Для чего нужны токовые клещи? почему не мультиметр?

Разновидности и способы измерения

Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока

Существует три вида токоизмерительных клещей с собственными методами замеров – это трансформатор тока, эффект Холла и катушка Роговского.

Трансформатор тока

Трансформаторные электроизмерительные клещи используют для обследования токов промышленной частоты. Вторичная обмотка на разъёмном кольце прибора передаёт данные о величине индуцированной энергии на стрелочный или цифровой экран.

Эффект Холла

В своё время было замечено, что на гранях металлической пластины токопровода, помещенной во внешнее магнитное поле, возникает разница потенциалов. Это явление носит название – эффект Холла, по имени учёного, открывшего эту закономерность.

Цифровые датчики Холла заменяют собой трансформатор тока в клещах для измерения тока. Датчик выдаёт данные на дисплей прибора о наличии переменного магнитного поля. Сигналы проходят через логическую схему, и на экране отображается величина характеристики тока в цифровом виде.

Катушка (пояс) Роговского

Устройство устанавливается на приборах для измерения токов большой величины. Катушка – это сердечник в виде круга, на который намотана катушка из провода. В проём пропускают шину, подключённую к электросети. Пояс Роговского представляет собой особый вид трансформатора тока с воздушным сердечником.

Пояс Роговского

Как пользоваться токоизмерительными клещами

Как измерить нагрузку сети в квартире?

Переключатель диапазонов устанавливается в положение АСА 200. Раскрыв токовые клещи, на вводе в квартиру охватить ними изолированный провод, зафиксировать показания, которые появились на экране прибора.

Полученная величина умножается на напряжение сети 220 В, косинус берется равным единице.

Пример. Допустим, прибор показывает 6А. Это значит, что нагрузка сети квартиры составляет:

Р = 6 · 220= 1320 Вт = 1.32 кВт.

По этим данным можно проверить правильность работы счетчика потребляемой электроэнергии, соответствие фактической нагрузке вводного кабеля и др.

Клещи-приставка AC/DC Holdpeak HP-605A. для больших токов

Вообще, изначально клещи предназначены в пару к мультиметру HP890CN — сам есть соответствующее положение на селекторе. Но в принципе могут работать с любым другим тестером или даже осциллографом, потому что выдают напряжение прямо пропорциональное измеряемому току — 1мВ соответствует 1А.

Клещи имеют размеры 175х80мм (без боковой кнопки, открывающей «пасть»), вес около 300г, длина провода 70см.

В комплекте есть бумажка, назвать инструкцией которую язык не поворачивается. Там написано примерно следующее: подключите клещи к тестеру, включите, выберите на тестере режим «клещи», переключите клещи и тестер в соответствующий AC/DC режим, нажмите на тестере кнопку REL — и измеряйте. Никаких цифр, погрешностей, пределов — ничего. Впрочем, инструкция от HP890cn обещает 2.5%/3% +5 для DC и AC соответственно.

На передней панели кнопка питания, светодиод индицирующий включенное состояние и кнопка AC/DC. Забегая вперед, скажу что отличие AC от DC — во включенном последовательно конденсаторе, ну и подстроечники для AC и DC — разные.

Питаются от «кроны», потребляемый ток 4.4мА

Выходной сигнал — 1мВ=1А

Внутренний мир прост и незатейлив — LDO 7550 на 5В, преобразователь из +5В в -5В 7660 и операционный усилитель TL062

с обратной стороны платы — три подстроечных резисторы, кнопки и светодиод питания.

схема (если я ничего не напутал):

Названия микросхем, кнопок, разъемов — условные (скажем, вместо 7550 нарисовал 78L05, разъемы взяты тупо по числу контактов и т.д.). Конденсаторы не отпаивал и не прозванивал, для резисторов указаны надписи на них и их перевод в реальное значение (ибо для 0603 с 1% точности уже обозначение не цифра-цифра-множитель, а целая таблица)

Если я правильно понимаю (а с высокой вероятностью я таки ошибаюсь) — VR1 задаёт начальное смещение, то есть регулирует ноль, а VR2 и VR3 — калибровка по постоянке и переменке соответственно.

Режим AC отличается кроме другой выходной цепи и потенциометра — включенным последовательно конденсатором. Нафига это нужно — как по мне тайна великая есть. Видимо, чтобы отсечь постоянное смещение, которое неминуемо в клещах на датчиках холла. Чем это будет отличаться от переключения тестера в режим AC — уж я и не знаю. Как по мне — лучше бы подстроечник для этой цели ввели, оперативно 0 выставлять на постоянке.

Теперь измерения. Как я уже писал в заголовке — клещи рассчитаны на большие токи. Поэтому на малых токах точность будет никакая, но тем не менее попробуем проверить.

постоянка:

переменка:

Как видим, если на постоянке точность еще куда ни шло, то на переменке ну совсем не в дугу. впрочем, измерение переменных токов меня волнуют мало, а таких высоких — не волнуют вовсе, так что лично для меня это проблемой не является, но если я правильно понимаю, можно при желании подстроить (?) при помощи VR2 и VR3, что я и сделал для постоянного тока, хоть и не сфоткал. Но получилось не более +-0.1А с эталонным тестером, на вышеприведенных же токах, что я считаю вполне себе неплохим результатом. Ну не рассчитаны они на такие токи. Им нужны десятки и сотни ампер — там они покажут точнее и «раскроются в полной мере».

Принцип работы

Способность измерять большие переменные токи токовыми клещами основана на простом действии трансформатора. Когда клещи смыкаются вокруг проводника, ток находится в устройстве подобно железному сердечнику силового трансформатора, и течет по вторичной обмотке, подключенной через входной шунт. Значительно меньший ток подается на вход прибора из-за отношения количества витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Обычно первичная обмотка представлена одним проводником, вокруг которого зажимаются клещи. Если вторичная обмотка имеет 1000 витков, то вторичный ток составляет 1/1000 часть первичного, или, в данном случае, проводника. Таким образом, 1 А трансформируется в 0,001 А или 1 мА на входе прибора. Такой метод позволяет легко измерять большие токи, увеличивая число витков вторичной обмотки.

Принцип действия и строение

Обжимные клещи для опрессовки наконечников проводов

Клещи Дитце (второе название токовых измерителей) применяют для замера переменного тока без разрыва цепи. Внешне прибор напоминает обыкновенные клещи. Раздвижная скоба образует подвижную окружность, которой охватывают токопровод, не касаясь его.

Измерение тока в кабеле

В зависимости от сложности конструкции, клещи могут быть оснащены встроенным прибором – мультиметром с дисплеем. Простые устройства бывают двуручными с длинными изолированными рукоятками, рассчитанными на замеры от 2 до 10 кВ. Компактные одноручные клещи измерительные рассчитаны до 1000в.

Строение клещей

Измерительный инструмент по конструкции разделяют на два вида:

1. Прибор на основе трансформатора.
2. Инструмент с датчиком Холла.

Прибор на основе трансформатора

Этот тип приборов для замеров характеристик электричества использует величину потенциала в собственном трансформаторе. Магнитопроводы (полускобы), охватывая проводник, возбуждают в своём теле ток от наведённого магнитного потока вокруг кабеля. В измерительной обмотке внутри прибора наводится ЭДС, величина которой отражается на циферблате или дисплее инструмента.

Инструмент сдатчиком Холла

В таких устройствах используют вместо трансформаторной обмотки датчик Холла. В размыкаемой скобе помещена эта деталь. ЭДС в датчике находится в прямой пропорциональной зависимости от тока испытуемого проводника. Электронная схема, анализируя изменения этой величины, выдаёт значения в цифрах на дисплей измерителя.

Токовые клещи: инструкция по замеру сопротивления

Сопротивление измеряется в омах. Его значение может варьироваться от нескольких миллиом у контактов до миллиардов ом у изоляторов. Большинство токовых клещей измеряют сопротивление с разрешением 0,1 Ом. Когда его значение превышает верхний предел или цепь разомкнута, на дисплее появляется надпись OL.

Замер данного параметра должен производиться при отключенном питании, иначе прибор или контур будут повреждены. Некоторые устройства обеспечивают защиту в режиме измерения сопротивления на случай контакта с напряжениями. У разных моделей уровень защиты может сильно различаться.

Наиболее часто требуется определить электрическое сопротивление катушки контактора.

Порядок измерения следующий:

1. Отключить питание цепи.
2. Выбрать режим измерения сопротивления.
3. Подключить черный провод щупа к гнезду COM, а красный – к гнезду Ω.
4. Прикоснуться наконечниками зонда с обеих сторон элементов или участка цепи, для которых требуется определить сопротивление.
5. Считать показания прибора.

Технология пользования

Как пользоваться токовыми клещами, можно узнать из прилагаемого руководства по эксплуатации прибора. Документация такого характера обязательно прилагается к измерительному устройству. Сам порядок обращения с инструментом довольно прост. Клещами охватывают проводник и снимают выходные данные прибора. Однако здесь есть свои хитрости и нюансы.

Полезные нюансы проведения измерений

Иногда при измерении небольших токов возникает трудность снятия показаний клещей-мультиметра. Небольшая сила тока не может быть зафиксирована по причине недостаточной чувствительности измерительного устройства.

Для этого был придуман простой способ получения данных в этих условиях. Делают это так:

1. Провод посередине длины сгибают на небольшом участке вдвое;
2. Полученную петлю продевают в проём магнитопроводов 2 или 3 раза.
3. В результате в окне прибора оказывается несколько проводов.
4. Переключатель мультиметра устанавливают в положение минимального диапазона измеряемой величины.
5. Полученное число на дисплее прибора делят на количество проводников, находящихся в окне инструмента. Это будет реальная величина силы тока в одном проводе.

Дополнительная информация. Следует учитывать то, что такой способ снятия показаний допускает большую погрешность измерения. Единственный плюс – это быстрое получение замера силы тока исследуемого кабеля.

Что учитывать при выборе устройства

При выборе электроизмерительных клещей нужно исходить из следующего:

1. Какие проводники нужно обследовать: высоковольтные линии, промышленные кабели или проводку стандартной электрической сети.
2. Частота использования прибора.
3. Ограничение финансовых возможностей для приобретения той или иной модели токоизмерительных клещей.
4. Диапазон измеряемых характеристик тока (сила, напряжение, сопротивление, мощность).
5. Эргономика клещей.

Токоизмерительные клещи позволяют получить сведения о протекающей электроэнергии в кабеле или проводе, не отключая электросеть от источника тока и не нарушая целостности электросети.

Особые возможности

Следующие специальные функции могут облегчить использование токовых клещей:

• Экранные иконки позволят с одного взгляда понять, что измеряется (вольты, омы и т. д.).
• Функция удержания данных позволит зафиксировать показания на дисплее.
• Единый переключатель облегчает выбор измерительных функций.
• Защита от перегрузки предотвращает повреждение прибора и цепи, а также защищает пользователя.
• Автоматическое определение диапазона измерений обеспечивает постоянно правильный его выбор. Ручная установка позволяет фиксировать диапазон для повторных замеров.
• Наличие индикатора низкого заряда батареи обеспечит своевременную замену элементов питания.

Погрешность

Это максимально допустимая ошибка, которая может возникать при определенных условиях эксплуатации. Другими словами, это показатель того, насколько близко измеренное значение соответствует фактическому.

Погрешность прибора обычно выражается в процентах от показаний. Например, если она равна 1 %, то для 100 ампер фактическое значение тока находится в пределах от 99 до 101 А.

В дополнение к погрешности в спецификациях может указываться, насколько изменяется показание в крайнем правом разряде измеряемой величины. Например, если погрешность указана как ± (2 % + 2), то для 100,0 А фактический ток находится в диапазоне 97,8–102,2 А.