Еволюція струмових кліщів

Магазин Gtest® - авторизований постачальник струмових кліщів в Україні: 
https://gtest.com.ua/uk/vimiryuvalni-priladi/strumovimiryuvalni-klishchi

Джуліан Грант, генеральний директор Chauvin Arnoux UK, розповідає коротку історію еволюції струмовимірювальних кліщів: від перших з бакелітовим покриттям до надгнучких датчиків сьогоднішнього дня.

У 1937 році Шовен Арну винайшов трансформаторні кліщі, які стали першими стружками, в яких використовувалася система «роз'ємного сердечника з шарнірними затискачами», яку ми сьогодні бачимо майже у всіх струмових кліщах.

Перший трансформаторний затискач був винайдений Шовеном Арну у 1937 році.

При підключенні до відповідного зовнішнього амперметра це вперше дозволило швидко та неінтрузивно виміряти змінний струм, що протікає у будь-якому кабелі чи шині.

Не дивно, що невдовзі трансформаторні кліщі та амперметр були об'єднані в автономний струмовимірювальний кліщ, який часто називали «кліщовим тестером», з можливістю безпосереднього зчитування струму на аналоговому дисплеї.

Перші аналогові та цифрові струмовимірювальні кліщі від Chauvin Arnoux.

Новинкою стало те, що для фіксації показань на дисплеї можна було натиснути на повзунок на задній стороні кліщів, який буквально затискав стрілку дисплея в будь-якому положенні. Потім оператор міг зняти затискач, записати свідчення та відпустити стрілку.

За минулі десятиліття струмові кліщі вдосконалилися і стали оснащуватися цифровими дисплеями, датчиками Холла для вимірювання постійного струму, а також часто включають ряд типових функцій мультиметра, таких як вимірювання напруги та опору.

Пізніші розробки також дозволяють розраховувати і відображати інші складніші функції, такі як потужність, коефіцієнт потужності та гармоніки.

Протягом десятиліть еволюції вони продовжували використовувати шарнірні залізні осердя. Так було донедавна…

Знайомство з котушкою Рогівського

Пояс Роговського, спочатку винайдений у 1912 році німецьким фізиком Вальтером Роговським, є спіральною дротяною котушкою, укладеною в гнучку оболонку. У ньому немає залізного сердечника.

На відміну від традиційного трансформатора струму, в поясі Роговського індукується напруга, пропорційна швидкості зміни струму в навколишньому провіднику. Вихідна напруга пояса Роговского проходить через інтегруючу схему, яка перетворює їх у вихідний струм, пропорційний струму у провіднику.

Котушка Рогівського з інтегруючою схемою.

Протидіючий

У модифікації вихідної котушки, іноді званої котушкою Роговского із зустрічною намотуванням, використовується метод, при якому провід з одного кінця повертається через центр котушки до іншого, так що обидва з'єднання з котушкою виконуються на одному кінці. Будучи тепер одночасно відкритим і гнучким, котушка Рогівського може бути обернена навколо провідника струмопровідного, не від'єднуючи його і не чіпаючи.

Спочатку котушки Роговского були досить громіздкими пристроями, схильними до впливу прилеглих електричних перешкод. Останніми роками вони зменшилися у розмірах і стали ефективнішими. Маючи значно покращену стійкість до зовнішніх полів, вони стали кращим датчиком для багатьох випробувальних приладів.

У порівнянні зі звичайними затискачами вони тонкі, легкі та гнучкі, що дозволяє датчику охоплювати провідники у вузьких, важкодоступних місцях або там, де кілька кабелів щільно скручені разом.

На відміну від цього, струмовимірювальним кліщам із залізним осердям потрібно достатньо місця для того, щоб їх жорсткі затискачі охоплювали провідник, забезпечуючи при цьому їхнє щільне змикання. Будь-який зазор або неспіввісність затискачів може призвести до потенційно значних помилок у показаннях.

Котушка Рогівського із зустрічним намотуванням.

Більш широкі діапазони струму

Гнучкі кліщі часто підходять для вимірювання проводів набагато більшого діаметру, ніж звичайні кліщі, і дозволяють вимірювати ширший діапазон струмів, особливо дуже високих, де струмові кліщі із залізним осердям можуть насичуватися або втрачати точність. Це робить їх ідеальними для вимірювання струмів у товстих кабелях або шинах, що використовуються у промислових та потужних установках.

Однак вони також цілком підходять для обмотки набагато менших кабелів, наприклад, тих, що використовуються в побутових та легких комерційних установках, і в цьому випадку їх можна обмотати навколо кабелю кілька разів, щоб збільшити свідчення струму та покращити можливості вимірювання нижнього кінця пояса Рогівського.

Пояси Рогівського, як правило, мають більш високу частотну характеристику, ніж кліщі із залізним осердям, що робить їх придатними для вимірювання перехідних струмів або високочастотних струмів, наприклад, викликаних гармоніками або комутаційними пристроями. Це особливо важливо в сучасних установках, що містять все більше нелінійних навантажень, що генерують гармонійні струми.

Можуть генеруватися струми із частотою до 5 кГц, що відповідає 100-й гармоніці у джерелі живлення частотою 50 Гц, і це цілком відповідає смузі пропускання пояса Рогівського. Тому багато з звичайних кліщів, що існують на сьогоднішній день, можуть вимірювати струми тільки з частотою до 400 або 500 Гц, що призводить до заниження показань (читай: заниження) за наявності гармонік вищої частоти.

Гнучке майбутнє

Відсутність важкого залізного сердечника робить гнучкі кліщі більш портативними та зручними для перенесення інженерами та техніками, а їх гнучкість додатково підвищує безпеку у складних чи небезпечних умовах. Гнучкі кліщі також, як правило, більш стійкі до механічних пошкоджень, оскільки не мають жорстких рухомих частин, таких як затискачі у звичайних кліщах.

Фактично, єдиний реальний недолік гнучких кліщів у порівнянні з жорсткими залізними кліщами полягає в тому, що вони не дуже ефективні при вимірі дуже малих струмів, досягаючи нижньої межі близько 100 мА. Однак кілька обертів навколо провідника, що вимірюється, можуть знизити цей показник. Можливо, що ще важливіше вони також не можуть вимірювати постійний струм.

Що стосується решти, можливо, настав час запитати себе, навіщо вам взагалі коли-небудь знову знадобилося використовувати звичайний затискач.