Jak działają czujniki i mierniki cęgowe do pomiaru prądu stałego i przemiennego

Aby rozszerzyć funkcjonalność multimetrów, oscyloskopów i innych elektrycznych przyrządów pomiarowych, stosuje się czujniki prądowe w kształcie cęgów - cęgi prądowe. Aby wykonać pomiary za pomocą cęgów, są one zamknięte w obwodzie przewodu prądem, a zatem, bez przerywania obwodu i bez potrzeby przecinania bocznika do przewodu, mierzą.

To jest proste i wygodne. Urządzenie wyświetla wynik pomiaru na swojej skali w postaci napięcia lub prądu proporcjonalnego do zmierzonej wartości prądu. Zaletą tej metody jest to, że urządzenie może nie mieć wystarczająco szerokiego zakresu wejściowego, zaś zaciski czujnikowe są w stanie swobodnie przyjmować przewodnik nawet przy bardzo wysokim prądzie.

Przewód ze zmierzonym prądem nie tylko pozostaje nienaruszony, ale jest zawsze galwanicznie izolowany od obwodów urządzenia pomiarowego. Samo urządzenie może mieć obwód wejściowy o bardzo wysokiej impedancji, a nawet być uziemione. Nie ma potrzeby jakoś regulować, włączać i wyłączać mocy obwodu, którego parametry są mierzone za pomocą cęgów, co oznacza, że ​​nie będzie przestojów w działaniu zasilanego sprzętu.

Wartość skuteczną prądu w zakresie częstotliwości czujnika można zmierzyć za pomocą czujnika prądu z multimetrem zdolnym do pomiaru wartości rms. W takim przypadku zasięg będzie ograniczony możliwościami (skalą) multimetru. Najlepsze wyniki osiąga się dzięki czujnikom o szerokiej odpowiedzi częstotliwościowej, minimalnym przesunięciu fazowym i wysokiej dokładności.

Czujniki działające na zasadzie konwencjonalnej pomiar przekładnika prądowego. Każdy transformator ma uzwojenie pierwotne i wtórne zainstalowane na wspólnym obwodzie magnetycznym. Napięcie pierwotne jest dostarczane do uzwojenia pierwotnego, w rdzeniu powstaje przemienny strumień magnetyczny, indukując w uzwojeniu wtórnym odpowiedni współczynnik transformacji EMF. Prądy uzwojenia pierwotnego i wtórnego są skorelowane jako liczba zwojów uzwojenia wtórnego i pierwotnego.

Tak działa czujnik prądu do pomiaru prądu przemiennego. Zaciskowy obwód magnetyczny zamyka się wokół przewodu. Przewód jest pierwotnym uzwojeniem, składającym się z jednego zwoju, bieżącej wartości, w której musisz się dowiedzieć.

Prąd w uzwojeniu wtórnym będzie proporcjonalny do prądu w przewodniku i różni się od niego kilkakrotnie równym współczynnikowi transformacji, czyli tyle razy tyle zwojów w uzwojeniu wtórnym. Liczba zwojów w uzwojeniu wtórnym czujnika wynosi zwykle 1000, 500 lub 100.

Jeśli czujnik ma 1000 zwojów, wówczas cęgi są oznaczone jako 1000: 1 lub 1mA / A - oznacza to, że 1 mA w odczytach urządzenia jest identyczny z 1A w badanym przewodniku. Lub 1A na urządzeniu - 1000 A w przewodniku.

Proporcje mogą zasadniczo być różne: 3000: 5 lub 2000: 2, w zależności od przeznaczenia urządzenia. Jednak w większości przypadków kleszcze są sparowane z konwencjonalnym multimetrem, a stosunek wynosi zwykle 1000: 1.

Przy stosunku 1000: 1 lub 1mA / A odczyty będą następujące. Przy prądzie wejściowym 700A, wyjście okaże się 700mA, przy 300A - 300mA itp. Wynika to z faktu, że wyjście czujnika jest podłączone do multimetru cyfrowego w trybie pomiaru prądu przemiennego z wybranym zakresem wartości.

Aby określić bieżącą wartość prądu w przewodzie, odczyty multimetru są mnożone przez współczynnik czujnika. Najważniejsze jest to, że urządzenie pomiarowe ma wymaganą impedancję wejściową.

Jeśli urządzenie pomiarowe ma wejście tylko napięciem (woltomierz lub oscyloskop), wówczas można go również używać z czujnikiem prądu - cęgami. W tym celu prąd wyjściowy czujnika należy skoordynować z wejściem urządzenia, stosując zasadę pomiarowego przekładnika prądowego. Odczyty napięcia przemiennego będą wówczas proporcjonalne do zmierzonego prądu przemiennego.

Istnieją cęgi prądowe zdolne do pomiaru nie tylko prądu przemiennego, ale także prądu stałego. W takich kleszczach zasada ich działania opiera się na efekcie Halla, gdy bieżące parametry pochodzą z parametrów wytwarzanego przez niego pola magnetycznego, działającego na półprzewodnik i inicjującego w nim efekt Halla.

Cienka płytka półprzewodnika jest zamontowana prostopadle do pola magnetycznego mierzonego prądu. Prąd wzbudzenia jest przykładany do płyty w określonym kierunku (powiedzmy wzdłuż), który odchyla się w zewnętrznym polu magnetycznym pod działaniem siły Lorentza w kierunku poprzecznym, a następnie w tym kierunku można zmierzyć emf (napięcie Halla) na krawędziach płytki.

Przy stałym prądzie wzbudzenia przez płytkę Hall EMF, a także indukcja mierzonego prądu indukcji pola magnetycznego będą proporcjonalne do mierzonego prądu. Oznacza to, że napięcie Halla odpowiada prądowi w przewodniku, który przechodzi wewnątrz obwodu magnetycznego czujnika. Taki obwód ma ogromne zalety w stosunku do urządzeń opartych na przekładniku prądowym.

Ponieważ generowanie Halla EMF nie zależy od kierunku wektora indukcji magnetycznej, ale zależy tylko od jego wielkości, czujnik oparty na efekcie Halla mierzy prąd przemienny i stały. Ponadto czujnik absolutnie dokładnie rejestruje fazę zmiany (kierunku) pola magnetycznego i dlatego nadaje się do obserwowania kształtu prądu.

Kleszcze z czujnikiem Halla są dostarczane z jednym lub dwoma wbudowanymi czujnikami. Różne modele kleszczy mają szeroki zakres dynamiki i pasmo przenoszenia, liniowość sygnału i wysoką dokładność.

Zakres takich obcęgów obejmuje wszystkie urządzenia o prądzie stałym do 1500 A bez konieczności osadzania drogich boczników. Prąd przemienny o częstotliwości kilkudziesięciu kiloherców można również zmierzyć za pomocą tików opartych na efekcie Halla, a obecny kształt może być bardzo różny, zostanie znaleziona wartość skuteczna.

Sygnał wyjściowy w miliwoltach, proporcjonalny do mierzonego prądu, może być łatwo odczytany przez większość multimetrów, oscyloskopów i rejestratorów.

Co to jest amperomierz, typy, urządzenie i zasada działania

Jak korzystać z cęgów pomiarowych prądu

Przykłady zastosowania cęgów prądowych

Jakie narzędzia są potrzebne do wykonywania prac elektrycznych