При вимірах провідник струму не розривається і залишається електрично ізольованим від входів вимірювального приладу. В результаті чого низьковольтні входи можуть бути переведені в третій стан (з високим імпедансом) або заземлені. Для виконання вимірювання за допомогою струмового датчика немає необхідності переривати подачу харчування, що усуває простої, обходяться часом дуже дорого.
Вимірювання дійсних среднеквадратических значень, в діапазоні частотних характеристик датчика, можливо при використанні токового датчика CHAUVIN ARNOUX з мультиметром RMS, призначеним для вимірювання середньоквадратичних значень. У більшості випадків вимірювання середньоквадратичних значень обмежується неможливо даних струмових датчиків, а приладами до яких вони підключені. Найкращі результати вимірювання забезпечуються при застосуванні датчиків володіють високою точністю, хорошою частотної характеристикою, при мінімальному зсуві фаз.
CHAUVIN ARNOUX пропонує широкий вибір струмових датчиків для вимірювання постійного (DC) і змінного (AC) струму. Кілька струмових датчиків CHAUVIN ARNOUX мають патенти на їх унікальну схему і дизайн.
Струмові датчики для вимірювання змінного струму.
Принцип роботи
Токовий датчик для вимірювання параметрів змінного струму може розглядатися як різновид простого трансформатора струму. Трансформатор (рис.1) по суті має дві котушки на загальному залізному сердечнику. Напруга I1подаётся на котушку В1, наводячи через загальний сердечник напруга I2 на котушці В2. Число витків на кожній котушці і значення напруги мають відношення по формулі:
N1 x I1 = N2 x I2, де N1 і N2 це число витків на кожній котушці. З цього відносини слід: I2 = N1 x I1 / N2 і I1 = N2 x I2 / N1.
Той же самий принцип використовується в струмовому датчику (рис. 2). На замкнутому магнітопроводі у вигляді кліщів замкнутих на провіднику, знаходиться котушка B2. по якій протікає електричний струм I1.
В1 це просто провідник, на якому користувач проводить вимірювання, при кількості обмоток, утворених провідником - рівним одиниці. Токовий датчик замкнутий навколо провідника виробляє вихідний струм, значення якого визначаються кількістю витків на котушці В2, за формулою:
I2 (вихід датчика) = (N1 / N2) x I1, де N1 = 1 або, інакше, Вихідна зачение датчика = I1 / N2 (де N2 це число витків на котушці датчика).
Часто буває дуже важко виміряти I1 безпосередньо, так як значення сили струму занадто велике, щоб подавати його безпосередньо на ланцюг вимірювального приладу, або просто тому, що неприпустимо розривати ланцюг. Для забезпечення прийнятного вихідного значення на котушці датчика розміщується велика кількість витків.
Кількість витків на котушці датчика в більшості випадків мають кратні значення (наприклад, 100, 500 або 1000).
Дане співвідношення означає, що струм, що протікає через захоплення струмових кліщів перетворюється в струм на виході в такий спосіб:
Вхідний струм провідника
Вихідний струм датчика
Вихід датчика підключається до цифрового мультиметру, в режимі вимірювання змінного струму у відповідному діапазоні значень для перетворення вихідного сигналу датчика. Потім, для визначення параметрів струму в провіднику необхідно помножити показання мультиметра на співвідношення датчика (наприклад, значення 150 мА в діапазоні вимірювання 200 мА відповідає силі струму 150 мА x 1000 = 150 A в вимірюваному провіднику).
Струмові кліщі можуть використовуватися і з іншими приладами вимірюють струм в діапазоні, відповідному виходу датчика, якщо дані вимірювальні прилади мають необхідний вхідний опір (див. Рис. 3).
Струмові датчики можуть також мати виходи як за струмом так і за напругою, для здійснення вимірювань струму приладами мають тільки входи по напрузі (самописці, осцилографи і т.д. рис. 4 і 5).
Це просто здійснити узгодженням струмового виходу датчика з датчиком, що має на виході напруга (модель Y4N або Mini1). У цих випадках напруга на виході датчика в мВ пропорційно вимірюваній току (напр. 1мВ / А змінного струму).
Струмові кліщі для вимірювання параметрів постійного і змінного струму
Принцип роботи (ефект Холла)
На відміну від традиційних перетворювачів змінного струму, вимірювання параметрів змінного і постійного струму часто здійснюється за допомогою вимірювання напруженості магнітного поля створеного провідником струму в напівпровідниковому кристалі в соответствиис ефектом Холла.
Коли тонкий напівпровідник (рис. 6) розташовується під прямим кутом до магнітного поля (B), і на нього подається струм (Id), на кінцях напівпровідника виникає напруга (Vh). Ця напруга відомо як напруга Холла, в честь американського вченого Едвіна Холла, який першим відкрив це явище.
Коли струм збудження (Id) в пристрої Холла підтримується постійним, напруженість магнітного поля (B) є прямо пропорційною току в вимірюваному провіднику. Таким чином, вихідна напруга (Vh) відповідає даним току. Подібна схема має дві важливі переваги для вимірювання параметрів струму:
- Перше, так як напруга Холла не залежить від зміни напрямку магнітного поля, а тільки від значення його напруги то дане пристрою може бути використано для вимірювання постійного струму.
- Друге, коли напруга магнітного поля змінюється внаслідок зміни струму в провіднику, реакція на зміну відбувається миттєво. Таким чином, форма електромагнітної хвилі змінного струму може бути визначена і виміряна з високою точністю і невеликим сфазовим зрушенням.
Базова конструкція датчика у вигляді струмових кліщів в показана на рис. 7 (примітка: використовується один або два генератора Холла в залежності від типу струмового датчика).
Більшість струмових датчиків CHAUVIN ARNOUX, для вимірювання змінного і постійного струму, розроблені на принципі розгляду му вище, з використанням запатентованої електронної схем об'єднує в собі перетворення сигналу для передачі на лінійний вихід і ланцюг компенсації температури.
Струмові датчики мають широкий динамічний діапазон і частотну характеристику, а також вихідний лінійний сигнал високої точності. Вони можуть застосовуватися у всіх областях вимірювання струму до 1500 A. Постійний струм може бути виміряний без дорогих, потужних шунтів. Змінний струм частотою до декількох кілогерц може бути виміряний з точністю необхідною для вимірювання складних сигналів, а також для вимірювання середньоквадратичних значень.
Вихідний сигнал струмового датчика в мілівольтах мВ (мВ DC при вимірюванні постійного струму, і мВ AC при вимірюванні змінного струму), вихід датчика може бути підключений до більшості приладів, що мають вхід для вимірювання напруги, як мультиметр, осцилограф, портативний осцилограф, самописець і т .п.
CHAUVIN ARNOUX також пропонує різні рішення для вимірювання постійного струму, такі як К1 і К2, розроблені для вимірювання постійного струму з дуже невеликим значенням. використовують технології з насиченим магнітним полем.
Датчики для змінного і постійного струму дозволяють вимірювати і виводити на дисплей дійсні среднеквадратические для значення для AC або AC + DC.
Вимірювання змінного і постійного струму:
- Підключіть датчик до вимірювального приладу.
- Виберіть функцію і діапазон виміру.
- Заблокуйте датчик навколо одного проводу.
- Вважайте значення струму в провіднику.
Вимірювання змінного струму (АС): модель датчика струму: Y2N
Співвідношення: 1000: 1
Вихідний сигнал: 1 мА AC / A AC.
Мультиметр: встановіть діапазон виміру 200 мА AC (змінного струму).
Прочитуване значення на мультиметри: 125 мА АС
Сила струму в провіднику: 125 мА x 1000 = 125 A AC
Вимірювання постійного струму (DC): модель датчика струму. PAC 21
1 мВ DC / A DC (датчик Холла)
Мультиметр: встановлений діапазон виміру 200 мВ DC.
Показання на приладі: 160 мВ DC
Сила струму в провіднику: 160 A DC
Вимірювання змінного струму AC: модель датчика. PAC 11
Вихід -1 мВ AC / A AC
(датчик холу)
Мультиметр. встановлений діапазон виміру 200 мВ AC.
Показання на приладі: 120 мВ AC
Сила струму в провіднику: 120 A AC
Вимірювання постійного струму DC: мікродатчик К1.
Вихід: 1 мВ / мА
Мультиметр: встановлений діапазон виміру 200 мВ DC.
Показання вимірювального приладу: 7.4 мВ DC
Сила струму в провіднику: 7.4 мА DC
Вимірювання малих значень струму, вимірювання на петлях з провідника, вимір струму витоку і інші виміри
Для вимірювання малого струму пропонується велика кількість датчиків, наприклад К1 і К2 мають чутливість 50 мА DC, а модель K2 може бути використана для вимірювання на кільцях з провідника з ток му 4-20 мА. Є спеціальний розділ каталогу для датчиків, що вимірюють малі значення струму.
приклад:
петля 4-20 мА
Модель датчика K2
Вихід. 10мВ / мА
Мультиметр: встановіть діапазон виміру 200 мВ DC.
Показання мультиметра: 135 мВ DC (постійного струму).
Сила струму в петлі: 13.5 мА DC (постійного струму).
Якщо вимірюється значення занадто мало, для використання датчика або для збільшення точності вимірювання можна замкнути кліщами кілька петель провідника струму. Значення струму визначається ставленням показання приладу до кількості витків провідника охоплених струмовими кліщами (показання приладу необхідно розділити на кількість витків замкнутих кліщами).
приклад:
Модель датчика: З
Співвідношення: 1000: 1
Цифровий універсальний вимірювальний прилад: встановіть діапазон виміру 200
мА AC.
Зробіть 10 петель з провідника і замкніть навколо їх струмові кліщі.
Показання вимірювального приладу: 60 мА AC
Сила струму в провіднику: 60 мА x 1000/10 = 6000 мА = 6 A
Коли струмові кліщі замкнуті навколо двох провідників з різною полярністю, прилад буде показувати різницю значень струму двох провідників. Якщо значення рівні прилад буде показувати нульове значення (рис. 10). Якщо прилад показує значення відмінне від "0", то прилад показує значення витоку струму для даного навантаження.
малюнок 10
Для вимірювання малих значень струму або для вимірювання витоку необхідно використовувати струмовимірювальні кліщі призначені для вимірювання невеликих значень, як, наприклад модель В2.
Струм витоку на землю може бути виміряний безпосередньо при використанні наступної простої моделі (рис. 11).
малюнок 11
Модель датчика M iniclamp 1
Співвідношення: 1 мВ / мА AC
Мультиметр: встановіть діапазон виміру 200 мВ AC.
Показання вимірювального приладу: 10 мВ AC
Струм витоку: 10 мА AC.
Вибір датчика струму.
Відповідь на такі питання допоможе Вам вибрати струмовий датчик для відповідного застосування.
1. Визначте тип вимірюваного струму: змінний або постійний струм (датчики, призначені для вимірювання постійного струму, мають позначення AC / DC (змінний / постійний), так як вони можуть вимірювати значення, як для змінного, так і для постійного струму).
2. Визначте найбільшу і найменшу значення. Визначте чи підходить точність вимірювання в нижньому діапазоні або виберіть струмовий датчик для малих значень струму. Багато датчики мають високу точність вимірювання в верхнм діапазоні. Деякі ж призначені для вимірювання невеликих значень змінного або постійного струму.
3. Який діаметр проводу необхідно охопити кліщами? Цей параметр визначає необхідний розмір струмових кліщів.
4. Який тип виходу датчика необхідний Вам або в яких одиницях буде виконуватися вимірювання (мА, мВ, AC, DC, і т.п.)? Переконайтеся, що вхідний імпеданс вимірювального приладу відповідає технічним вимогам.
Інші фактори, які Вам необхідно врахувати.
- Яке значення напруги для провідника, на якому виконується вимірювання?
Датчики CHAUVIN ARNOUX не повинні використовуватися для напруг вище 600 В (дивіться технічні вимоги). - Який тип виходів Вам необхідний: Джек, дроти з штепселями або BNC - роз'єм?
- Визначте, датчик буде використовуватися для вимірювання силових чи гармонічних значень?
Зверніть увагу на характеристики по частотним параметрами і по зрушенню фаз.