В электротехнике и электронике токовый зажим , также известный как токовый зонд , представляет собой электрическое устройство с губками, которые открываются, чтобы обеспечить зажим вокруг электрического проводника. Это позволяет измерять ток в проводнике без необходимости физического контакта с ним или отсоединения его для вставки через зонд.
Токовые клещи обычно используются для считывания величины переменного тока (AC), а с дополнительными приборами можно также измерить фазу и форму волны . Некоторые клещевые измерители могут измерять токи 1000 А и более. Клещи с эффектом Холла и крыльчатые клещи также могут измерять постоянный ток (DC).
Распространенная форма токового зажима представляет собой разрезное кольцо из феррита или мягкого железа. Катушка провода наматывается вокруг одной или обеих половин, образуя одну обмотку трансформатора тока . Проводник, вокруг которого она зажимается, образует другую обмотку. Как и любой трансформатор, этот тип работает только с переменным током или импульсными сигналами, некоторые примеры простираются до мегагерцового диапазона.
При измерении тока исследуемый проводник образует первичную обмотку, а катушка — вторичную.
Этот тип может также использоваться в обратном порядке, для подачи тока в проводник, например, при испытаниях на восприимчивость к электромагнитным помехам для индуцирования тока помех . Обычно зонд для инъекций специально разработан для этой цели. В этом режиме катушка образует первичную обмотку, а испытательный проводник — вторичную.
В типе с железной крыльчаткой магнитный поток в сердечнике напрямую влияет на движущуюся железную крыльчатку, что позволяет измерять как переменный, так и постоянный ток, и дает истинное среднеквадратичное значение (RMS) для несинусоидальных форм переменного тока. Из-за своего физического размера он, как правило, ограничен частотами передачи энергии до примерно 100 Гц.
Крыльчатка обычно крепится непосредственно к механизму отображения аналогового (с подвижной стрелкой) токоизмерительного прибора. Калибровка прибора явно нелинейна.
Тип эффекта Холла более чувствителен и способен измерять как постоянный, так и переменный ток, [1] в некоторых примерах вплоть до килогерц (тысячи герц) диапазона. Этот тип часто использовался с осциллографами и с высококлассными компьютеризированными цифровыми мультиметрами, однако они становятся обычным местом для более общего использования.
Датчик тока с катушкой Роговского, напоминающий по внешнему виду и функциям токовые клещи, представляет собой датчик тока с катушкой Роговского . Этот трансформатор без сердечника используется в токоизмерительных клещах и регистраторах контроля мощности. Он имеет преимущество лучшей линейности, не имеет сердечника для насыщения, его можно сделать гибким и не требует магнитного или электрического контакта на открытом конце. [2] Катушка Роговского выдает напряжение, пропорциональное скорости изменения тока в первичном кабеле, поэтому требуется дополнительная обработка сигнала, прежде чем можно будет отобразить измеренные значения.
Электрический счетчик со встроенными клещами переменного тока известен как токоизмерительные клещи, токоизмерительные клещи, клещевой тестер или, в просторечии, амперметр.
Токовые клещи измеряют векторную сумму токов, протекающих во всех проводниках, проходящих через зонд, которая зависит от фазового соотношения токов. Обычно через зонд проходит только один проводник. В частности, если зажим замкнут вокруг двухжильного кабеля, подающего питание к оборудованию, тот же ток течет вниз по одному проводнику и вверх по другому; измеритель правильно считывает чистый ток, равный нулю. Поскольку электрические кабели для оборудования имеют оба изолированных проводника (и, возможно, заземляющий провод), соединенных вместе, то токовые клещи часто используются с тем, что по сути является коротким удлинителем с двумя разделенными проводниками, так что зажим можно разместить только вокруг одного проводника этого удлинителя.
Относительно недавней разработкой является многопроводной токоизмерительный клещевой измеритель с несколькими сенсорными катушками вокруг губок клещей. Его можно зажать вокруг стандартных двух- или трехпроводных однофазных кабелей, чтобы обеспечить считывание тока, протекающего через нагрузку, [3] без необходимости разделения проводников.
Показания, получаемые при использовании проводника, по которому проходит очень слабый ток, можно увеличить, обмотав проводник вокруг зажима несколько раз; показание счетчика, деленное на количество витков, и есть ток [4] с некоторой потерей точности из-за индуктивных эффектов.
Токовые клещи используются электриками, иногда в комплекте с универсальным мультиметром .
Очень высокие токи (сотни ампер) легко измерить с помощью соответствующего трансформатора тока. Точное измерение низких токов (несколько миллиампер) с помощью клещей трансформатора тока сложнее. Диапазон любого данного измерителя можно расширить, пропустив проводник через зажим несколько раз. Например, измеритель 0–200 А можно превратить в измеритель 0–20 А, обмотав проводник 10 раз вокруг сердечника зажима.
Менее дорогие токоизмерительные клещи используют схему выпрямителя, которая фактически считывает средний ток, но откалибрована для отображения среднеквадратичного тока, соответствующего измеренному среднему значению, давая правильное среднеквадратичное показание только в том случае, если ток представляет собой синусоидальную волну . Для других форм волн показания будут неверными; когда эти более простые измерители используются с несинусоидальными нагрузками, такими как балласты, используемые с люминесцентными лампами или высокоинтенсивными разрядными лампами или большинством современных компьютерных и электронных устройств, показания могут быть весьма неточными. Измерители, которые реагируют на истинное среднеквадратичное значение, а не на средний ток, описываются как «истинное среднеквадратичное значение».
Типичные переносные датчики Холла могут считывать токи величиной до 200 мА, а также доступны устройства, способные считывать токи величиной до 1 мА.
Испытательный амперметр Columbia tong (на иллюстрации) является примером типа железного крыльчатого амперметра, используемого для измерения больших переменных токов до 1000 ампер. Железные челюсти измерителя направляют магнитное поле, окружающее проводник, на железный крыльчатку, прикрепленную к игле измерителя. Железный крыльчатка движется пропорционально силе магнитного поля и, таким образом, создает показание измерителя, пропорциональное току. Этот тип амперметра может измерять как переменный, так и постоянный ток и обеспечивает истинное измерение среднеквадратичного тока несинусоидальных или искаженных форм переменного тока. В зажимном узле могут быть установлены сменные движения измерителя для обеспечения различных значений тока полной шкалы до 1000 ампер. Железный крыльчатка находится в небольшом цилиндре, который вставляется в пространство на шарнирном конце зажимных челюстей. Доступны несколько размеров челюстей для зажима вокруг больших проводников и шин до 4+Ширина 1 ⁄ 2 дюйма (110 мм). [4] Как показано на иллюстрации, шкала очень нелинейна и не подходит для измерения слабых токов, поскольку токи, отклоняющиеся менее чем на половину полной шкалы, втиснуты в короткий участок циферблата.
Зажимные зонды используются с некоторыми счетчиками для измерения электрической мощности и энергии . Зажим измеряет ток, а другие цепи - напряжение ; истинная мощность - это произведение мгновенного напряжения и тока, интегрированных за цикл . Комплексные счетчики, предназначенные для измерения многих параметров электрической энергии ( коэффициент мощности , искажение , мгновенная мощность как функция времени, фазовые соотношения и т. д.), используют этот принцип. Один зажим используется для однофазных измерений; с соответствующим прибором с тремя зажимами измерения могут проводиться в трехфазных энергосистемах.
