовым характеристикам.

Компания Chauvin-Arnoux имеет очень широкую номенклатуру датчиков тока. Ниже приводятся их основные технические характеристики. Токовые клещи, выполненные как одно целое с мультиметром, рассматриваются далее в разделе, посвященном мультиметрам.

1.6. Технические характеристики датчиков тока производства CHAUVIN-ARNOUX

Мини-клещи серии MINIPINCE

Предлагаются два типа датчиков Minipince.

Первый тип работает как обычный токовый датчик (с отношением 100/1 или 1000/1) с токовым выходом (мА) для использования совместно с мультиметрами, регистраторами или другими приборами со входами по току.

Второй тип имеет выход по напряжению пропорционально измеряемому току (1 мв/А, 10 мВ/А или 100 мВ/А). Потенциальный выход позволяет использовать для измерения, отображения или записи данных приборы со входами по напряжению переменного тока. Серия Minipince позволяет осуществлять измерение истинных действующих значений приборами TRMS.

Некоторые модели имеют специфические особенности. Например, модель Minipince1 позволяет измерять очень малые токи; модель Minipince2 разработана для оптимального измерения тока 5 А; в модели Minipince5 применен специальный магнитный сердечник для достижения наибольшей точности и наименьшего фазового сдвига.

Серия MN

Выходные гнезда типа «джек» или провода со штепсельными разъемами диаметром 4 мм. Следовательно, данные датчики совместимы со всеми видами мультиметров и тестеров, предлагаемых на рынке.

Существуют два типа датчиков серии MN.

Первый тип работает как трансформатор тока (соотношение 1000/1) с выходным сигналом в единицах измерения (мА) для использования с любыми приборами, измеряющими ток.

Второй тип выдает на выходе напряжение (постоянного и переменного тока, в зависимости от модели). Выходной сигнал пропорционален измеряемому току (1, 10, 100 или 1000 мВ/A). Данный выход по напряжению позволяет использовать прибор, измеряющий только напряжение постоянного или переменного тока.

В серии MN есть специфические модели, разработанные для определенного применения, например для измерения выходных значений трансформатора, для подключения к осциллографу или даже для измерения тока утечки.

Серия Y

Токовые клещи данной серии имеют прочную конструкцию, предназначены для универсального применения, удобны в эксплуатации. Крюкообразная форма захватов позволяет легко вытаскивать или поддевать кабели или даже шинопровод небольшого размера. Они используются для измерения тока до 600 A AC.

Существуют два типа токовых клещей серии Y.

Первый тип работает как обычный трансформатор тока (с соотношением 100:1 или 1000:1). Выходной ток может быть измерен мультиметром, регистратором или другим применимым устройством с соответствующим диапазоном измерения тока.

Второй тип токовых клещей серии Y имеет на выходе напряжение постоянного тока, пропорциональное значению измеряемого переменного тока (1 мВ/A или 10 мВ/A). Это позволяет использовать приборы, не имеющие диапазона измерения тока, и измерять, отображать или регистрировать значение тока в соответствующем диапазоне прибора для измерения напряжения переменного тока.

Серия C

Серия токовых клещей C100 включает тринадцать моделей, которые имеют все преимущества старой серии токовых C30 и в то же время имеют значительные усовершенствования, особенно в области безопасности, соответствия требованиям эргономики, имеют улучшенные рабочие характеристики: возможность измерения тока до 1000 А, превосходная метрология, высокая точность измерений, хорошая линейность, симметричная намотка витков катушек для минимального фазового сдвига, маятниковая система регулировки для магнитных элементов, измерение на проводниках диаметром до 52 мм, кроме этого, некоторые модели имеют µ-металлический магнитный сердечник для использования токовых клещей с ваттметром. Модели данной серии отличают передовой дизайн — форма токовых клещей, отвечающая требованиям эргономики, специальные углубления для пальцев на рукоятке, полуавтоматическая система раскрытия захватов (запатентованная).

Соответствие стандарту по безопасности IEC 1010 600V cat. III (для промышленности и связи). Корпус имеет специальную нескользящую поверхность. Перечисленные уникальные технологии и качество изготовления обеспечивают наилучшие возможности для измерения без каких-либо сложностей.

Токовые клещи серии С100 совместимы с различными измерительными приборами (мультиметрами, ваттметрами, регистрирующими устройствами, осциллографами) и предназначены для измерения любых переменных токов с соответствующей степенью безопасности и без необходимости разрыва электрической цепи.

Серия D

Эта серия включает токоизмерительные клещи с высокими техническими характеристиками и разработанные для измерения больших значений переменного тока.

Их высокий коэффициент трансформации и низкий фазовый сдвиг в совокупности с широкой частотной характеристикой позволяют выполнять с высокой точностью измерение значений тока и мощности.

Высокое качество магнитопроводов и обмотки катушек определяет высокую точность измерений тока до 3000 A (AC). Прямоугольные захваты позволяют использовать токовые клещи для измерения на кабелях большого диаметра или на шинопроводах.

Токовые клещи серии D обеспечивают превосходные возможности для измерения истинных среднеквадратичных значений и дают точное воспроизведение сигнала. В серии D объединены два различных типа токовых клещей.

Первый тип действует как традиционный трансформатор тока с током на выходе (мА) и широким диапазоном коэффициентов передачи.

Токовые клещи первого типа могут использоваться с мультиметрами, оборудованием для измерения параметров гармоник и мощности, с регистрирующими приборами и другим оборудованием, имеющим вход для переменного тока.

Токовые клещи второго типа дают точный выходной сигнал напряжения пропорционально измеряемому току (1 мВ/A, 10 мВ/A или 100 мВ/A). Такой выход по напряжению позволяет выводить значение измерения на дисплей или регистрировать значение на оборудовании, не имеющем входа для тока.

Модель D38N специально разработана для использования с осциллографами, приборами, отображающими форму сигналов, или другими измерительными устройствами, использующими преимущество высокой широкой частотной характеристики, имеющими вход типа BNC. Модель D38N содержит специальную схему и три диапазона измерения для максимального расширения частотной характеристики.

Серия B

Модель В2 серии В разработана для измерения токов утечки на землю, возникающих в результате повреждения изоляции. Это позволяет локализовать возникшие повреждения или провести предварительную диагностику, избежав, таким образом, выключения оборудования.

Токовые клещи разработаны специально для определения местонахождения небольших токовых утечек на электрических цепях с большими значениями по току.
Токовые клещи B2 измеряют разность по току или ток утечки от 500 µA и выше и могут быть использованы для измерения тока до 200 A при длительной нагрузке или 400 A маx.
Они имеют два диапазона измерений: 1 мВ/мА AC или 1 мВ/A AC.
В качестве детектора утечек клещи B2 могут использоваться в однофазных или многофазных системах, независимо от того, совпадает или не совпадает ток по фазе, сбалансированный или несбалансированный.
Токовые клещи B2 могут использоваться просто как высокоточный токовый датчик.
Обладая диаметром захватов 100 мм и диапазоном измерений от 500 мА до 200 A, В2 представляет собой универсальный прибор для проведения анализа несбалансированных цепей, токов утечки, контуров заземления и петли.
При использовании в конфигурации с искусственной нейтралью токовые клещи В2 могут в равной степени быть использованы для измерения токов утечки на трехфазных цепях без заземления.

Серия AmpFLEX

Эта серия гибких датчиков тока может использоваться как для измерения малых значений переменного тока — нескольких сотен миллиампер, — так и очень больших значений — до десяти килоампер.

Главным преимуществом датчиков тока данной серии является их гибкость, а также простота и удобство использования. Эти свойства облегчают измерения на электрических проводниках различной формы и размеров (кабели, шины), позволяют выполнять измерения на проводниках больших диаметров или в труднодоступных местах.

Датчики имеют еще ряд преимуществ: они обладают легким весом (наличие немагнитной цепи), не подвержены эффекту насыщения; высокий уровень точности и минимальный фазовый сдвиг делают их прекрасным инструментом для измерения значений мощности.

AmpFLEX A100

Датчик тока A100 имеет гибкий тороидальный сердечник, соединенный экранированным проводом с корпусом небольшого размера, в котором находится электронная схема прибора и стандартная батарея на 9 В.

Корпус может быть подключен непосредственно к мультиметру, ваттметру или записывающему устройству. Датчик имеет один или два диапазона измерений. Датчик А100 дает выходной сигнал напряжения переменного тока 0,1–1–10 или 100 мВ/A. Кроме стандартных моделей (48, 80 или 120 cм), по заказу изготавливаются модели датчиков, для которых вы можете выбрать длину и чувст- вительность.

AmpFLEXA101

Датчик А101 имеет точно такие же параметры, как и модель А100, но поставляется без электронной части. Таким образом, данные датчики могут использоваться другими производителями для соединения их с собственными тестирующими приборами.

Серия К

Датчики тока серии К являются новыми изделиями и имеют исключительные возможности для выполнения измерений. Они необычайно компактны по дизайну и предназначены для выполнения точных измерений малых токов.

Небольшие габаритные размеры датчика и его форма делают его подходящим для выполнения измерений в труднодоступных местах, например для работ на большинстве распределительных щитов, на технологических контурах от 4 до 20 мА или на проводниках тока в автомобиле.

Датчики тока серии K могут работать с мультиметрами и другими измерительными приборами, которые получают преимущества высокой чувствительности и динамического диапазона датчиков, а также возможность указывать форму сигнала.

Данные датчики тока дают выходной сигнал AC+DC (переменного и постоянного тока), который пропорционален изменяемому току, без необходимости изменять диапазон или фильтровать сигнал. Имеется возможность измерения среднеквадратичных значений для гармоник постоянного и переменного тока.

Существуют два различных типа датчиков тока серии К–K1 и K2. Модель К1 дает выходной сигнал 1 мВ/мА и разработана для широкого применения и измерения малых токов. Модель К2 обладает более высоким уровнем чувствительности и точности, сигнал на выходе равен 10 мВ/мА.

Серия Е

Токовые клещи данной серии используют технологию, основанную на эффекте Холла, и предназначены для измерения переменного и постоянного тока от нескольких миллиампер до значений более 100А.

Продолговатая, узкая форма токовых клещей позволяет использовать их в тесном пространстве, среди пучка кабелей и в других труднодоступных местах, таких как печатная плата, органы управления электродвигателем или на проводах двигателя автомобиля.

Небольшое значение смещения фаз гарантирует достоверность и точность измерения мощности. Токовые клещи данной серии имеют на выходе сигнал напряжения (мВ).

Возможность измерять сигналы переменного и постоянного тока делают их полезными для измерения истинных среднеквадратичных значений (true RMS).

Имеются три модели серии Е

Модели E1N и E6N очень похожи и обе имеют два милливольтовых диапазона на выходе. Модель E6N имеет наибольшую чувствительность и, следовательно, является наиболее подходящей для измерения малого тока. Модель E3N может быть непосредственно подключена к осциллографу.

Токовые клещи этой серии хорошо работают с мультиметрами, записывающими устройствами, регистрирующим оборудованием, осциллографами и приборами, отображающими форму сигналов.

Серия PAC

Датчики серии PAC представляют семейство профессиональных токовых клещей для измерения переменного и постоянного тока. Их дизайн соответствует современным требованиям тех- ники безопасности и стандартам качества исполнения.

Существуют два различных конструктива захватов — для охвата кабеля и для охвата шинопровода. Токовые клещи серии РАС работают на принципе эффекта Холла, обеспечивая измерения тока до 1500 A DC и 1000 A AC. Электронная схема и батарея расположены в корпусе прибора. Два диапазона выходного напряжения — 1 мВ/A и 10 мВ/A.

Кнопка установки используется для автоматического обнуления значений в моделях PAC11, PAC12, PAC21 и PAC22. Модели PAC 10 и PAC 20 имеют потенциометр для настройки на нуль. Измерение действительных среднеквадратичных значений возможно даже для входных сигналов, содержащих гармонические составляющие постоянного тока.

Благодаря малому фазовому сдвигу токовые клещи серии PAC хорошо приспособлены для измерения мощности.

Модели PAC 12 и PAC 22 предназначены для использования с осциллографами, приборами, отображающими форму сигнала, и другими чувствительными к частотным параметрам приборами, имеющими вход BNC.

Серия F1N/F2N/F3N

Цифровые токовые клещи F1N, F2N и F3N образуют линию высокоэффективных измерительных приборов, которые позволяют пользователю вы- полнять все виды измерений переменного тока, в том числе имеющего искажения. Эти токовые клещи 400А RMS имеют пиковый фактор 2,5, что позволяет выполнять измерения тока, имеющего сильно искаженные сигналы.

Данные токовые клещи имеют высокие рабочие характеристики и в то же время остаются безопасными и простыми в эксплуатации. Они оборудованы буквенно-цифровым дисплеем и графической шкалой.

Можно использовать функцию фиксации выводимых на дисплей значений.

Другой характерной особенностью является запоминающее устройство, фиксирующее наибольшее, наименьшее и среднее значения пикового тока продолжительностью более 2 мс и сглаженного тока, значение частоты на интервале продолжительностью более 3 с.

Для выполнения измерения необходимо просто установить зажимы вокруг проводника, после чего токовые клещи покажут истинные среднеквадратичные измеряемые значения.

Токовые клещи могут быть использованы при определении тока, имеющего искажения и частотные помехи, возникающие вокруг силового оборудования, на таких устройствах, как инверторы, на приводах с изменяемой частотой вращения, на полупроводниковых силовых устройствах, на переключаемых распределителях электроэнергии, регуляторах и т. п.

Серия С.А6410, С.А6412, С.А6415

Приборы С.А. 6410, С.А. 6412 и С.А. 6415 являются представителями нового поколения токоизмерительных клещей и предназначены для оперативного контроля устройств заземления без их отключения и использования вспомогательных электродов.

Все модели дают возможность производить точные измерения сопротивления заземления в диапазоне от 0,1 до 1200 Ом. Модели С.А 6415 и С.А. 6412 измеряют ток и токи утечки в диапазоне от 1 мА до 30 А rms. Модель С.

А 6415 имеет возможность звуковой сигнализации по установленным пороговым значениям и оснащена памятью, в которой может храниться до 99 результатов измерений. Конструкция измерительной головки обеспечивает охват заземляющих проводов диаметром до 32 мм.

Функция звукового оповещения с установкой пороговых значений повышает удобство работы в плохо освещенных и труднодоступных местах.

В моделях С.А. 6410 / 12 / 15 генератор напряжения с постоянной частотой 2,4 кГц генерирует напряжение Е, а результирующий ток I улавливается приемной катушкой, расположенной также в измерительной головке прибора. Внутренний фильтр отсекает все токи, кроме результирующего тока I, величина которого равна I = Е/R контура.

Зная величину Е (задается генератором) и I (измеряется), можно вычислить R контура (эта величина и отображается на экране прибора).
По материалам Chauvin-Arnoux подготовил Сергей Шахматов
diagns@dol.ru

Токоизмерительные клещи

Высоковольтные токоизмерительные клещи
Цифровой мультиметр с токоизмерительными клещами

Токоизмери́тельные кле́щи — прибор для измерения тока без разрыва цепи, в которой измеряется ток и без электрического контакта с ней.

Принцип действия основан на измерении магнитного поля, порождаемого измеряемым током.

Классические токоизмерительные клещи, часто называемые клещи Дитце, позволяют измерять только переменный ток и представляют собой по сути трансформатор тока с разъемным тороидальным или близким по форме к тороидальному ферромагнитным сердечником, окно которого при измерении охватывает провод с током. Такие клещи реагируют не на сам ток, а на скорость его изменения — производную тока по времени.

Принцип работы современных токоизмерительных клещей основан на прямом измерении магнитного поля, порождаемого током в проводнике вокруг проводника с помощью датчика Холла и позволяют измерять ток произвольной формы, в том числе и постоянный ток.

Принцип действия

Клещи на основе трансформатора тока

Принцип действия токоизмерительных клещей — трансформаторов тока основан на том, что ток, протекающий в проводе создаёт вихревое магнитное поле, силовые линии которого окружают проводник.

На разъемном для возможности ввода проводника в окно магнитопровода, изготовленного из магнитомягкого ферромагнитного материала намотана вторичная обмотка, подключенная ко вторичному электроизмерительному прибору, шкала которого проградуирована в единицах тока.

Таким образом, этот трансформатор тока имеет две обмотки, первичная — один виток это провод с измеряемым током и многовитковую вторичную обмотку.

В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея во вторичной обмотке наводится ЭДС, величина которой прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, охватываемого вторичной обмоткой.

Так как величина этого потока прямо пропорциональна измеряемому току, то по измерениям этой ЭДС косвенно измеряют скорость изменения тока в проводе (производной по времени), а проинтегрировав эту ЭДС по времени можно получить истинное мгновенное значение тока в проводе.

Так как такие клещи применяются обычно для измерения токов промышленной частоты, частота которой отклоняется незначительно от номинальной (50 или 60 Гц), и форма тока близка к синусоидальной, с достаточной для практических измерений точностью можно считать, что среднеквадратическое значение этой ЭДС прямо пропорциональна среднеквадратическому значению измеряемого тока. Таким образом, измерив напряжение на вторичной обмотке, возможно определить действующее значение измеряемого тока.

Клещи с датчиком Холла

Магнитопровод таких клещей не отличается по конструкции от такового у клещей со вторичной обмоткой, но в размыкаемом зазоре магнитопровода помещают датчик, работа которого основана на эффекте Холла.

Первичный ток порождает магнитное поле в магнитопроводе, величина которого прямо пропорциональна току, а не производной тока, как у трансформаторных клещей.

Так как ЭДС датчика Холла прямо пропорциональна полю, то по измерениям ЭДС Холла можно косвенно измерить ток в проводе, причём форма тока не имеет значения, например, прямоугольный, произвольной формы или постоянный.

Так как ЭДС Холла меняет знак при изменении направления поля, такое устройство позволяет измерить не только величину, но и направление измеряемого тока. В некоторых моделях таких клещей предусмотрена возможность подключения дополнительного датчика тока — пояса Роговского, что позволяет измерять большие переменные токи (до 3000А) на проводниках крупного сечения, например, на шинах распределительных устройств.

Типы и методы измерений

Этот раздел статьи ещё не написан.Согласно замыслу одного или нескольких участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Трансформатор тока

Эффект Холла

Катушка (пояс) Роговского

Конструкция клещей трансформаторного типа

Клещи состоят из:

Разъёмного подпружиненного магнитопровода, выполненного из ферромагнитного шихтованного материала, на который надета многовитковая катушка, являющаяся вторичной обмоткой.
Отсчётного устройства, в качестве которого может быть либо стрелочный прибор магнитоэлектрической системы с выпрямлением либо электронный прибор с цифровым указателем.
Переключателя диапазонов измеряемых токов.
Рукоятки для удержания клещей и изоляции между цепью измерения и оператором — модели для измерения в сетях выше 1000 В. Низковольтные клещи рукояток не имеют и их удержание осуществляется за диэлектрический корпус.

Разъёмный магнитопровод и измерительный элемент интегрированы в общий корпус.

Часто токоизмерительные клещи конструктивно совмещаются с мультиметром: с помощью такого прибора можно измерять дополнительно постоянное и переменное напряжение, сопротивление, постоянный ток (с разрывом цепи) — для этого в приборе имеются соответствующие гнёзда для щупов, а также переключатель режимов измерения.

Существуют модели приборов, с помощью которых можно измерять непосредственно потребляемую активную мощность (у таких моделей одна из шкал градуирована в единицах мощности).

Выпускаются также специальные клещевые приставки к мультиметрам, которые представляют собой лишь разъёмный магнитопровод в корпусе с кабелем, который подсоединяется к токовым входам мультиметра. Коэффициент трансформации клещевой приставки обычно 1000:1, т.е. 1А — первичный / 1мА — вторичный (выходной). Таким образом, мультиметр может использоваться для измерения переменного тока, многократно превышающего предел измерения самого мультиметра.

Измерение тока

Измерение тока с помощью клещей Дитце производится в следующем порядке:

Присоединяют рукоятки к прибору (для высоковольтных клещей).
Включают питание прибора (у электронных моделей).
Устанавливают с помощью переключателя необходимый ожидаемый диапазон измеряемого тока;
Нажатием на специальную кнопку или на рукоятки (для высоковольтных клещей) размыкают магнитопровод и охватывают им провод с током при измерения необходимо охватить только один провод, иначе при охвате нескольких проводов прибор покажет алгебраическую сумму токов, пронизывающих окно магнитопровода, например, при охвате обоих проводов однофазного потребителя клещи покажут близкое к нулю значение тока (дифференциального тока, так как в такой паре проводов токи текут в противоположных направлениях и равны), а затем отпускают кнопку (или прекращают разведение рукояток — у высоковольтных клещей) — под действием встроенной пружины магнитопровод защелкивается и охватывает провод.
Производят отсчёт показаний по шкале с учётом выбранного диапазона измерения.
При необходимости производят коррекцию показаний на влияющие факторы.

Преимущества

Измерение тока без разрыва в измеряемой цепи.
Возможность простого измерения в высоковольтных цепях (вплоть до 10 кВ).
Возможность измерять ток очень большой силы (что физически неосуществимо для обычных амперметров, подключённых последовательно в разрыв цепи).
Компактность прибора.

Недостатки

Невысокий класс точности (обычно 2,0 — 3,0).
Некоторая зависимость показаний от положения токонесущего проводника в окне магнитопровода клещей.
Искажение показаний в недорогих моделях от присутствия в измеряемом токе высших гармоник и от изменения частоты измеряемого тока — прибор даёт правильные показания только при синусоидальном измеряемом токе (одна из причин этого — применение в качестве измерителя магнитоэлектрической системы с выпрямлением). В современных электронных приборах этот недостаток компенсируется схемным либо программным способом.

См. также

Электроизмерительные приборы
Трансформатор тока

Литература

Панфилов В. А. Электрические измерения: учебник для студентов среднетехнического профессионального образования. — М: Издательский центр «Академия», 1996. — 288 с. — ISBN 5-7695-3536-9.