Токовые клещи постоянного тока

Порядок работы с токоизмерительными клещами

Способы измерения с помощью токоизмерительных клещей в целом ничем не отличаются при использовании бытовых мультиметров (до 1000 Вольт) или профессиональных (свыше 1000 Вольт) приборов.

Рассчитанный на домашнее использование тестер с клещами будет иметь гораздо больше функций, а специализированным устройством в бытовых условиях чаще всего будет нечего измерять.

В зависимости от цели измерений, весь процесс с помощью клещей, совмещенных с мультиметром, будет проходить следующим образом:

• Среди проводов выделяются тот, с которого надо снять показания. Если обхватить клещами сразу несколько проводников, то результат измерения будет неправильным.
• На тестере выставляется необходимый режим и диапазон. Если измеряется переменный ток, то это будут литеры AC, а когда прибор поддерживает измерение постоянного, то DC. При этом, на шкале надо выбрать значение чуть больше того, которое планируется измерить. Если предполагаемая сила тока неизвестна, то начать измерения надо с самой большой шкалы.
• Клещи раскрываются и нужные проводник помещаются внутри. Для наиболее точного измерения провод желательно расположить по центру контура, перпендикулярно корпусу прибора.
• Измерение произойдет автоматически и на дисплее отобразятся результаты.

Как правильно измерять ток с помощью токовых клещей для переменного и постоянного тока

Для измерения параметров постоянного тока первым делом нужно выставить диапазон его работы. Дальнейшая пошаговая инструкция имеет следующий вид:

Изолировать аппарат от проводов и других устройств дабы избежать ложных наводок;

Включение и сброс значений

Нажать кнопку обнуления. Часто ее обозначают как «Sel»;

Проверка сброса

• Начать замер с учетом того, что нужно захватывать только один провод;
• Ухватить провод так, чтобы он оказался в полости прищепки, и расположить его так, чтобы он оказался по центру;

Замер электротока при постоянном напряжении

Зафиксировать показания.

Значение может получиться с отрицательным знаком. Это определяется направлением течения тока. На губках прибора могут быть стрелки, которые показывают направление движения электротока. Следовательно, если прибор перевернуть, то будет показано значение без минуса.

Стрелка на клещах показывает направление движения сил тока

Для замера переменного электротока можно взять простую лампочку и подключить ее к сети на 220 Вольт. Дальнейший порядок таков:

Установить мультиметр в сектор измерения переменного тока ~А и зафиксировать показания;

Проверка показаний мультиметром

Произвести эти же измерения с помощью щупов и получить аналогичные значения. Цепь не должна быть разорвана.

Проверка показаний токоизмерительными клещами

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».

Приставка наноамперметр к мультиметру

В этом устройстве использовался усилитель TS1001. Особенность, которая отличает микросхему TS1001, заключается в чрезвычайно низком энергопотреблении, схема работает нормально даже при напряжении 0,8 В и потребляет ток 0,8 мкА. Следовательно будет отлично работать в аккумуляторных устройствах, а энергопотребление её настолько мало, что даже не требуется пользоваться кнопкой подачи питания. Применяя разное значения резистора, разрешения варьируются от 1 мА / В до 1 мкА / В в четырех поддиапазонах. Используя любой популярный мультиметр можно измерить ток в диапазоне наноампер. Входной ток смещения усилителя TS1001 составляет 25 пА, поэтому самый низкий диапазон был специально выбран 1 мкА / В. Подробнее здесь…

Проверенный «бюджетный» вариант

Вот, что надо предпринять для изготовления такого варианта:

• в ферритовом кольце пропилить канавку по толщине корпуса;
• на эпоксидный клей посадить МС;
• сделать определенное количество витков на кольце (кол-во витков будет зависеть от конкретного напряжения);
• в итоге получится бесконтактный вариант реле, функционирующий на электромагнитной основе.

Точность срабатывания такого ДТ и регулярность достаточно высокая. Единственным недостатком схемы можно назвать кол-во витков, определяемых чисто эмпирически. На самом деле расчетов конкретного типа нигде и нет. Приходится определять число витков для конкретного сердечника.

Принцип действия

Для чего предназначены токоизмерительные клещи

Они представляют собой разновидность электрического тестера с широкими губками, которые могут зажимать электрический проводник. Первоначально они разрабатывались как универсальный инструмент для измерения переменного тока. Однако по мере совершенствования своей конструкции в составе клещей появились входы для приёма измерительных проводов и другие датчики, которые поддерживают широкий диапазон измеряемых величин. Незаменимые в качестве контрольного инструмента, зажимы измерителя облегчают работу в ограниченных пространствах и позволяют работать с проводниками под напряжением без прерывания цепи. Являясь высокоточным измерителем, клещи не могут быть изготовлены в неспециализированных мастерских или своими руками.

В измерительных клещах реализуется принцип магнитной индукции, который позволяет определить значение тока бесконтактным способом. Электрический ток, протекающий через проводник, наводит вокруг него магнитное поле. Поскольку полярность часто меняется, то при этом происходят динамические колебания магнитного поля, которые пропорциональны силе тока.

Все типоразмеры токоизмерительных клещей работают с использованием эффекта Холла — наличия поперечного напряжения, возникающего при помещении проводника в магнитное поле. Внутри корпуса находится трансформатор, который определяет интенсивность магнитных колебаний, преобразуя их значение в показание силы переменного или постоянного тока. Поэтому, даже при небольшом значении возникшей разности потенциалов, датчик обнаружит магнитное поле. Это напряжение, которое пропорционально току, затем усиливается и измеряется (смотреть рисунок 1). Таким образом измеряются очень мощные токи.

Рисунок 1. Схема измерения переменного тока

Как измерить ток, используя трансформатор

При пропускании проводника через зажимы прибора, ток проходит через эти зажимы, выполняя роль железного сердечника силового трансформатора. Далее ток поступает во вторичную обмотку, которая подключена через шунт входа измерителя. Из-за соотношения количества вторичных обмоток к числу первичных обмоток, намотанных вокруг сердечника, ток, поступающий на вход, намного меньше. Обычно первичную обмотку представляет один проводник, вокруг которого зажаты губки. Если вторичная обмотка будет, например, иметь 1000 витков, то ток вторичной обмотки будет в 1000 раз меньше того, что протекает по первичной обмотке. Таким образом, 1 ампер в измеряемом проводнике будет производить только 1 миллиампер на входе прибора. Увеличив число витков во вторичной обмотке, можно легко измерить мощные токи.

Как измерить постоянный ток, ведь он протекает через проводники с фиксированной полярностью? Здесь магнитное поле вокруг проводника не изменяется, и обычным способом зарегистрировать соответствующие показания невозможно. Поэтому клещи вокруг такого проводника замыкают с некоторым зазором (смотреть рисунок 2).

Классификация

По представлению измеряемых показателей мультиметры разделяют на аналоговые (стрелочные) и цифровые. В аналоговых тестерах отклонение стрелки на градуированной шкале показывает результат измерения. Цифровые мультиметры информацию отображают в виде цифр на жидкокристаллическом или подобном ему экране.

Принципиальная схема мультиметра со стрелкой выглядит проще, чем у его собрата, поэтому зачастую для цифрового прибора в инструкции предоставляют функциональную или структурную схему.

По конструкции их можно так же разделить на два вида:

• стационарные;
• мобильные (карманные).

Наиболее простые – это стрелочные карманные мультиметры. Они представляют собой микроамперметр с набором высокоточных резисторов большого и малого номинала, а для измерения сопротивления имеют встроенный источник питания.

Как правило, это высокоточные приборы со сложной схемой, используемые в лабораториях и различных сервисных центрах.

Дополнительно они имеют разъемы типа RS232, которые позволяют подключаться к компьютерам и создавать на их базе информационно-измерительные системы. В специализированных промышленных комплексах их используют в виде отдельных блоков совместно с другой аппаратурой.

Кроме измерения основных параметров тока в них закладывают еще другие возможности

Некоторые могут измерять температуру, частоту, скважность, выступать в роли генератора синусоидальных или прямоугольных сигналов

Устройство мультиметра стационарного типа таково, что в нем используются достоинства аналоговых и цифровых приборов. Например, управляемый микропроцессором жидкокристаллический экран, представляет информацию в удобном для восприятия виде. Кроме цифровых показаний, он выдает изображение шкалы и стрелки в соответствующем сигналу положении, как на аналоговом мультиметре.

ElektroMaster.org Ремонт и обслуживание бытовых электроприборов своими рукамиСоветы, руководства..

Яндекс.Директ

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор.

(Примером амперметра с трансформатором являются «токовые клещи»

Амперметр

Токовые клещи — Амперметр для бесконтактного измерения больших токов, позволяет измерять силу тока бесконтактным способом с высокой точностью, не прерывая подачу электроэнергии потребителям.

При измерении силы тока щупы клещей, в которых вмонтированы ферритовые сердечники, как бы обхватывают проводник, оставаясь полностью изолированными от открытых участков проводов.

Важно

За счет образования ферритами колебательного контура при протекании тока по проводнику возникает магнитная индукция, значение которой прямопропорционально силе тока, протекающей по проводнику.

Это значение регистрируется токовыми датчиками токоизмерительных клещей  и преобразуется в значение силы тока, которое либо высвечивается на дисплее токовых клещей (если он конструктивно предусмотрен), либо выдает значение на внешний мультиметр через выносные щупы. В зависимости от модификации, токовые клещи  могут производить измерения силы как постоянного тока, так и переменного.

Токовые клещи

Общая характеристика

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.Принцип действия

Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока.

Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах — через трансформатор.

В материале частично использована информация с wikipedia.org

Измерение переменного тока

Linear Technology производит микросхемы прецизионных преобразователей среднеквадратичного значения переменного напряжения в постоянное — LTC1966 и LTC1967, характеристики которых приведены в таблице 6.

Таблица 6. Микросхемы для измерения переменного тока

	Максимальная амплитуда входного напряжения, В	Максимальный коэффициент формы входного	Погрешность коэффициента передачи, при +25 °С, %,	Погрешность передачи диапазоне температур,	Полоса пропускания (–0,1 %), кГц	Полоса пропускания, –3 дБ, кГц	Напряжение питания, В	Ток потребления, мкА, макс	Рабочий диапазон температур, °С	Корпус
LTC1966	1	4	0,3 (50 Гц…1 кГц)	0,4 (50 Гц…1 кГц)	6	800	2,7–5,5	170	–40…+85	MSOPA8
LTC1967	1	4	0,3 (50 Гц…5 кГц)	0,4 (50 Гц…5 кГц)	40	4000	4,5–5,5	390	–40…+85	MSOPA8

Коэффициент передачи микросхем определяется формулой:

На рис. 14 изображена схема включения LTC1966 для измерения переменного тока с использованием трансформатора тока.

Рис. 14. Схема измерения переменного тока с LTC1966

Большое количество практических схем контроля и регулирования тока применения микросхем-мониторов тока приведено в документах .

Существуют и другие микросхемы датчиков тока, основанные на использовании эффекта Холла и «гигантского» магниторезистивного эффекта. Они применяются для бесконтактного измерения тока. Тем не менее, рассмотрение их характеристик и применения выходит за рамки данной статьи.

Возможности токоизмерительных клещей

Если изначально клещи создавались как дополнение к профессиональным измерительным приборам, то дальнейшие возможности промышленности по миниатюризации и упрощении устройств сделали этот прибор относительно недорогим и доступным рядовым пользователям для бытового применения.

При этом сфера его использования постоянно растет и только стандартные задачи, которые можно выполнять с его помощью включают следующие пункты:

• Измерение силы тока в отдельно взятом проводнике, который мало того, что не отсоединен от схемы, но и находится под напряжением.
• Определение фактической мощности любого электроприбора в разные моменты времени и в зависимости от нагрузки.
• Определение фактической нагрузки на всю электросеть дома или квартиры «в реальном времени».
• Проверка электросети на предмет несанкционированного подключения.
• Проверка наличия утечки тока на корпус электроприбора.

OPA454

— новый недорогой высоковольтный операционный усилитель компании Texas Instruments с выходным током более 50 мА и полосой пропускания 2,5 МГц. Одно из преимуществ — высокая стабильность OPA454 при единичном коэффициенте усиления.
Внутри ОУ организована защита от превышения температуры и перегрузки по току. Работоспособность ИС сохраняется в широком диапазоне напряжений питания от ±5 до ±50 В или, в случае однополярного питания, от 10 до 100 В (максимум 120 В). У OPA454 существует дополнительный вывод «Status Flag» — статусный выход ОУ с открытым стоком, — что позволяет работать с логикой любого уровня. Этот высоковольтный операционный усилитель обладает высокой точностью, широким диапазоном выходных напряжений, не вызывает проблем при инвертировании фазы, которые часто встречаются при работе с простыми усилителями.
Технические особенности OPA454:
Широкий диапазон питающих напряжений от ±5 В (10 В) до ±50 В (100 В)
(предельно до 120 В)
Большой максимальный выходной ток > ±50 мА
Широкий диапазон рабочих температур от -40 до 85°С (предельно от -55 до 125°С)
Корпусное исполнение SOIC или HSOP (PowerPADTM)
Данные на микросхему приведены в «Новости электроники» №7 за 2008г. Сергей Пичугин

Принцип работы измерительных клещей

Принцип работы электроизмерительных клещей во многом похож на работу подстанции – имеется измерительный трансформатор и прибор для замера электрических параметров: тока, напряжения и т.п. Как вы знаете, любой, в том числе и измерительный, трансформатор состоит из двух и более обмоток.

В электроизмерительных щипцах первой обмоткой является проводник, измерение силы тока которого мы производим. Вторая обмотка с большим количеством витков находится в самих щипцах. Прибор анализирует ток во вторичной обмотке и с учетом известного коэффициента трансформации высчитывает величину электротока в проводнике.

На рисунке ниже можно наглядно посмотреть принцип работы этого измерительного устройства.

Стоит отметить, что измерения тока электроизмерительными щипцами не сложное и очень удобное занятие. Нужно всего лишь установить на рукоятке необходимую величину, разомкнуть рукоятки, пропустить в клещи проводник и отпустить одну рукоятку.

Электронная схема токовых клещей

Принципиальная электрическая схема приставки к мультиметру изображена на рисунке 2. При протекании тока по электропроводу, вокруг него появляется магнитное поле, и датчик Холла фиксирует силовые линии, проходящие через него, и формирует некоторое постоянное напряжение на выходе.

Данное напряжение усиливается (по мощности) ОУ А1 и идет на выводы мультиметра. Соотношение напряжения на выходе от протекающего тока: 1 Ампер = 1 мВольт. Подстроечные сопротивления R3 и R6 — многооборотные. Для настройки необходим лабораторный блок питания с минимальным током на выходе около 3А, и встроенным амперметром.

Сперва подсоедините данную приставку к мультиметру и выставьте её на нуль путем изменения сопротивления R3 и среднем положении R2. Далее, перед любым измерением необходимо будет выставлять ноль потенциометром R2. Выставьте на блоке питания наименьшее напряжение и подсоедините к нему большую нагрузку, например, электролампу, применяемую в фарах автомобиля. Затем на один из проводов, подсоединенный к данной лампе, зацепите «клещи» (рисунок 1).

Повышайте напряжение, до тех пор, пока амперметр блока питания не покажет 2 ампера. Подкрутите сопротивление R6 так, чтобы величина напряжения мультиметра (в милливольтах) соответствовала данным амперметра блока питания в амперах. Еще несколько раз проконтролируйте показания, меняя силу тока. Посредством этой приставки возможно мерить ток до 500А.

Что бы измерить большой ток используют бесконтактный способ, — специальными «токовыми клещами». Это электронный измерительный прибор, чем то похож на мультиметр, у которого сверху торчит своеобразная прищепка. Эту прищепку цепляют на провод и на экране наблюдают показания тока в данном проводе. Короче говоря, измеряют ток потребителя — асинхронного электродвигателя, водонагревателя, электрочайника и т. д

Преимущества такого способа очевидны, — чтобы измерить силу тока не нужно рвать цепь, что особенно важно при измерении больших токов

«Токовые клещи» для обычного мультиметра можно сделать самостоятельно, если у вас есть чувствительный датчик Холла, например, UGN3503. На рисунке 1 показана конструкция самодельной «клещи». Нужен, как уже сказано, датчик холла, а так же, ферритовое кольцо диаметром 20-25 мм и большой «крокодил», например, для подключения чего-либо к автомобильному аккумулятору. Кольцо нужно точно и аккуратно разломать на две половинки. Для этого кольцо нужно предварительно подпилить медицинской пилкой для ампул. Затем, поверхности слома обработать мелкой шкуркой. С одной стороны на одну из половинок кольца наклеить прокладку из толстой бумаги (чертежный ватман). С другой стороны на одну из половинок кольца наклеить датчик Холла. Клеить удобнее всего эпоксидным клеем, но так, чтобы датчик плотно прилегал к месту разлома кольца. Затем, сложив обе половинки кольца как показано на рисунке 1 их нужно вставить в «пасть крокодила» и приклеить к «челюстям крокодила» тем же эпоксидным клеем.

В результате должна получиться конструкция, схематически показанная на рисунке 1. При нажиме на ручки «крокодила» ферритовое кольцо должно раскрываться вместе с его «челюстями».

Теперь о электронной части.

Принципиальная схема приставки к мультиметру показана на рисунке 2. При прохождении тока по проводу вокруг него возникает магнитное поле, силовые линии которого пронизывают датчик Холла, и на его выходе появляется некоторое постоянное напряжение. Это напряжение усиливается по мощности операционным усилителем А1 и поступает на вход мультиметра. Зависимость выходного напряжения от тока: 1А = 1 mV.

Подстроечные резисторы R3 и R6 должны быть многооборотными.

Для налаживания нужен лабораторный источник питания с выходным током не менее ЗА, со встроенным амперметром.

Сначала подключите приставку к мультиметру и откалибруйте её на нуль подстройкой R3 при среднем положении R2. Затем, перед каждым измерением нужно будет устанавливать ноль переменным резистором R2.

Установите на источнике минимальное напряжение и подключите к нему мощную нагрузку, например, лампу от автомобильной фары.

На один из проводов, идущей к этой лампе, нацепите «клещу» (как показано на рисунке 1). Увеличивайте напряжение пока амперметр источника не покажет 2-2,5А. Подстройте R6 так, чтобы показание мультиметра в милливольтах были равны показанию амперметра источника в амперах. Проверьте показания, изменяя силу тока в ту и другую сторону (уменьшая — увеличивая ток и сравнивая с амперметром источника).

При помощи данной приставки можно измерять ток до 500А. Например, можно измерить ток потребления автомобильным стартером в момент пуска двигателя.

Принцип работы токоизмерительных клещей

Работа токоизмерительных клещей переменного тока построена на использовании одновиткового трансформатора тока и встроенного амперметра. Подробная схема устройства прибора, приведена на рисунке ниже.

а — схема простейших клещей с использованием принципа одновиткового трансформатора тока;

б — схема, сочетающая одновитковый трансформатор тока с выпрямительным устройством;

1 — проводник с измеряемым током;

2 — разъемный магнитопровод в форме клещей;

3 — вторичная обмотка;

4 — выпрямительный мостик;

5 — рамка измерительного прибора;

6 — шунтирующий резистор;

7 — переключатель пределов измерений;

8 — кнопка (скоба) разжатия клещей.

У трансформатора две обмотки – первичная и вторичная. Первичная обмотка представляет собой обычный провод (шину), в котором и производятся измерения тока. Вторичная обмотка находится в самих токовых клещах.
Эта обмотка состоит из большего, чем первичная обмотка, количества витков, обмотанных вокруг магнитопровода. Амперметр подключен ко второй обмотке.

Проводя измерения, по токоведещему проводнику
, «окольцованному» магнитопроводом прибора, протекает переменный ток
, вследствие чего в магнитопроводе возникает магнитный поток. Во вторичной обмотке появляется электрическая индукция. Ток, протекающий по второй обмотке, измеряет амперметр.