Чтобы измерить силу тока в цепи, обычный амперметр включается последовательно с нагрузкой, то есть, в разрыв цепи. Создать такой разрыв не всегда возможно и всегда неудобно, если амперметр не включен по постоянной схеме. К счастью, есть и другой способ измерения тока.
Принцип работы токоизмерительных клещей
При прохождении по проводнику электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Переменный ток создает переменное поле, постоянный – постоянное. Напряженность этого поля зависит от нескольких условий, в том числе, от силы протекающего тока. Если измерить напряженность, можно определить силу тока в проводнике.
Проще всего сделать это в случае переменного тока. Для этого используется принцип магнитной индукции. Если поместить вокруг проводника сердечник, в нем возникнет магнитный поток, величина которого зависит от уровня тока в измеряемом проводнике (и от других условий, включая количество витков во вторичной обмотке). Если на сердечнике поместить катушку, магнитный поток создаст в ней ЭДС, которая, в свою очередь, создаст ток во вторичной цепи. Получится переносной трансформатор тока:
- Первичной обмоткой (из одного витка) служит измеряемый проводник.
- Вторичной – обмотка на сердечнике.
Вторичный ток легко измерить обычным амперметром, отградуировав его сразу в первичных единицах.
С постоянным током все несколько сложнее. Для работы трансформатора необходимо, чтобы магнитное поле было переменным, то есть, изменялось во времени. В противном случае ЭДС во вторичной обмотке не возникнет. Поэтому для измерения постоянного тока используются датчики Холла. Они работают на одноименном эффекте – при воздействии магнитного поля на полупроводник, в последнем возникает разность потенциалов.
Датчики Холла универсальны – они могут измерять как переменный, так и постоянный ток.
Описание и назначение
На этой базе построен принцип работы токовых клещей, основой которых служит разъёмное кольцо, позволяющее легко «надеть» вторичную обмотку трансформатора на проводник с переменным током, или правильно расположить датчик Холла относительно провода.
Современные клещи обычно выпускают в виде мультиметра, который, помимо бесконтактного замера тока, способен измерять и другие электрические величины. Это удобно и разумно, поэтому клещи как отдельный инструмент сейчас встретить достаточно трудно.
Использование токовых клещей
Пользоваться токовыми клещами несложно. Но чтобы измерения были достоверными, надо знать и соблюдать несколько несложных правил.
Главное условие – все замеры делать на одиночном проводе, идущему к нагрузке. Если измерять на двух проводах (прямом и обратном), то магнитные потоки, создаваемые магнитными полями обоих проводников, взаимно скомпенсируют друг друга.
Правильное положение на кабеле
В первую очередь надо верно расположить клещи относительно провода. Нажимом на клавишу открытия, надо разомкнуть клещи, поместив провод внутрь. После отпускания клавиши проводник окажется внутри вторичной обмотки клещей переменного тока или в зоне действия датчика Холла.
Далее по возможности надо добиться того, чтобы:
- провод проходил строго через центр клещей;
- плоскость клещей была перпендикулярна проводнику.
Если эти условия не соблюсти, замер будет произведен с дополнительной погрешностью.
Чтение показаний на экране
В подавляющем большинстве случаев современные токовые клещи оснащены цифровым дисплеем, поэтому считывание показаний больших проблем составить не должно. Измерительный прибор выведет на экран ток в удобном для восприятия виде.
Как выбрать подходящие для задачи клещи
В первую очередь надо определить, какой тип тока предстоит замерять – постоянный или переменный. Лучше, конечно, иметь универсальный прибор, который будет пригоден в любой ситуации. Но надо помнить, что клещи с датчиком Холла в среднем стоят дороже. Есть ли смысл переплачивать, если прибор нужен только для работы в цепях переменного тока – решать будущему владельцу.
Второй момент, на который надо обратить внимание – пределы измерения. Они должны быть выше максимального тока, который предстоит измерить, но увлекаться этим не стоит. Ведь если предстоит мерить и небольшие токи, то в этом случае прибор с большим верхним пределом будет менее чувствителен и давать большую погрешность.
Неплохим выходом будут клещи с переключаемым пределом измерения.
В остальном же надо выбирать прибор по набору дополнительных функций. Чем их больше, тем удобнее и универсальнее тестер, но и стоимость его будет выше.
Измерение силы тока переменного напряжения
Чтобы измерить силу переменного тока, надо, при необходимости, выбрать соответствующий режим (обычно он обозначается ~A или подобным способом). В остальном измерение особенностей не имеет с учетом некоторых правил безопасности:
- если измерения проводятся в цепях выше 1000 В и требуется переключить предел измерения, надо снять клещи, выполнить переключение и произвести замер снова;
- при измерении на воздушных линиях надо применять специально предназначенные для этого клещи.
Если считать результат в положении измерения трудно, надо пользоваться кнопкой фиксации показаний (HOLD).
Следует помнить и об общих правилах безопасности, таких, как запрет наклоняться к токоведущим частям для считывания показаний, требование работать только с испытанным в установленном порядке прибором и т.п.
Измерение постоянного тока
При работе с клещами постоянного тока надо помнить, что датчик Холла может реагировать и на сторонние магнитные поля, которые вносят дополнительную погрешность измерения. Чтобы избежать этого, конструкция прибора содержит схему калибровки (обнуления). Для ее выполнения надо переключить клещи в соответствующий режим измерения (=, ADC и т.п.), расположить их как можно ближе к месту будущего измерения и нажать кнопку обнуления. После этого можно проверить, что на дисплее индицируется ноль, и произвести замер обычным способом.
Обычно эта кнопка обозначается REL, но в разных моделях могут быть различия. Перед измерениями рекомендуется изучить инструкцию.
Измерение нагрузки в трехфазной сети
С помощью клещей можно определить мощность нагрузки, подключенной к сети. Надо лишь помнить, что мощность равна произведению тока на напряжение (без учета cosφ при переменном напряжении).
Напряжение обычно известно, но лучше его лишний раз измерить, тогда и значение мощности определится точнее.
Так, в приведенном примере напряжение равно 211 вольт, тогда потребляемая мощность будет равна:
- при токе 1 А – 211х1=211 Вт;
- 1,5 А – 211х1,5=316,5 А;
- и так далее.
Измерение нагрузки в трехфазной сети имеет некоторые особенности. В первую очередь надо помнить, что измерять токи можно только в отдельных фазных проводах, не объединяя токи между фазами или между фазой и нулевым проводом. Второе, что надо понимать – общая нагрузка равна сумме нагрузок по каждой фазе (P=Pa+Pb+Pc).
Чтобы определить мощность в одной фазе, надо измерить в ней ток и напряжение, как показано выше, и вычислить мощность по формуле P=U*I. При этом надо понимать, что в формулу входят фазные токи и напряжения. Фазный ток получается в результате замеров, а фазное напряжение измеряется между соответствующей фазой и нулевым проводом. В идеале оно равно 220 вольт, реальное может несколько отличаться.
Если нет возможности измерить фазные напряжения, можно измерить линейные (между фазами), и полученные значения разделить на 1,73 (корень квадратный из 3).
Результатом будет так называемая полная мощность нагрузки. Если нужна активная составляющая, ее можно получить, умножив полную мощность на cosφ, который придется измерить каким-либо способом (например, мультиметром, в котором есть соответствующая функция).
Токовые клещи, конечно, не являются идеальным измерительным прибором. Главный их недостаток – значительная погрешность замеров, зависящая от расположения устройства относительно проводника. Зато измерение тока клещами дает оперативность, недостижимую с помощью традиционного амперметра. Не являясь полной заменой таким амперметрам, клещи дополняют их и делают работу в электроустановках более безопасной.
