Для расширения функционала мультиметров, осциллографов и других электроизмерительных инструментов, применяются токовые датчики в форме клещей — токовые клещи. Для проведения измерений клещами, их смыкают в обхват проводника с током, и таким образом, без разрыва цепи и без необходимости врезания в проводник какого бы то ни было шунта, осуществляют замер.

Это просто и удобно. Результат измерения прибор отображает на своей шкале в виде напряжения или тока пропорциональной измеренному току величины. Достоинство метода заключается еще и в том, что прибор может и не иметь достаточно широкого входного диапазона, тогда как датчик — клещи вполне в состоянии свободно принять проводник даже с очень большим током.

Проводник с измеряемым током не только остается целым, но и всегда гальванически изолирован от цепей измерительного прибора. Сам же прибор может иметь входную цепь с очень высоким импедансом и даже быть заземлен. Здесь нет необходимости как-то регулировать или включать и выключать питание цепи, параметры которой измеряются клещами, а значит в работе питаемого оборудования не будет простоев.

Среднеквадратичное значение тока в диапазоне частотных характеристик датчика можно измерить при совместном использовании токового датчика с мультиметром, способным измерять среднеквадратичные значения. В данном случае диапазон будет ограничен возможностями (шкалой) мультиметра. Лучшие результаты достигаются с датчиками обладающими широкой частотной характеристикой, минимальным фазовым сдвигом и высокой точностью.

Для измерения параметров переменного тока используются датчики, работающие по принципу обычного измерительного токового трансформатора. Любой трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, установленные на общем магнитопроводе. Первичное напряжение подается на первичную обмотку, в сердечнике создается переменный магнитный поток, наводящий во вторичной обмотке соответствующую коэффициенту трансформации ЭДС. Токи первичной и вторичной обмоток соотносятся как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Так и работает токовый датчик для измерения переменного тока. Магнитопровод в форме клещей замыкается вокруг проводника. Проводник — это первичная обмотка, состоящая из одного единственного витка, значение тока в котором необходимо узнать.

Ток во вторичной обмотке будет пропорционален току в проводнике и отличаться от него в число раз, равное коэффициенту трансформации, то есть во столько раз, сколько витков во вторичной обмотке. Количество витков во вторичной обмотке датчика обычно 1000, 500 или 100.

Если датчик имеет 1000 витков, то клещи имеют обозначение 1000:1 или 1мА/А — это значит что 1 мА в показаниях прибора тождественен 1А в исследуемом проводнике. Или 1А на приборе — 1000 А в проводнике.

Соотношение может быть в принципе и другим: 3000:5 или 2000:2, в зависимости от назначения прибора. Однако в большинстве случаев клещи работают в паре с обычным мультиметром и соотношение, как правило, 1000:1.

При соотношении 1000:1 или 1мА/А показания прибора будут такими. При входном токе в 700А выходные показания окажутся 700мА, при 300А — 300мА и т. д. Так происходит потому, что выход датчика присоединяется к цифровому мультиметру в режиме измерения переменного тока с выбранным диапазоном значений.

Для определения действующей величины тока в проводнике, показания мультиметра умножаются на коэффициент датчика. Главное — чтобы измерительный прибор имел требуемое входное сопротивление.

Если измерительный прибор имеет вход только по напряжению (вольтметр или осциллограф), то он также может использоваться с токовым датчиком — клещами. Для этого токовый выход датчика необходимо согласовать с входом прибора, применив принцип измерительного трансформатора тока. Тогда показания переменного напряжения будут пропорциональны измеряемому переменному току.

Существуют токовые клещи, способные измерять не только переменный, но и постоянный ток. В таких клещах принцип их работы основан на эффекте Холла, когда параметры тока выводятся из параметров порождаемого им магнитного поля, воздействующего на полупроводник и инициирующего в нем эффект Холла.

Тонкая пластинка полупроводника устанавливается перпендикулярно магнитному полю тока, который требуется измерить. На пластинку в определенном направлении (допустим вдоль нее) подается ток возбуждения, который отклоняется во внешнем магнитном поле под действием силы Лоренца в поперечном направлении, и тогда в этом направлении на краях пластинки можно измерить ЭДС (напряжение Холла).

При постоянном токе возбуждения через пластинку, ЭДС Холла, как и индукция магнитного поля измеряемого тока, будут пропорциональны измеряемому току. То есть напряжение Холла соответствует току в проводнике, который проходит внутри магнитопровода датчика. Такая схема имеет большие преимущества перед устройствами на базе трансформатора тока.

Поскольку генерация ЭДС Холла не зависит от направления вектора магнитной индукции, а зависит только от его величины, датчик на основе эффекта Холла измеряет как переменный, так и постоянный ток. К тому же датчик абсолютно точно фиксирует фазу изменения (направления) магнитного поля, а значит пригоден для наблюдения формы тока.

Клещи с датчиком Холла бывают с одним либо с двумя встроенными датчиками. Различные модели клещей обладают широким динамическим диапазоном и частотной характеристикой, линейностью сигнала и высокой точностью.

Область применения таких клещей охватывает всё оборудование с постоянным током до 1500 А без необходимости встраивания дорогих шунтов. Переменный ток частотой в десятки килогерц также измерим при помощи клещей на базе эффекта Холла, причем форма тока может быть самой разной, среднеквадратичное значение будет найдено.

Выходной сигнал в милливольтах, пропорциональный измеренному току, может быть легко воспринят большинством мультиметров, осциллографов и самописцев.

Источник

Токоизмерительные клещи постоянного и переменного тока, чем они отличаются и какие лучше всего выбрать

Назначение прибора и его преимущество

Токоизмерительные клещи или «Клещи Дитце»-это измерительный прибор, назначение которого измерять ток бесконтактным способом, без разрывы электрической цепи. Главным преимуществом перед остальными мультиметрами и амперметрами является простота измерения и безопасность использования, так как измерение возможно проводить на изолированном проводнике. С помощью данного устройство можно легко определить точные показатели электрического тока, а также рассчитать потребляемую мощность любого электрооборудования под нагрузкой.

Принцип действия и функциональность

Принцип работы прибора основан на законе электромагнитной индукции, по устройству в значительной степени схож с принципом действия обыкновенного трансформатора. Переменный ток измеряемого проводника внутри катушки трансформатора (Клещей) создает переменный магнитный поток, индуктирующий ЭДС во вторичной обмотке устройства, который замеряется амперметром или датчиком.

Схема измерения силы тока прибором с трансформаторным датчиком

В более современных устройствах применен полупроводниковый датчик Холла, основным отличием от устройства с трансформатором является то, что измеряемый проводник охватывается не замкнутой катушкой, а магнитопроводом, в разрыве которого размещен датчик Холла.

Схема измерения силы тока прибором с датчиком Холла

Современные приборы в зависимости от типа способны измерять переменный или постоянный и переменный ток (благодаря использованию датчика Холла), большинство из них обладают расширенным функционалом мультиметров и способны выводить численную информацию на дисплей. В зависимости от марки и производителя в измерителях реализовано множество дополнительных функции и конструктивных решений.

Типы приборов

Существует два типа устройств, основным различием которых являются измерительные датчики:

1. Cэлектромагнитным датчиком. Способны измерить только переменный ток. Клещи-трансформатор такого инструмента представляют из себя размыкающийся магнитопровод со вторичной катушкой, замыкающейся на измерительном датчике.
2. Cполупроводниковым датчиком Холла. Данный тип устройства способен измерять постоянный или переменный ток.

Токовые клещи с датчиком Холла, без замыкающегося магнитопровода

Виды исполнения

Измерители «дитца» подразделяются на аналоговые и цифровые:

• Аналоговые измерители. Как правило способны измерять только переменный ток, показания в них снимаются со встроенного амперметра. Такие приборы были широко распространены до появления цифровых измерителей.

• Цифровые (самые популярные). Внутри таких приборов установлена интегральная схема, как правило они обладают расширенным функционалом или дополнительными функциями мультиметра (тестера).

Специализированные высоковольтные электроизмерительные клещи

В отдельный вид следует выделить измерители специального назначения, измерительные клещи Ц 90 (более современный вариант Ц 4502), предназначенные для измерения силы тока в мощных электроустановках до 10 000 вольт. С помощью этого инструмента можно измерить только силу переменного тока от 15 до 600А. Принцип действия измерителя аналогичен с обычными измерителями трансформаторного типа, конструкция таких клещей немного видоизменена для безопасной работы оператора. В конструкции предусмотрены изолирующая часть с изолирующими рукоятками, а также разработаны правила безопасности при проведении измерений данным способом.

Порядок проведения измерения

Перед началом проведения измерений необходимо определить место измерения, подготовить прибор к работе, перевести поворотный переключатель в нужное положение. Если сила тока неизвестна, то необходимо установить максимальное значение диапазона, далее во время измерения поэтапно снижать показатель для более точного результата. Устройства с датчиком Холла, из-за его чувствительности к магнитным полям, перед измерением необходимо обнулить, нажав соответствующую кнопку «SEL» или аналогичную «REL».

Перед тем как начать пользоваться измерителем, изучите инструкцию пользователя:

• Инструкция по эксплуатации токоизмерительных клещей Mastech m266. Скачать Pdf
• Руководство по эксплуатации. Паспорт Mastech M266, M266C, M266F. Скачать Pdf

Порядок проведения измерения:

1. Подготовьте прибор и выберите место измерения.
2. Переведите поворотный переключатель в нужное положение, далее переместите измеряемый проводник в скобу устройства.

1. Снимите показания с дисплея, при необходимости сохраните данные в памяти измерителя. Лучше всего силу тока мерить несколько раз для получения более точного результата.

1. Для более точного результата или для измерения малой силы тока, если это позволяет измеряемый проводник, сделайте несколько витков вокруг клещей. Полученный результат измерения поделите на количество витков, в результате вы получите уточненное значение измерения.

Функции и конструктивные особенности

Электроизмерительные клещи отличаются электротехническими характеристиками, диапазоном измерений, точностью измерений и дополнительным функционалом. К основным функциям приборов относятся:

• Амперметр
• Вольтметр
• Ваттметр
• Фазометр
• Ампервольтметр

В большинстве устройств реализованы дополнительные функции тестера – мультиметра, на которые следует обращать внимание при выборе устройства:

• измерение сопротивления, частоты, изоляции
• проверка диодов
• звуковая прозвонка
• определение температуры
• функция измерения нагрузочных бросков пускового тока

Проведение измерения пускового тока на автомобильном аккумуляторе

Более продвинутые версии приборов оснащены дополнительными вспомогательными элементами, помогающими проводить более точные измерения или измерять в труднодоступных местах, к таким относятся:

• двойной датчик Холла (более точные измерители)
• измерители с выносными клещами
• Токовые клещи со съемным дисплеем
• Гибкий токоизмерительный датчик
• Увеличенный зажим клещей
• Провода-щупы, «Крокодильчики»

Устройство со съемными клещами

Стоимость цифровых измерительных клещей в зависимости от характеристик

В зависимости от цены все приборы можно разделить на эконом-сегмент в ценовом диапазоне от 4 000 до 15 000 рублей и профессиональные стоимостью от 15 000 до 60 000 рублей. Так как большинство приборов имеет расширенный функционал независимо от цены, сравнение проводилось исходя из основных характеристик приборов и их прямого назначения.

Основные характеристики устройств в зависимости от ценового сегмента

Как выбрать токовые клещи

При выборе устройства в первую очередь необходимо руководствоваться задачами, которые вы перед ним ставите. Если вам нужно проводить замеры только переменного тока, то присмотритесь к моделям с электромагнитным датчиком, они менее дорогие и отлично выполняют свою функцию с высокой точностью.

Для домашнего использования лучше подойдут недорогие универсальные токоизмерители – тестеры с датчиком Холла, такие устройства способны полноценно заменить обычный мультиметр «цешку» в быту и обязательно должны быть у каждого электрика.

Для профессионального использования необходимо рассматривать приборы в более дорогом ценовом сегменте, поверенные и зарегистрированные в Госреестре СИ. Такие приборы способны выдавать максимально точный результат, как правило они оснащены вспомогательными элементами, такими как выносные клещи или двойной датчик Холла.

Приборы профессионального назначения измеряют в более широком диапазоне, способны мерить с наименьшей погрешностью. Зачастую такие устройства способны проводить расчеты без подключения к компьютеру, имеют множество других полезных функций, а также у таких устройств в комплекте предусмотрен чехол либо сумка. Из известных производителей можно выделить: Mastech, MULTI, Uni Trend, Fluke, APPA, АКИП, МЕГЕОН.

Источник