Что измеряют токоизмерительными клещами?
Перед приобретением этого прибора нужно определиться, для каких целей предназначены электроизмерительные клещи.
Они представляют собой трансформатор с подключенным амперметром. Непосредственно устройство — первичная обмотка трансформатора. Размещение внутри нее проводника способствует индуцированию электротока на обмотку из-за возникающего электромагнитного поля. Затем он попадает на вторичную обмотку катушки, показания с которой считываются амперметром. Показания этого прибора пересчитывают с поправкой на коэффициент трансформации, указываемый на нем. Трансформатор с постоянным током не работает, поэтому описанные токовые клещи — для переменного тока.
Электроизмерительные клещи, изготовляемые сегодня, используются для значений, измеряемых при постоянном токе. На место амперметра помещается датчик Холла, улавливающий наличие и напряжение электромагнитного поля.
Используя эти приборы, производят следующие замеры:
- нагрузку сети, имеющуюся в наличии по факту;
- точность показаний различного оборудования, предназначенного для учета электроэнергии, сравнивая показания на них с показаниями, полученными при измерении клещами;
- мощности бытовых и использующихся в профессиональной деятельности электроприборов.
Токовые клещи для постоянного тока дороже своих аналогов для переменного вида, но более точные и имеют повышенные показатели качества.
Инструмент, использующийся совместно с цифровым мультиметром, позволяет избавить пользователя от вычислений искомой величины, поскольку прибор имеет встроенный калькулятор.
Лучшие токоизмерительные клещи
1 UNI-T UT210E
Лидер по соотношению цена-качество для клещей постоянного тока для токов до 100А. Используется «народный» чипсет DTM0660 (точнее его разновидность).
У этих клещей отличная эргономика, удобно расположены переключатель режимов и кнопка открытия клещей. Есть белая подсветка, включается секунд на 20, но светит слабо и при искусственном освещении практически незаметна. Есть функция автовыключение через 15 минут бездействия, эту функцию (автовыключения) можно отключить, если включить прибор с зажатой кнопкой SELECT. После выключения и включения, функция будет работать снова.
Зев клещей открывается на 16 мм, пространство закрытых клещей около 18мм. Мультиметр измеряет как постоянные токи, так и переменные, причем особенностью прибора является измерение малых токов бесконтактным методом.
Плюсы:
- высокое качество сборки;
- приличная скорость измерений;
- неплохая защита;
- возможность настройки под свои нужды перепрошивкой;
- функция поиска скрытой проводки;
- функция TRUE RMS и обнуления;
- возможность измерения клещами малых токов;
- обрезиненный корпус.
Минусы:
- 2000 отсчетов «из коробки» (хотя перепрошивка дает как минимум до 6000);
- при выходе за границы предела измерений нет показаний на экране;
- отсутствие измерения температуры;
- отсутствие дополнительного функционала (min/max, range и т.п.);
- слабая подсветка;
2 MUSTOOL MT866
Клещи из того же ценового сегмента, что и UNI-T UT210E. Есть неяркая подсветка дисплея и функция автоотключения питания (30 минут) с возможностью блокировки само-отключения при включении прибора с зажатой кнопкой sel/zero. Существует клон BSIDE ACM91
Плюсы:
- высокая точность;
- информационный дисплей;
- питание от 2 х ААА;
- возможность изменения настроек «под себя» правкой содержимого EEPROM (микросхема 24C02);
- измерение микроампер в проводном режиме;
- наличие отдельной кнопки питания;
- наличие функции поиска скрытой проводки;
- измерение температуры;
- режим проверки напряжения с пониженным входным сопротивлением;
- 6000 отсчетов «из коробки»;
- функция поиска фазы;
Минусы:
- отсутствие проверки диодов «из коробки»;
- невысокое качество сборки;
- нет возможности гибкой настройки из-за измененной структуры EEPROM;
- плохая реализация измерения емкости.
3 MASTECH MS2108S
Более новая версия широко распространённых клещей MS2108A и собрана на более современном чипсете (аналог DTM0660 с соответствующими плюсами). Имеет большое количество отсчетов (6600). Имеется функция TRUE RMS.
Клещи могут изменять как переменный, так и постоянный ток от 0.01 до 600А, есть функция отображения минимума/максимума/среднеквадратичного значения, подсветка экрана и области захвата. Мультиметр — имеет стандартный набор функций.
Плюсы:
- прорезиненный корпус;
- современный чипсет;
- высокая точность;
- подсветка зева;
- высокое качество сборки;
- возможность настройки изменением EEPROM;
- режимы min/max;
- ручной выбор диапазона;
- питание от ААА;
Минусы:
отсутствие измерения температуры;
4 MASTECH MS2108A
Одни из первых клещей постоянного тока, имеют пределы измерений до 40А и 400А. В настоящее время морально устарели, есть смысл вместо них прибрести MS2108S, собранные на более современном чипсете.
Модель 2108S не имеет аналоговой шкалы, что не имеет особого значения, так как в MS2108A эта шкала всё равно работает со скоростью основной, то есть по сути «для галочки»
Мод маркой HYELEC MS2108A выпускается полный функциональный аналог MASTECH MS2108A на том же чипе, с соответствующими плюсами и минусами.
Плюсы:
- высокое качество сборки;
- питание от ААА батареек;
- режим min/max.
Минусы:
- устаревший медленный чипсет FS9922;
- крайне медленный выбор диапазонов, измерение, и даже прозвонка;
- аналоговая шкала работает со скоростью основного дисплея;
- низкая точность на малых токах.
5 MASTECH 2109A
Почти полный аналог MASTECH 2108А с немного измененным функционалом на том же медленном чипе.
Плюсы:
- возможность измерения температуры;
- 6000 отсчетов (т.е. измерение до 60/600А).
Токовые клещи постоянного тока — приставка к мультиметру своими руками. Описание
Для замера больших токов, как правило, применяют бесконтактный метод, — особыми токовыми клещам. Токовые клещи – измерительное устройство, имеющее раздвижное кольцо, которым охватывают электропровод и на индикаторе прибора отображается величина протекающего тока
Превосходство подобного метода бесспорно, — чтобы замерить силу тока нет нужды разрывать провод, что в особенности немаловажно при измерении больших токов. В данной статье приводится описание токовые клещи постоянного тока, которые вполне возможно сделать своими руками
Описание конструкции самодельных токовых клещей
Для сборки устройства понадобится чувствительный датчик Холла, к примеру, UGN3503. На рисунке 1 изображено устройство самодельной клещи. Необходим, как уже сказано, датчик Холла, а так же, кольцо ферритовое диаметром от 20 до 25 мм и крупный «крокодил», к примеру, подобный как на проводах для запуска (прикуривания) автомобиля.
Ферритовое кольцо необходимо точно и аккуратно распилить либо разломить на 2-е половинки. Для этого ферритовое кольцо необходимо сначала подпилить алмазным надфилем или пилкой для ампул. Далее, поверхности разлома ошкурить мелкой шкуркой.
Цена: 1520.00 руб.
Цена: 5180.00 руб.
Цена: 170.00 руб.
Цена: 2550.00 руб.
Обратите внимание
С одной стороны на первую половинку ферритового кольца приклеить прокладку из чертежного ватман. С другой стороны на другую половинку кольца наклеить датчик Холла. Приклеивать лучше всего эпоксидным клеем, только нужно проследить, чтобы датчик Холла хорошо прилегал к зоне разлома кольца.
Следующий шаг – соединяем обе половинки кольца и обхватываем его «крокодилом» и приклеиваем. Теперь при нажатии на ручки «крокодила» ферритовое кольцо будет расходиться.
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.
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.
Конструктивные элементы токоизмерительных клещей
Электроизмерительные клещи в своем составе имеют следующие основные элементы:
- разъемы, в которые подключаются соответствующие щупы;
- дисплей, на котором отображается результат измерения;
- переключатель режимов;
- кнопку разжатия инструмента;
- магнитопровод (сами клещи).
При измерении постоянного тока схема прибора включает:
- трансформатор электротока;
- мост выпрямления.
Вторичная обмотка к ключам подключается комплектом шунтов.
Токовые клещи подразделяются на одно- и двуручные. Одноручные в конструкции объединяют рукоятку и изолирующую часть. Раскрытие осуществляется нажимным рычагом. Работа производится одной рукой.
У двуручных приборов размер ручек превышает 13 см, а изолирующая часть — от 38 см и более. Конструктивной особенностью является их использование 2 руками.
При покупке определяются, выбирая, как выбрать необходимый инструмент. В торговых точках присутствует большой ассортимент этих устройств с различным функционалом, от чего на них и зависит цена. При покупке потребитель должен определиться с необходимым функционалом, часть из которого может быть излишней.
Зачем нужны токовые клещи ?
Почему профессионалу для работы бывает недостаточно хорошего мультиметра? На то есть две причины.
- Нет возможности разорвать цепь, ток в которой необходимо измерить. К примеру, нельзя обесточивать потребителя или нарушать целостность кабеля.
- Измеряемый ток слишком велик для мультиметра. Как правило, в мультиметрах установлен шунт, через который пропускают измеряемый ток, а величину его определяют по падению напряжения на шунте. При больших токах на шунте выделяется большая энергия. Измерять этим методом хлопотно и небезопасно. И принцип измерения может повлиять на измеряемую величину – ток в цепи падает из-за присутствия шунта, а при больших токах еще и характеристики шунта могут уплыть из-за нагрева.
В подобных таких случаях на помощь к нам приходят токоизмерительные клещи.
Они имеют невысокую стоимость, безопасны в использовании и дают хорошую точность измерений.
Клещи начального уровня позволяют измерять только переменный ток. Их «челюсти» – это, некоторым образом, сердечник тороидального трансформатора. Роль первичной обмотки играет участок проводника с измеряемым током, а вторичная обмотка присутствует в приборе и с нее снимается сигнал. Его уровень пропорционален измеряемому току (хотя и зависит от многих прочих обстоятельств). Ну а измерять небольшие токи и напряжения – простое и приятное занятие для современной техники.
Такие клещи можно назвать клещами имени Фарадея – именно он обогатил нас законом электромагнитной индукции.
Более продвинутые модели клещей способны измерять и постоянный ток. Такой ток, протекая в проводнике, образует вокруг него постоянное магнитное поле. Его можно «поймать» магнитопроводом и донести до датчика Холла – полупроводникового прибора, реагирующего на магнитное поле. Дальше как обычно: снимаем сигнал с датчика, оцифровываем, обрабатываем и показываем пользователю в удобном и красивом виде.
Приборы, работающие по такому принципу, можно назвать клещами имени Андре Ампера и Эдвина Холла. Два этих джентльмена подарили нам возможность померить большой ток без искр и пламени.
Достоинства клещей имени Фарадея – простота, дешевизна и достаточно высокая точность на стандартных электрических цепях.
Недостатки – строго говоря, такие приборы измеряют не сам ток, а его производную, т.е. скорость его изменения. Так что с токами нестандартных частот и несинусоидальных форм могут возникнуть проблемы.
Достоинства метода Ампера-Холла в том, что на выходе мы получаем сигнал, пропорциональный току, вне зависимости от его формы. Это позволяет нам увереннее себя чувствовать с измерениями произвольных сигналов.
Недостатки метода – относительная дороговизна аппаратуры и подверженность помехам. Магнитные поля окружают нас повсюду, и для компенсации их влияния нужно «обнулять» прибор до начала измерений.
С теорией разобрались, переходим к практике.
Рассмотрим три прибора от марки ICartool.
- ICartool IC-M200A – Базовая бюджетная модель.
- ICartool IC-M206B – Сочетание возможности измерения переменного тока с функционалом мультиметра.
- ICartool IC-M206D – Универсальный прибор: поможет и пионеру, и сварщику.
Разновидности и способы измерения
Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока
Существует три вида токоизмерительных клещей с собственными методами замеров – это трансформатор тока, эффект Холла и катушка Роговского.
Трансформатор тока
Трансформаторные электроизмерительные клещи используют для обследования токов промышленной частоты. Вторичная обмотка на разъёмном кольце прибора передаёт данные о величине индуцированной энергии на стрелочный или цифровой экран.
Эффект Холла
В своё время было замечено, что на гранях металлической пластины токопровода, помещенной во внешнее магнитное поле, возникает разница потенциалов. Это явление носит название – эффект Холла, по имени учёного, открывшего эту закономерность.
Цифровые датчики Холла заменяют собой трансформатор тока в клещах для измерения тока. Датчик выдаёт данные на дисплей прибора о наличии переменного магнитного поля. Сигналы проходят через логическую схему, и на экране отображается величина характеристики тока в цифровом виде.
Катушка (пояс) Роговского
Устройство устанавливается на приборах для измерения токов большой величины. Катушка – это сердечник в виде круга, на который намотана катушка из провода. В проём пропускают шину, подключённую к электросети. Пояс Роговского представляет собой особый вид трансформатора тока с воздушным сердечником.
Пояс Роговского
Назначение и виды токоизмерительных клещей
Токоизмерительные клещи — пожалуй, единственный инструмент, позволяющий измерять ток в цепи, не разрывая ее. Различаются они по устройству, функциональности, максимальному измеряемому напряжению и типу измеряемого тока (постоянный либо переменный). Так какими же могут быть наши клещи и как они работают?
Одноручные токовые клещи
Начнем, пожалуй, с известных многим одноручных клещей — по сути это мультиметр (чаще всего) с дополнительным токовым датчиком. Пользоваться такими клещами довольно просто — для этого достаточно перевести переключатель в режим амперметра, развести клещи и свести их, заключив проводник внутри кольца. Сила тока в этом проводнике высветится на цифровом индикаторе.
Для измерения силы тока в труднодоступных местах на некоторых моделях предусмотрена кнопка фиксации результата.
Такие одноручные клещи рассчитаны на сравнительно низкое (до 1000 В) напряжение и, в силу своей компактности и удобства в использовании, наиболее подходят для применения в бытовых условиях.
Помимо одноручных выпускаются также двуручные, предназначенные для работы с напряжением от 2000 до 10000 В.
Двуручные токовые клещи
Работать одной рукой с такими клещами уже не получится. Столь неудобная в применении конструкция придумана неспроста. Дело в том, что по технике безопасности токоизмеряющие устройства, предназначенные для измерений свыше 1 кВ, должны иметь длину изоляторов не менее 38 см, а рукояток — не менее 13 см. К счастью, в быту такие напряжения практически не встречаются, поэтому работать с двуручными клещами придется немногим.
Как уже было сказано, помимо максимального измеряемого напряжения, измерительные клещи различаются также по типу измеряемого тока. Каковы различия между ними и как узнать, для тока какого типа предназначен тот или иной прибор? Это на самом деле несложно — по маркировке на корпусе (сейчас имеются ввиду клещи высокого или хотя бы среднего качества, а не собранные в подвале на коленках). Так, на корпусе клещей, предназначенных для измерения переменного тока, будет проставлена маркировка AC, для постоянного же — DC (чаще — ACDC). Различия же в принципе работы. Токоизмерительные клещи для измерения переменного тока работают по принципу одновиткового трансформатора.
Токоизмерительные клещи для измерения переменного тока работают по принципу одновиткового трансформатора
В целом конструкция токовых клещей переменного тока проста. Они состоят из разводного магнитопровода с намотанной на него вторичной обмоткой, подключенной к амперметру. В роли первичной обмотки выступает измеряемый проводник, протекающий по которому ток создает переменное магнитное поле, передающееся через магнитопровод вторичной обмотки и возбуждающее в ней электромагнитную индукцию. Возникший в результате электрический ток как раз и измеряется амперметром. Данная схема объясняет принцип работы токовых клещей переменного тока, но как же работают клещи для измерения тока постоянного? Ведь, как известно, трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Сейчас мы получим ответ и на этот вопрос.
Для измерения постоянного тока используются уже другие принципы. Общеизвестно, что проводник, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя магнитное поле, и чем выше сила тока, тем более мощным это поле получается. Так вот, измерив это поле, можно получить представление о силе и даже направлении тока. Наличие и интенсивность магнитного поля определяется специальным датчиком (датчиком Холла). Клещи, оснащенные датчиком Холла, в отличие от трансформаторных, способны измерять как постоянный ток, так и переменный, а стоят незначительно дороже. Так что если придется выбирать, какие лучше приобрести, то рекомендуются именно они. Помимо своих непосредственных функций (измерение силы тока без разрыва цепи), многие современные клещи представляют собой полноценный тестер (мультиметр), позволяющий измерить напряжение, сопротивление, а также прозвонить участки цепи и проверить работоспособность некоторых радиоэлементов.
Но не стоит забывать также об аналоговых (стрелочных) клещах, которые, несмотря на все достоинства и удобства своих цифровых собратьев, все еще продолжают использоваться наряду с ними. Происходит это ввиду их менее высокой стоимости и способности работать без источника питания.
Теперь, зная, какими могут быть токоизмерительные клещи, можно перейти непосредственно к обзору. В сегодняшнем рейтинге будут участвовать 10 клещей различных производителей, разных ценовых категорий, но непременно имеющие высокие оценки пользователей. Позиционироваться клещи будут в порядке возрастания их качества.
Как пользоваться токовыми клещами
Принцип работы токовых клещей
Основная задача электроизмерительных клещей измерение тока без разрыва проводника, современные приборы обладают функциями измерения напряжения, емкости, температуры, мощности и т.д. Принцип измерения основан на токовом трансформаторе или эффекте Холла.
Токовые клещи, работающие на принципе трансформатора тока, измеряют только переменный ток, т.к. трансформатор не пропускает через себя постоянный ток. Первичная обмотка это провод, обхватываемый токовыми клещами, а вторичная внутри токовых клещей с токовым датчиком. Обхватить несколько витков одного проводника, то на вторичной обмотке ток во столько же раз увеличится. Это удобно для измерения небольших переменных токов, при этом нужно разделить полученное значение тока на количество витков. Внешне токовые клещи, работающие на трансформаторе тока, отличаются отсутствием насечек на губках и диапазона постоянного тока.
Токовые клещи, работающие на эффекте Холла, измеряют и постоянный и переменный ток. Принцип работы на эффекте Холла основан на измерении напряжения на гранях полупроводниковой пластины, через которую протекает постоянный ток, помещенной в магнитное поле перпендикулярно к ней. Магнитное поле образуется вокруг проводника, который обхватили токовыми клещами. Изменение тока в проводнике, вызывает изменение магнитного поля вокруг проводника, что вызывает изменение напряжения на чувствительном элементе Холла. Напряжение чувствительном элементе преобразуется и выводится на экран в виде значения тока
Для токовых клещей, работающих на эффекте холла, важно располагать проводник перпендикулярно к губкам токовых клещей
Измерение тока
Для работы на нашем приборе APPA 133 выберем режим переменного тока А
обхватим один провод. Выбор диапазона измерения в APPA 133 автоматический, в других приборах возможно необходимо выбрать диапазон. Если размещать проводник не перпендикулярно или не по рискам, то погрешность показаний увеличивается до 3 %.
Для измерения броскового переменного тока необходимо выбирать режим «inrush current», например в случае измерения пускового тока электродвигателя. Для измерения макс мин тока выбираем соответствующий режим. При включенной печке максимальный ток 8,47 А.
Если обхватить сразу два провода, то токовые клещи покажут ноль, т.к. сумма токов двух проводников с разной полярностью равна нулю. Если показания прибора не ноль, то имеется ток утечки или значение находится в пределах погрешности прибора. При измерении нескольких проводов одновременно значение тока будет суммой токов всех проводов. Утечка тока может проявиться например, если вода из крана бьет током, нужно проверить ток утечки электрического бойлера.
Измерение напряжения
Для измерения постоянного и переменного напряжения выставим переключатель на V. Наш прибор имеет автоматический выбор диапазона, а так же позволяет измерять частоту. Переключать между режимами необходимо при отсоединенных проводах. У APPA 133 имеется защита от высокого напряжения более 1000 В.
Видим напряжение 221,1 В, частота 49,97 Гц.
При включенной печке видим что напряжение упало до 211,1 В, частота не изменилась. Произошло это из-за того что сечения проводов не хватает на мощность печки, что вызывает перегрузку и нагрев проводов. Необходимо поменять провода на более толстого сечения.
Измерение потребляемой мощности
Полная мощность (В*А) равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей. Реактивная мощность (Вар) равна произведению напряжения и тока, умноженному на синус угла сдвига фаз между ними. Если нет потребителей с реактивной мощностью (двигатели, трансформаторы), то полная мощность нагрузки будет равна активной. Активная мощность вычисляется в приборе по формуле произведение напряжения на ток. Если прибор не позволяет измерять мощность, то полученный ток умножим на 220 В и получим мощность нагрузки. Для измерение активной мощности с помощью APPA 133 переводим переключатель W
. Переключать между режимами необходимо при отсоединенных проводах. Вставляем щупы в розетку и обхватываем проводник.
Активная мощность потребления компьютера 28 Вт, а при включенной печке потребляемая мощность повысилась до 1728 Вт (
=211,1 В * 8,47 А). В APPA 133 так же можно измерить коэффициент мощности, отрицательное значение говорит о емкостном характере нагрузки (ток опережает напряжение), положительное значение говорит о индуктивном характере нагрузки (ток отстает от напряжения).
Выбрать токовые клещи можете в каталоге.
