В электротехнике и электронной технике токовые клещи , также известные как токовые пробники , представляют собой электрическое устройство с открывающимися губками, позволяющими зажимать электрический проводник. Это позволяет измерять ток в проводнике без необходимости физического контакта с ним или отключения его для введения через зонд.
Токовые клещи обычно используются для считывания величины переменного тока (AC), а с помощью дополнительных приборов также можно измерить фазу и форму сигнала . Некоторые клещи могут измерять токи силой 1000 А и более. Клещи на эффекте Холла и крыльчатые клещи также могут измерять постоянный ток (DC).
Обычная форма токовых клещей представляет собой разрезное кольцо из феррита или мягкого железа. Проволочная катушка наматывается вокруг одной или обеих половин, образуя одну обмотку трансформатора тока . Проводник, вокруг которого он зажат, образует другую обмотку. Как и любой трансформатор, этот тип работает только с переменным или импульсным сигналом, причем некоторые примеры простираются до мегагерцового диапазона.
При измерении тока исследуемый проводник образует первичную обмотку, а катушка — вторичную.
Этот тип также может использоваться наоборот, для подачи тока в проводник, например, при тестировании восприимчивости к электромагнитной совместимости для индукции тока помех . Обычно инъекционный зонд специально предназначен для этой цели. В этом режиме катушка образует первичную обмотку, а испытательный проводник — вторичную обмотку.
В типах с железной лопастью магнитный поток в сердечнике напрямую влияет на движущуюся железную лопасть, позволяя измерять как переменный, так и постоянный ток, и дает истинное среднеквадратичное значение (RMS) для несинусоидальных сигналов переменного тока. Из-за своего физического размера он обычно ограничивается частотой передачи энергии примерно до 100 Гц.
Флюгер обычно крепится непосредственно к механизму индикации аналоговых клещей (с подвижной стрелкой). Калибровка прибора явно нелинейна.
Тип эффекта Холла более чувствителен и способен измерять как постоянный, так и переменный ток, [1] в некоторых примерах вплоть до диапазона килогерц (тысяч герц). Этот тип часто использовался с осциллографами и высокопроизводительными компьютеризированными цифровыми мультиметрами, однако они становятся обычным явлением для более общего использования.
Датчик тока катушки Роговского по внешнему виду и функциям напоминает токовые клещи. Этот трансформатор без сердечника используется в токовых клещах и регистраторах мониторинга мощности. Его преимущество заключается в лучшей линейности, отсутствии сердечника для насыщения, его можно сделать гибким, и он не требует какого-либо 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 клещи, амперметры с клещами, клещи-тестер или, в просторечии, как ампер-клещи.
Токовые клещи измеряют векторную сумму токов, протекающих во всех проводниках, проходящих через щуп, которая зависит от фазового соотношения токов. Обычно через зонд проходит только один проводник. В частности, если зажим замкнут вокруг двухжильного кабеля, передающего питание оборудованию, один и тот же ток течет по одному проводнику и вверх по другому; счетчик правильно показывает чистый ток, равный нулю. Поскольку в электрических кабелях для оборудования оба изолированных проводника (и, возможно, заземляющий провод) соединены вместе, то клещи часто используются с коротким удлинителем с двумя разделенными проводниками, так что зажим можно разместить только вокруг одного проводника. это расширение.
Относительно недавняя разработка — многопроводные клещи с несколькими сенсорными катушками вокруг зажимов клещей. Его можно закрепить вокруг стандартных двух- или трехпроводных однофазных кабелей, чтобы обеспечить считывание тока, протекающего через нагрузку [3] , без необходимости разделения проводников. Однако конкретный чувствительный механизм более склонен к ошибочным измерениям и требует осторожной эксплуатации. [4]
Показания, производимые проводником с очень слабым током, можно увеличить, несколько раз намотав проводник на зажим; показание счетчика, разделенное на количество витков, представляет собой ток [5] с некоторой потерей точности из-за индуктивных эффектов.
Измерительные клещи используются электриками, иногда с клещами, встроенными в мультиметр общего назначения .
Очень большие токи (сотни ампер) легко измерить с помощью соответствующего трансформатора тока. Точное измерение малых токов (несколько миллиампер) с помощью клещей трансформатора тока затруднено. Диапазон действия любого измерителя можно расширить, пропустив проводник через зажим несколько раз. Например, счетчик на 0–200 А можно превратить в счетчик на 0–20 А, обмотав проводник 10 раз вокруг сердечника зажима.
В менее дорогих клещах используется схема выпрямителя, которая фактически считывает средний ток, но откалибрована для отображения среднеквадратического значения тока, соответствующего измеренному среднему значению, что дает правильные среднеквадратичные показания только в том случае, если ток имеет синусоидальную форму . Для других сигналов показания будут неверными; когда эти более простые счетчики используются с несинусоидальными нагрузками, такими как балласты , используемые с люминесцентными лампами или газоразрядными лампами высокой интенсивности , или с большинством современного компьютерного и электронного оборудования, показания могут быть весьма неточными. Счетчики, которые реагируют на истинное среднеквадратичное значение, а не на средний ток, называются «истинным среднеквадратичным значением».
Типичные портативные устройства на эффекте Холла могут считывать ток до 200 мА, но доступны устройства, которые могут считывать ток до 1 мА.
Амперметр Columbia с щипцами (на рисунке) представляет собой пример лопастного типа, который используется для измерения больших переменных токов до 1000 ампер. Железные губки счетчика направляют магнитное поле, окружающее проводник, на железную лопасть, прикрепленную к стрелке счетчика. Железная лопасть движется пропорционально силе магнитного поля и, таким образом, дает показания счетчика, пропорциональные току. Этот тип амперметра может измерять как переменный, так и постоянный ток и обеспечивает измерение истинного среднеквадратического значения тока несинусоидальных или искаженных сигналов переменного тока. В зажимном узле могут быть установлены сменные механизмы счетчика, обеспечивающие различные натурные значения тока до 1000 ампер. Железная лопасть находится в небольшом цилиндре, который вставляется в пространство на шарнирном конце зажимных губок. Доступны несколько размеров губок для зажима больших проводников и шин до 4+Ширина 1 ⁄ дюйма (110 мм). [5] Как показано на рисунке, шкала очень нелинейна и непригодна для измерения малых токов, при этом токи, составляющие менее половины полного отклонения шкалы, втиснуты в короткую часть циферблата.
Щупы-зажимы используются с некоторыми счетчиками для измерения электрической мощности и энергии . Зажим измеряет ток, а другие схемы — напряжение ; истинная мощность — это произведение мгновенного напряжения и тока, интегрированных за цикл . Комплексные счетчики, предназначенные для измерения многих параметров электрической энергии ( коэффициент мощности , искажения , мгновенная мощность как функция времени, фазовые соотношения и т. д.), используют этот принцип. Для однофазных измерений используется одиночный зажим; с помощью соответствующего прибора с тремя клещами измерения можно проводить в трехфазных энергосистемах.
