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

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

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.

Читайте также:  Что такое селективность в электрике

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.

Токовые клещи

Что такое токовые клещи

Токовые клещи – это прибор, который замеряет силу тока без разрыва цепи.

Для того, чтобы замерять ток мультиметром, надо каждый раз разрывать провод, что не очень удобно на практике.

С помощью токовых клещей вопрос решается на раз и два.

Виды токовых клещей

Существуют два вида токовых клещей:

  1. Токовые клещи постоянного тока.
  2. Токовые клещи переменного тока.

Клещи, которые могут замерять силу тока постоянного напряжения сделаны на эффекте Холла – они в разы дороже. Но они также сочетают в себе и токовые клещи переменного напряжения.

Клещи, которые замеряют силу тока переменного напряжения сделаны на принципе трансфор матора, поэтому они дешевые. Они не могут измерять силу тока постоянного напряжения.

Внешне они друг от друга ничем не отличаются. Я рекомендую брать те, которые умеют измерять силу тока как постоянного, так и переменного напряжения.

Измерения токовыми клещами

Не так давно я себе заказал токовые клещи Mastech. До чего понравился прибор! В руке лежит как литой, да и переключать крутилку очень удобно большим пальчиком. Эти клещи умеют измерять силу тока как постоянного, так и переменного напряжения.

Нажимаем на курок, и губки раздвигаются)

Но на этом ништяки не заканчиваются. В комплекте идет полнофункциональный мультиметр с автоматическим подбором диапазонов.

Давайте проверим на работоспособность данный прибор и глянем на сколько он врет. Настало время опытов. Погнали!

Собираем схемку из лампочки на 12 В и и блока питания. На блоке питания тоже выставляем 12 Вольт.

Замеряем силу тока постоянного напряжения с помощью блока питания, потом замеряем силу тока с помощью китайского мультиметра, ну а потом замеряем силу тока токовыми клещами и сравним показания всех эти трех амперметров, встроенных в наши приборчики.

Итак, сначала у нас силу тока будет замерять сам лабораторный блок питания:

Лампочка потребляет 1,7 Ампер

Теперь меряем силу тока вот по такой схеме китайским мультиметром DT9202

Результат такой же, как и на блоке питания. 1,7 Ампер.

Замеряем силу тока постоянного напряжения

Ну а теперь в дело идут токовые клещи. Для начала выбираем диапазон измерения постоянного тока:

Потом убираем прибор подальше от разных проводов и других приборчиков, чтобы не было наводок. Далее нажимаем желтую кнопочку “SEL”, обнулив наши клещи

Вот теперь полный порядок, можно и замерять 😉

При замере силы тока клещами есть золотое правило: всегда захватываем только один провод!

Слева – правильный замер, справа – неправильный.

Хватаем проводок, чтобы он у нас был в полости губок. Расположите проводок по центру полости – так измерение будет чуточку точнее.

Получили 1,71 Ампер, что и требовалось доказать ;-).

Но почему значение с минусом, то есть “-1,71 Ампер”. В чем дело?

Если присмотреться, то можно увидеть стрелочку на одной из губок, которая показывает направление движения электрического тока.

Значит, в нашем опыте электрический ток течет в направлении, противоположном стрелочке, так как на дисплее высвечивается значение с минусом.

А давайте перевернем клещи:

Прибор показывает 1,73 Ампера. Ну вот, сейчас значок “минус” исчез. Значит ток течет по направлению стрелки. Погрешность измерения токовых клещей составила 30 миллиампер. Думаю, это вполне нормальная погрешность для такого прибора.

Замеряем силу тока переменного напряжения

Давайте теперь замеряем силу тока переменного напряжения. Для этого возьмем лампу накаливания на 220 Вольт

и подключим ее к сети 220 Вольт вот по такой схеме, чтобы замерить силу тока переменного напряжения

Ставим на мультиметре крутилку на значок

A, что означает измерение силы тока переменного напряжения и смотрим на показания

Мультиметр показывает 70 миллиампер.

Ну а теперь замеряем все это дело с помощью клещей, поставив крутилку на значок

A, не разрывая цепь:

Тоже 70 миллиампер 😉

Ну вроде бы все сходится). Одно нажатие на курок, и замер сделан! Не прибор, а чудо)

Маленькие хитрости при замерах

Есть также еще одна фишка для замера малой силы тока. Но для наглядности я покажу на большой силе тока. Используем всю ту же самую лампу накаливания на 12 вольт и лабораторный блок питания с выставленным напряжением в 12 Вольт.

Делаем первый замер:

Токовые клещи показали 1,75 Ампер. Видать лампа еще на нагрелась, поэтому выдало чуть больше, чем в прошлом опыте.

Читайте также:  Реле напряжения для квартиры

А теперь знаете что? Давайте сложим замеряемый проводок бубликом в два витка и снова сделаем замеры:

На дисплее высветилось значение 3,54 Ампера.

Добавим еще один виток. Итого стало 3 витка:

Прибор нам показал 5,31 Ампера.

Ну и напоследок добавим еще один виток. Итого стало 4 витка:

Прибор нам показал 7,12 Ампер.

Не заметили никакую закономерность? А она до боли простая:

Общий ампераж = количество витков помноженный на ампераж одного витка.

То есть если у нас 4 витка показывает 7,12 Ампер, то 7,12/4=1,78 Ампер

Если 3 витка показывает 5,31 Ампер, то 5,31/3=1,77 Ампер

И для двух витков, получаем 3,54/2=1,77 Ампер.

То есть по сути, чтобы точнее измерить малые токи, мы наматываем как можно больше витков, замеряем, а потом делим значение на токовых клещах на количество витков.

Где купить токовые клещи

Как я уже сказал, их можно без труда найти на Алиэкспрессе.

Заключение

В заключении хотелось бы сказать, что токовые клещи мне очень понравились, не только потому что они могут замерять силу тока, но и содержат в себе полноценный мультиметр с автоматическим определением диапазона. Вот на них документац ия на русском языке. Ну что могу еще сказать? Микроамперы и миллиамперы особо не замеряешь. Так что данный класс прибора можно отнести к промышленной электронике, где “гуляют” большие токи. Но в моей домашней лаборатории этот прибор все равно найдет достойное место.

Сообщества › Автоэлектрика › Блог › Токовые клещи. Помогите советом

Всем привет) Хочу приобрести таковые клещи для ремонта авто. Интересует функция true rms, переменный и постоянный ток (не ниже 600А) и измерение температуры.
Помогите в выборе. Вдруг кто с этим сталкивался или кто работает с таковыми, какими пользуетесь вы?

Фото для привлечения внимания

Комментарии 22

Народ.
Подскажите плиз самые дешевые клещи постоянного тока.
Для измерения тока утечки в авто.
Можно с али.

Народ поскажите есть клещи на 12В хочу найти прибор чтоб не взрывать изоляцию.

А смысл таких токов они меряется только клещами а там погрешность и малые токи типа утечек ими нн померить.если только у них нет возможности через себя пропускать токи но они там до 10а обычно.

и такие

такие есть

такие себе хочу подарить www.chipdip.ru/product/ut204
на али в половину дешевле

вот такие клещи измеряют в том числе и постоянный ток, могут измерять и мощность. дисплей подсвечивается. удобный инструмент, не пожалел что купил.

И еще вопрос зачем для машины trueRMS

Да они будут использоваться не только в авто, а если брать то уже многофункциональные

Проблема в том что по настоящему многофункциональные стоят очень дорого. Ибо если надо бюджетно 600А мерить то точность на низких токах будет никакая, а trueRMS это опять + к цене.

Не ниже 600А, а для какой машины?

Наверно карьерная техника)

Функция постоянного и переменного тока переключается просто бегунком( у меня).Меряют относительно точно. Измерение происходит на основании магнитного поля, что образуется вокруг проводника. У меня клещи без температуры. Мастеч фирма нормальная.

У меня Mastech MS2115A. Хватает для всего. 🙂

true rms эта функция в них есть?

Пользуюсь такими…
удобные, дешевые,
нормально меряют и переменный ток и постоянный клещами.
Температуру не мерял, вернее не знаю есть ли такая функция там.
Под капотом авто токи хорошо меряет, и небольшие токи и пусковые стартера.
но совсем маленькие токи утечки клещами не померить.

Удобен фонарик в зеве магнитопроводов и подсветка шкалы, можно в темноте мерять.

Малые токи меряются на “ура”. Вот здесь я искал утечку тока www.drive2.ru/b/462049146803586314/ Для этого нужно брать клещи ТОЛЬКО для постоянки (для переменки они в авто не нужны), с режимом до 40 А, например.

Малые, я имел ввиду 5-20мА. Показывал примерно

Так тебе на утечку меньше 0, 1 не надо. И кстати, в доках конкретно прописана допустимая погрешность на токовой шкале.

Клещи для измерения постоянного или переменного тока

Достаточно часто даже в бытовых условиях появляется необходимость измерить постоянный или переменный ток, не повредив при этом целостности электрической цепи. С этой целью были изобретены специальные токоизмерительные клещи и прибор с аналогичными конструктивными особенностями для переменного тока.

Применение электрических измерительных клещей

Токоизмерительные клещи для постоянного и переменного тока предназначены для измерения силы тока без разрыва цепи. Ни один из аналогов не дает такого функционала. Например, для замера параметров мультиметром обязательно нужно разрывать провод, что не очень удобно и безопасно.

Подсоединить токовые клещи для измерения постоянного и переменного тока можно к любому проводу, при этом не имеет значения, заизолирована его поверхность или нет. Во время работы клещи требуется накладывать на провод или всего на одну шину. Величина измеряемого параметра должно отобразиться на панели.

Читайте также:  Сборка электрического щита своими руками

Большинство современных моделей оснащены специальной фиксирующей кнопкой, которая позволяет снять показания в труднодоступных местах.

Клещи для замера силы тока обладают достаточно большим перечнем функций. Используются в следующих случаях:

  • Вычисление количества электроэнергии, потребляемой конкретным электрическим прибором.
  • Определения мощности оборудования.
  • Вычисление фактической нагрузки сети.

Приборы активно используют на различных промышленных предприятиях, электростанциях, заводах, а также в других отраслях. В быту тоже часто используются для определения мощности домашней бытовой техники.

Способы измерений токовыми клещами

Используется всего два способа измерения параметров электрического тока в цепи. Первый заключается в непрямом или индуктивном измерении тока, а второй относят к прямому измерению.

Индуктивный способ

Метод используют с применением трансформаторов тока или токоизмерительных клещей, к которым есть возможность дополнительно подключить амперметры. Однако стоит учитывать, что они измеряют только вторичный ток трансформатора.

В данном случае клещи токоизмерительные постоянного и переменного тока работают по принципу трансформатора тока. Первичная обмотка – измеряемый проводник, вторичная – непосредственно клещи.

Достоинства непрямого способа:

  • безопасность;
  • в сравнении с прямым способом, возможность измерять большие величины тока;
  • возможность проводить замеры без разрыва цепи;
  • простота и мобильность процедуры.

Среди недостатков индуктивного измерения стоит выделить большую погрешность и отсутствие возможности определять параметры в труднодоступных местах.

Прямой способ

Прямое измерение осуществляется с помощью обыкновенного амперметра, его подключают в месте разрыва электрической цепи. Суть способа заключается в прохождении тока непосредственно через амперметр. В конечном итоге на панели управления отображается полученная величина измеряемого параметра.

К достоинствам этого способа относится:

  • простота, легкость и удобство проведения вычислений;
  • точность измерений, которая зависит от качества и класса точности прибора.

К недостаткам следует отнести отсутствие возможности проводить замеры больших величин токов из-за технических характеристик. Также невозможно провести вычисления без разрыва на участке цепи.

Измерения в электроустановках напряжением выше 1000 В не имеют специфических особенностей. Токоизмерительные клещи позволяют быстро, с высокой точностью без особых усилий вычислить параметры тока в цепи.

Для снятия измерений требуется выполнить следующие манипуляции:

  • С помощью специального переключателя выставляется измеряемая величина.
  • Разводятся в сторону клещи и одеваются на проводник.
  • Рукоять опускают и прибор замыкают.

Оборудование проводит подсчет данных, после чего его можно отключать.

Преимущества и недостатки

Большой спрос на инструмент обусловлен преимуществами:

  • Возможность сохранять величины во встроенной памяти устройства.
  • Небольшие размеры приборов позволяют использовать их даже в труднодоступных местах.
  • Бесконтактный способ измерений позволяет увеличить допустимые пределы до 10 000 В, что не представляется возможным при последовательном включении амперметра в цепи.
  • Простота и безопасность измерений даже в электрических цепях, где напряжение может достигать 10 000 В.
  • Измерения клещами можно проводить без разрыва цепи для последовательного подключения оборудования.

Специалисты выделяют следующие недостатки:

  • Невысокая точность измерений: максимальный класс всего 2.5.
  • Провод должен иметь точное расположение относительно плоскости рамы, порой, в тесных условиях нет возможности выполнить это условие.

Стремительную популярность набирает универсальное оборудование, которое сочетает в себе функции токоизмерительных клещей и мультиметра. Цена таких приборов колеблется в довольно широком диапазоне.

Что нужно учитывать при выборе

Чтобы выбранное устройство могло выполнять все поставленные перед ним задачи, необходимо подобрать правильную модификацию с оптимальными техническими характеристиками. При совершении покупки следует придерживаться следующих правил:

  • Приобретать оборудование следует в специализированных магазинах или у официальных представителей производителей токоизмерительного оборудования. Если недостаточно опыта для самостоятельного выбора, можно получить консультацию от специалистов.
  • Перед покупкой важно провести тестовый запуск клещей и убедиться в максимально возможной точности измерений.
  • При выборе также следует обратить внимание на тип измеряемого тока. Оборудование, предназначенное для измерения переменного/постоянного тока, имеет маркировку АС/DС соответственно.
  • Для использования в быту рекомендуется отдавать предпочтение моделям, которые дополнительно вычисляют сопротивление цепи, напряжение и ее «прозвонку».
  • Перед приобретением нужно определиться, с какими величинами предстоит иметь дело при измерениях. Каждое устройство имеет, максимально и минимально допустимые значения.
  • Стоит воздержаться от покупки дорогостоящего прибора с большим количеством дополнительных функций, если необходим он будет исключительно для вычисления силы тока.
  • Следует анализировать диаметры шин и проводов, с которыми предстоит работать. На основании этих данных определяется размер клещей.
  • Тип датчика. Есть разные виды клещей, каждый из них может измерять силу тока в разных величинах, например, мА, А и АС. Это тоже следует учитывать при покупке.
  • Материал, из которого изготовлен корпус. Чтобы защитить человека от возможного поражения электрическим током, для изготовления должны использоваться только качественные материалы. Стоит воздержаться от приобретения моделей сомнительного качества, с неприятным запахом. Если в корпусе есть просветы, детали подвижны – сборка оставляет желать лучшего.

Выбрав определенную модель, важно внимательно ознакомиться с ее техническими характеристиками, а также убедиться в наличии сопутствующей документации и гарантийного талона.