Zacisk prądu
W inżynierii elektrycznej i elektronicznej zacisk prądowy , znany również jako sonda prądowa , jest urządzeniem elektrycznym ze szczękami, które otwierają się, aby umożliwić zaciskanie wokół przewodu elektrycznego. Pozwala to na pomiar prądu w przewodniku bez konieczności fizycznego kontaktu z nim lub odłączania go w celu wprowadzenia przez sondę.
Cęgi prądowe są zwykle używane do odczytywania wielkości prądu przemiennego (AC), a dzięki dodatkowemu oprzyrządowaniu można również mierzyć fazę i kształt fali . Niektóre mierniki cęgowe mogą mierzyć prądy o wartości 1000 A i więcej. Cęgi z efektem Halla i łopatkowe mogą również mierzyć prąd stały (DC).
Rodzaje cęgów prądowych
Przekładnik prądowy
Typowa forma cęgów prądowych zawiera rozcięty pierścień wykonany z ferrytu lub miękkiego żelaza. Cewka z drutu jest nawinięta wokół jednej lub obu połówek, tworząc jedno uzwojenie przekładnika prądowego . Przewód, wokół którego jest zaciśnięty, tworzy drugie uzwojenie. Jak każdy transformator, ten typ działa tylko z przebiegami AC lub impulsowymi, z niektórymi przykładami sięgającymi zakresu megaherców.
Podczas pomiaru prądu badany przewodnik tworzy uzwojenie pierwotne, a cewka tworzy uzwojenie wtórne.
Ten typ może być również używany w odwrotnej kolejności, do wstrzykiwania prądu do przewodnika, na przykład w testach podatności na kompatybilność elektromagnetyczną w celu indukowania prądu zakłócającego . Zwykle sonda wtrysku jest specjalnie zaprojektowana do tego celu. W tym trybie cewka tworzy uzwojenie pierwotne, a przewód pomiarowy uzwojenie wtórne.
Żelazna łopatka
W typie żelaznej łopatki strumień magnetyczny w rdzeniu wpływa bezpośrednio na poruszającą się żelazną łopatkę, umożliwiając pomiar zarówno prądu przemiennego, jak i stałego, i daje rzeczywistą wartość średnią kwadratową (RMS) dla niesinusoidalnych przebiegów prądu przemiennego. Ze względu na swój rozmiar fizyczny jest ogólnie ograniczony do częstotliwości przenoszenia mocy do około 100 Hz.
Łopatka jest zwykle mocowana bezpośrednio do mechanizmu wyświetlacza analogowego (ruchomego wskaźnika) miernika cęgowego. Kalibracja przyrządu jest wyraźnie nieliniowa.
Efekt Halla
Typ efektu Halla jest bardziej czuły i umożliwia pomiar zarówno prądu stałego, jak i prądu przemiennego, w niektórych przykładach do zakresu kiloherców (tysięcy herców). Ten typ był często używany z oscyloskopami i wysokiej klasy skomputeryzowanymi multimetrami cyfrowymi, jednak stają się one powszechnym miejscem do bardziej ogólnego zastosowania.
Cewka Rogowskiego
Z wyglądu i funkcji przypominający cęgi prądowe jest czujnik prądu cewki Rogowskiego . Ten bezrdzeniowy transformator jest używany w miernikach cęgowych i rejestratorach monitorowania mocy. Ma tę zaletę, że ma lepszą liniowość, nie ma rdzenia do nasycenia, może być elastyczny i nie wymaga żadnego kontaktu magnetycznego ani elektrycznego na końcu otwierania. Cewka Rogowskiego daje napięcie proporcjonalne do szybkości zmian prądu w przewodzie pierwotnym, więc zanim wykryte wartości będą mogły zostać wyświetlone, konieczne jest dalsze przetwarzanie sygnału.
Miernik cęgowy
Miernik elektryczny ze zintegrowanym cęgowym prądem przemiennym jest znany jako miernik cęgowy, amperomierz cęgowy, tester cęgowy lub potocznie jako cęgowy wzmacniacz.
Miernik cęgowy mierzy sumę wektorów prądów płynących we wszystkich przewodach przechodzących przez sondę, która zależy od stosunku faz prądów. Przez sondę zwykle przechodzi tylko jeden przewodnik. W szczególności, jeśli zacisk jest zamknięty wokół dwużyłowego kabla zasilającego sprzęt, ten sam prąd płynie w dół jednego przewodu iw górę drugiego; miernik poprawnie odczytuje prąd netto równy zero. Ponieważ kable elektryczne do sprzętu mają połączone razem izolowane przewody (i ewentualnie przewód uziemiający), mierniki cęgowe są często używane z zasadniczo krótkim przedłużaczem z oddzielonymi dwoma przewodami, dzięki czemu zacisk można umieścić tylko wokół jednego przewodu o to rozszerzenie.
Stosunkowo nowym wynalazkiem jest wieloprzewodowy miernik cęgowy z kilkoma cewkami czujnika wokół szczęk cęgowych. Można go zacisnąć wokół standardowych dwu- lub trójżyłowych kabli jednofazowych, aby zapewnić odczyt prądu przepływającego przez obciążenie, bez konieczności oddzielania przewodów. Jednak określony mechanizm czujnikowy jest bardziej podatny na błędne pomiary i wymaga ostrożnej obsługi.
Odczyt generowany przez przewodnik przewodzący bardzo mały prąd można zwiększyć, kilkakrotnie owinąwszy przewodnik wokół cęgów; odczyt licznika podzielony przez liczbę zwojów to prąd, z pewną utratą dokładności z powodu efektów indukcyjnych.
Mierniki cęgowe są używane przez elektryków, czasami z cęgami wbudowanymi w multimetr ogólnego przeznaczenia .
Pomiar bardzo dużych prądów (setki amperów) jest prosty przy użyciu odpowiedniego przekładnika prądowego. Dokładny pomiar małych prądów (kilka miliamperów) za pomocą cęgów przekładnika prądowego jest trudniejszy. Zasięg dowolnego miernika można zwiększyć, wielokrotnie przepuszczając przewód przez szczękę. Na przykład miernik 0–200 A można zamienić na miernik 0–20 A, owijając przewodnik 10 razy wokół rdzenia szczęki.
Tańsze mierniki cęgowe wykorzystują obwód prostownika, który faktycznie odczytuje średni prąd, ale jest skalibrowany tak, aby wyświetlał prąd RMS odpowiadający mierzonej średniej, dając prawidłowy odczyt RMS tylko wtedy, gdy prąd jest sinusoidą . Dla innych przebiegów odczyty będą nieprawidłowe; gdy te prostsze mierniki są używane z obciążeniami niesinusoidalnymi, takimi jak stateczniki używane z lampami fluorescencyjnymi lub lampami wyładowczymi dużej intensywności lub najnowocześniejszym sprzętem komputerowym i elektronicznym, odczyty mogą być dość niedokładne. Mierniki, które reagują raczej na rzeczywistą wartość skuteczną niż średnią, są określane jako „prawdziwa wartość skuteczna”.
Typowe ręczne jednostki z efektem Halla mogą odczytywać prądy tak niskie, jak 200 mA, a dostępne są jednostki, które mogą odczytywać do 1 mA.
Amperomierz testowy Columbia (na ilustracji) jest przykładem typu żelaznego łopatkowego, używanego do pomiaru dużych prądów przemiennych do 1000 amperów. Żelazne szczęki miernika kierują pole magnetyczne otaczające przewodnik do żelaznej łopatki przymocowanej do igły miernika. Żelazna łopatka porusza się proporcjonalnie do natężenia pola magnetycznego, a tym samym wytwarza wskazanie licznika proporcjonalne do natężenia prądu. Ten typ amperomierza może mierzyć zarówno prąd przemienny, jak i stały oraz zapewnia pomiar rzeczywistej wartości skutecznej prądu przemiennego o przebiegu niesinusoidalnym lub zniekształconym. W zespole zaciskowym można zainstalować wymienne ruchy miernika, aby zapewnić różne wartości prądu w pełnej skali do 1000 amperów. Żelazna łopatka znajduje się w małym cylindrze, który jest wkładany w przestrzeń na zawiasowym końcu zaciskanych szczęk. Dostępnych jest kilka rozmiarów szczęk do zaciskania wokół dużych przewodów i szyn zbiorczych o szerokości do 4 + 1 ⁄ 2 cala (110 mm). Jak widać na ilustracji, skala jest bardzo nieliniowa i nie nadaje się do pomiaru małych prądów, z prądami mniejszymi niż połowa odchylenia pełnej skali, wtłoczonymi w krótki odcinek tarczy.
Miernik mocy, analizator energii
Sondy cęgowe są używane z niektórymi miernikami do pomiaru mocy i energii elektrycznej . Cęgi mierzą prąd i inne obwody napięcia ; rzeczywista moc jest iloczynem chwilowego napięcia i prądu zintegrowanego w cyklu . Kompleksowe liczniki przeznaczone do pomiaru wielu parametrów energii elektrycznej ( współczynnik mocy , zniekształcenia , moc chwilowa w funkcji czasu, zależności fazowe itp.), wykorzystują tę zasadę. Pojedynczy cęg służy do pomiarów jednofazowych; za pomocą odpowiedniego przyrządu z trzema cęgami można wykonywać pomiary w sieciach trójfazowych .