Miernik cęgowy

Clamp Meter - urządzenie do bezdotykowego pomiaru prądu dowolnego obwodu bez potrzeby jego łamania, jak to ma miejsce w przypadku zwykłego amperomierza. To rozwiązanie techniczne zapewnia bezpieczeństwo personelu serwisowego. Szczególnie przydatny do pracy podstacji i innych źródeł o podwyższonym napięciu.

Historia rozwoju urządzeń pomiarowych

Pas Rogowski

Pas Rogowskiego jest uznawany za prototyp miernika cęgowego. Po raz pierwszy taką konstrukcję opisał w 1887 r. Profesor Uniwersytetu w Bristolu Chattok. Zaproponował, aby zwinąć cewkę w specjalny sposób na elastycznym pręcie wykonanym z kauczuku indyjskiego, tak aby wzbudzony emf w obwodzie był proporcjonalny do różnicy potencjału magnetycznego na jego końcach. Naukowiec przykrył cewkę drutu i zaangażował się w badania. Na przykład Chattok próbował określić odporność magnetyczną żelaza, stosując prawo Ampere.

Rogowski i Steijus byli również zainteresowani wspomnianą dziedziną fizyki. Recenzja Die Messung der magnetischen Spannung( 1912) podała opis tego potencjometru magnetycznego, ale bez odniesienia do działalności Chattok. Nie wiadomo na pewno, czy obaj wiedzieli, że ich urządzenie znane jest od ćwierć wieku. Konstrukcja cewki próbki:

1. Cewka jest ułożona wzdłuż elastycznego pręta.
2. Jego koniec jest owinięty wokół i każdy z nich zbliża się do początku.

Prosta konstrukcja daje szereg korzyści:

1. zapobiega wpływowi urządzenia na wyniki pomiarów;
2. , w przeciwieństwie do nowoczesnych kleszczy na rdzeniach magnetycznych, nie ma zjawiska nasycenia magnetycznego, staje się możliwe mierzenie prądów o dowolnej wielkości;
3. , z powodu poprzedniej przyczyny, uproszczono kalibrację: zależność jest liniowa i łatwo przybliżona w całym zakresie;
4. po prostu zmienia czułość urządzenia, dzięki czemu nadaje się do rozwiązywania różnych problemów;Pas
5. Rogowski staje się idealnym odbiornikiem prądu impulsowego( mała bezwładność), jest wykorzystywany w technologii cyfrowej, odpowiedniej do szacowania przemijających procesów, w których płyną typowe transformatory pomiarowe:

• sterowanie prądem precyzyjnych stacji lutowniczych i spawarek;Pomiar prądu w laboratorium
• ;Parametry łuku
• w piecach do wytapiania;
• urządzenia do automatycznego sterowania parametrami obwodu elektrycznego;
• ocena prądów rozruchowych dla turbin;
• symulacja zwarcia w elektrotechnice( patrz współczynnik transformacji);
• ze względu na bezwstrząsowy pas Rogowskiego jest dopuszczalny do dokładnej oceny złożonych przebiegów z komponentami harmonicznymi( prądami tyrystorowymi);
• są używane na kolei do pracy z sygnałami w czasie rzeczywistym;
• są używane do oceny prądów indukowanych przez pole magnetyczne w metalowych częściach transformatorów;
• zgodny z celami procesu edukacyjnego ilustrującego prawo Ampere.

Pas Rogowskiego jest idealnym narzędziem do badania obwodów o nieznanych wcześniej prądach. Dodatkową zaletą jest łatwość wytwarzania, możliwe jest uzyskanie narzędzia pomiarowego dla dowolnych konstrukcji, niezależnie od małych lub dużych wymiarów geometrycznych. Napięcie odbierane na wyjściu pasa Rogowskiego przechodzi przez wzmacniacz operacyjny dla wyraźnego efektu. Powstały prąd steruje przełącznikiem lub cyfrowym amperomierzem.

Ze względu na specyfikę prawa Ampera ścieżka pokrycia przewodnika cewką prądową, krzywymi lub bezpośrednimi rękami mistrza nie jest ważna. W najgorszym przypadku będzie to miało niewielki wpływ na dokładność, ale wynik pozostanie w zasadzie taki sam. Jednak obecny miernik cęgowy jest podobnie powiedziany: nie ma różnicy, przewodnik jest na środku lub na obwodzie.

Mimo tak długiego odkrycia, użycie pasa Rogowskiego nie było. Pierwszym patentem w tej dziedzinie jest Austriak, po nazwisku Werner, numer 191015( 1957), który opisuje możliwość badania gęstości strumienia magnetycznego za pomocą stalowej igły. Podobnego rodzaju urządzenie jest rozpatrywane w US2644135 A, ogłoszonym 20 marca 1950 r. I nie można znaleźć patentu na pas Rogowskiego. Najwyraźniej urządzenie nie zostało zgłoszone do biura.

Ale pas Rogowskiego pokazuje namacalną wadę, myśl wynalazcza musi iść dalej. Oznacza to konieczność szczelnego zamknięcia końców cewki. W przeciwnym razie konturu nie można uznać za spełniający warunki stosowania prawa Ampera. Równie ważna jest jednorodność konturu: zakłada się, że liczba zwrotnych zwojów jest stała na jednostkę długości, nawet w stanie zgiętym. Co nie zawsze jest wygodne z technologicznego punktu widzenia. Złożoność rozwiązano za pomocą obecnych szczypców zaciskowych.

Częstotliwość staje się drugim ograniczeniem pasa Rogowskiego. Dolna granica wynosi 0,1 Hz, a górna nie jest w porządku. Pomiary ultradźwiękowe są dość znośne do 1 MHz. A następnie trzeba zastosować integrację na rezystorze o niskiej rezystancji za pomocą własnego obwodu indukcyjności. Proces różni się od opisanego powyżej( prąd jest już mierzony, a nie EMF).Zasada ta rozszerza zastosowanie pasa Rogowskiego do 100 MHz.

Miernik cęgowy

W mierniku cęgowym stosowany jest rdzeń ferromagnetyczny. Elastyczność jest nieobecna, zakłada się, że zapewnia mechanizm do otwierania obwodu. Za pomocą specjalnego długopisu, naciskając go, master zakrywa przewód prądem. Pierwsza taka konstrukcja znajduje się w patencie US 1924039 A złożonym 7 grudnia 1932 r. William Hockley z Crompton Parkinson Ltd.pisze o swoim własnym wynalazku:

1. Rdzeń magnetyczny pęka w dwóch miejscach: na zakręcie i punkcie rozłączenia, aby pokryć badany obwód.
2. Narzędzie zawiera części składowe nowoczesnych mierników cęgowych. Nawet kształt obudowy jest podobny: prostokątny z bocznym przyciskiem do otwierania sprężynowego obwodu magnetycznego.
3. Wyróżnia się pewną liczbę granic pomiarowych, a każdy wykorzystuje własny ruchomy czujnik ruchomy. W ten sposób twierdzi się uniwersalność urządzenia.
4. Cewka pomiarowa jest nawinięta na tylną stronę rdzenia. Wskaźnik staje się zwykłym amperomierzem.

Patent twierdzi pierwsze( na świecie) zastosowanie ruchomego rdzenia, z którego wynika, że ​​obecne są cęgi prądowe w ich pierwotnej formie. Następnie powtarza idee, dzieje się to w patencie US2494206 A, ogłoszonym 23 kwietnia 1946 r. Jednak w tym ostatnim przypadku pojawia się wyjaśnienie, że siła DC mierzona jest przez zmianę pola przez przepuszczalność obwodu magnetycznego. Rzeczywiście, jest to coś nowego.

W patencie US 1924039 A mówiono o prądzie stałym, ale nie zaproponowano metody zaproponowanej do oszacowania parametrów. Jak wiadomo, tylko zmienny strumień magnetyczny indukuje emf w obwodzie, nie można go w tym przypadku zastosować.

Zjawisko tendencji do prądu stałego jest znane w technologii od 1921 roku, dzięki patentowi US1640881 A. Wniosek został poddany przeglądowi przez sześć lat, zanim został przyjęty w 1927 roku. Oznacza to, że specjaliści biura nie uznali, że wynalazek może być zastosowany na skalę przemysłową lub nie postrzega nowości. Rzeczywiście, magnetyzm do regulacji prędkości silników asynchronicznych nie jest powszechnie stosowany nawet dzisiaj, a pierwsze urządzenia do nagrywania dźwięku z wykorzystaniem tego efektu pojawiły się dopiero podczas II wojny światowej. Patent US2494206 A jest uważany za osobny pomysł, zaprojektowany w celu rozwiązania problemów, które zostały pominięte we wcześniejszych wersjach mierników cęgowych prądu( zdolność do pomiaru prądów o częstotliwości 0,1 Hz).

W innych przypadkach, w celu pomiaru prądu stałego, wrażliwa cewka jest obracana przy znanej częstotliwości. Wtedy strumień magnetyczny ciągle się zmienia, możliwe jest obliczenie pożądanej wartości. Prędkość obrotowa jest stabilizowana, na przykład, za pomocą oscylatora kwarcowego. Czasami ruch cewki jest translacyjny. Takie urządzenia wibracyjne do pomiaru prądu stałego zostały po raz pierwszy opisane przez Groshkovsky w 1937 roku. Ruch translacyjny prowadzono za pomocą koła mimośrodowego. Obecnie znane są konstrukcje z piezoelementów, w których energia elektryczna zamieniana jest w mechaniczne oscylacje. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie prędkości rzędu dziesiątek kHz, co znacznie zwiększa odpowiedź pola elektromagnetycznego w obwodzie, co oznacza, że ​​pomiary są uproszczone.

Praktycznie wdrożone struktury piezoelektryczne zawierają miniaturową cewkę złożoną z 10 zwojów drutu o długości 30 i szerokości 0,8 mikrona. Przy częstotliwości 2 kHz czujnik zapewnia czułość 18 μV / 100 μT.Technika cewki wprowadzanej do pola jest powszechnie spotykana. W tym ostatnim przypadku wynik oblicza się za pomocą wzoru pokazanego na rysunku. Przez V rozumie się EMF pobraną z obwodu, A jest pewną stałą, n jest liczbą zwojów w obwodzie, a różnica w nawiasach charakteryzuje szybkość zmiany pola magnetycznego. Z tego wynika, że ​​oryginalny patent US2494206 A nie jest uważany za najgorsze rozwiązanie do mierzenia parametrów stałego pola magnetycznego za pomocą miernika cęgowego.

Mierniki cęgowe prądu w nowoczesnej inżynierii elektrycznej

Cewki sensoryczne ze szczeliną powietrzną wykazują niską czułość z oczywistych powodów: natężenie pola jest w przybliżeniu równe indukcji. Powoduje to niewielką reakcję w postaci pola elektromagnetycznego. Projektując miniaturowe aplikacje, bardziej opłaca się używać rdzenia ferromagnetycznego, który wielokrotnie zwielokrotnia wartość indukcji. Współczesne materiały mają współczynnik przenikalności wynoszący setki tysięcy jednostek, zgodnie z którym występuje wzrost odpowiedzi w postaci pola elektromagnetycznego. Czujniki powietrza są liniowe. Nawet najlepszy ferromagnet daje zniekształcenia w zależności od częstotliwości, temperatury, gęstości strumienia magnetycznego itp.

Efekt Barkhausera powoduje stopniowe przekazywanie sygnału rdzenia. Jest to dzisiaj nie do pokonania, nazywana szumem kwantyzacji. Często z tego powodu prądu nie można uznać za idealne narzędzie do pomiaru prądów. Chociaż są odpowiednie do oceny procesów zachodzących w łańcuchu. Na przykład łatwo jest wykryć prąd rozruchowy silnika elektrycznego, chociaż z powodu bezwładności wskaźnika doświadczenie trzeba będzie wykonać kilka razy.

Najnowsze modyfikacje łączą ich własną rolę ze zwykłym testerem. Korzystnie różnią się zdolnością mierzenia dużych prądów bez potrzeby dotykania sieci, ale mają duży błąd. W tym miejscu konieczne jest zastrzeżenie, że do rozszerzenia funkcjonalnego dodano trzy wejścia, które są standardowe dla multimetrów:

1. Common - common( ground, minus).
2. V - do pomiaru napięć i rezystancji.
3. Ext - podłączenie zewnętrznego źródła w celu oceny rezystancji izolacji obwodów elektrycznych.

Istnieją znane odmiany, które szacują temperaturę za pomocą specjalnej sondy z czujnikiem.Łatwo dzwonić diodą.Proponuje się wybór urządzenia na ladzie, w oparciu o stosunek ceny do jakości. Konieczne jest sprawdzenie miernika cęgowego przed zakupem w poszukiwaniu błędów. Wiele, podczas zwierania styków, daje niezerowe odczyty napięcia. Jest to niewygodne w sensie praktycznym, zwłaszcza w przypadku obwodów niskiego napięcia.Źródłem zasilania jest zwykle Crohn, jak w większości testerów. Pod tym względem miernik cęgowy nie ma żadnych zalet ani wad.