Эволюция токовых клещей

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик токовых клещей в Украине: 
https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/tokovye-kleshchi

Джулиан Грант, генеральный директор Chauvin Arnoux UK, рассказывает краткую историю эволюции токоизмерительных клещей: от первых, с бакелитовым покрытием, до сверхгибких датчиков сегодняшнего дня.

В 1937 году Шовен Арну изобрел трансформаторные клещи, которые стали первыми токовыжимами, в которых использовалась система «разъемного сердечника с шарнирными зажимами», которую мы сегодня видим почти во всех токовых клещах.

Первый трансформаторный зажим был изобретен Шовеном Арну в 1937 году.

При подключении к соответствующему внешнему амперметру это впервые позволило быстро и неинтрузивно измерить переменный ток, протекающий в любом кабеле или шине.

Неудивительно, что вскоре трансформаторные клещи и амперметр были объединены в автономный токоизмерительный клещ, который в то время часто называли «клещевым тестером», с возможностью непосредственного считывания тока на аналоговом дисплее.

Первые аналоговые и цифровые токоизмерительные клещи от Chauvin Arnoux.

Новинкой стало то, что для фиксации показаний на дисплее можно было нажать на ползунок на задней стороне токоизмерительных клещей, который буквально зажимал стрелку дисплея в любом положении. Затем оператор мог снять зажим, записать показания и отпустить стрелку.

За прошедшие десятилетия токовые клещи усовершенствовались и стали оснащаться цифровыми дисплеями, датчиками Холла для измерения постоянного тока, а также часто включают в себя ряд типичных функций мультиметра, таких как измерение напряжения и сопротивления.

Более поздние разработки также позволяют рассчитывать и отображать другие более сложные функции, такие как мощность, коэффициент мощности и гармоники.

На протяжении десятилетий эволюции они продолжали использовать шарнирные железные сердечники. Так было до недавнего времени…

Знакомство с катушкой Роговского

Пояс Роговского, первоначально изобретённый в 1912 году немецким физиком Вальтером Роговским, представляет собой спиральную проволочную катушку, заключённую в гибкую оболочку. В нём нет железного сердечника.

В отличие от традиционного трансформатора тока, в поясе Роговского индуцируется напряжение, пропорциональное скорости изменения тока в окружающем его проводнике. Выходное напряжение пояса Роговского проходит через интегрирующую схему, которая преобразует его в выходной ток, пропорциональный току в проводнике.

Катушка Роговского с интегрирующей схемой.

Противодействующий

В модификации исходной катушки, иногда называемой катушкой Роговского с встречной намоткой, используется метод, при котором провод с одного конца возвращается через центр катушки к другому, так что оба соединения с катушкой выполняются на одном конце. Будучи теперь одновременно открытым и гибким, катушка Роговского может быть обернута вокруг токоведущего проводника, не отсоединяя его и не трогая.

Изначально катушки Роговского были довольно громоздкими устройствами, подверженными влиянию близлежащих электрических помех. В последние годы они уменьшились в размерах и стали более эффективными. Обладая значительно улучшенной устойчивостью к внешним полям, они стали предпочтительным датчиком для многих испытательных приборов.

По сравнению с обычными зажимами они тонкие, легкие и гибкие, что позволяет датчику обхватывать проводники в узких, труднодоступных местах или там, где несколько кабелей плотно скручены вместе.

В отличие от этого, токоизмерительным клещам с железным сердечником требуется достаточно места для того, чтобы их жёсткие зажимы охватывали проводник, обеспечивая при этом их плотное смыкание. Любой зазор или несоосность зажимов может привести к потенциально значительным ошибкам в показаниях.

Катушка Роговского со встречной намоткой.

Более широкие диапазоны тока

Гибкие клещи часто подходят для измерения проводов гораздо большего диаметра, чем обычные клещи, и позволяют измерять более широкий диапазон токов, особенно очень высоких, где токовые клещи с железным сердечником могут насыщаться или терять точность. Это делает их идеальными для измерения токов в толстых кабелях или шинах, используемых в промышленных и мощных установках.

Однако они также вполне подходят для обмотки гораздо меньших кабелей, например, тех, что используются в бытовых и легких коммерческих установках, и в этом случае их можно обмотать вокруг кабеля несколько раз, чтобы увеличить показания тока и улучшить возможности измерений нижнего конца пояса Роговского.

Пояса Роговского, как правило, имеют более высокую частотную характеристику, чем клещи с железным сердечником, что делает их пригодными для измерения переходных токов или высокочастотных токов, например, вызванных гармониками или коммутационными устройствами. Это особенно важно в современных установках, содержащих всё больше нелинейных нагрузок, генерирующих гармонические токи.

Могут генерироваться токи с частотой до 5 кГц, что соответствует 100-й гармонике в источнике питания частотой 50 Гц, и это вполне соответствует полосе пропускания пояса Роговского. Поэтому многие из существующих на сегодняшний день обычных клещей могут измерять токи только с частотой до 400 или 500 Гц, что приводит к занижению показаний (читай: занижению) при наличии гармоник более высокой частоты.

Гибкое будущее

Отсутствие тяжёлого железного сердечника делает гибкие клещи более портативными и удобными для переноски инженерами и техниками, а их гибкость дополнительно повышает безопасность в сложных или опасных условиях. Гибкие клещи также, как правило, более устойчивы к механическим повреждениям, поскольку не имеют жёстких подвижных частей, таких как зажимы в обычных клещах.

Фактически, единственный реальный недостаток гибких клещей по сравнению с жесткими железными клещами заключается в том, что они не очень эффективны при измерении очень малых токов, достигая нижнего предела около 100 мА. Однако несколько оборотов вокруг измеряемого проводника могут снизить этот показатель. Возможно, что еще важнее, они также не могут измерять постоянный ток.

Что касается всего остального, возможно, пришло время спросить себя, зачем вам вообще когда-либо снова понадобилось использовать обычный зажим.