Токоизмерительные клещи для постоянного и переменного тока: конструкция и разновидности

Назначение и виды токоизмерительных клещей

Токоизмерительные клещи — пожалуй, единственный инструмент, позволяющий измерять ток в цепи, не разрывая ее. Различаются они по устройству, функциональности, максимальному измеряемому напряжению и типу измеряемого тока (постоянный либо переменный). Так какими же могут быть наши клещи и как они работают?

Одноручные токовые клещи

Начнем, пожалуй, с известных многим одноручных клещей — по сути это мультиметр (чаще всего) с дополнительным токовым датчиком. Пользоваться такими клещами довольно просто — для этого достаточно перевести переключатель в режим амперметра, развести клещи и свести их, заключив проводник внутри кольца. Сила тока в этом проводнике высветится на цифровом индикаторе.

Для измерения силы тока в труднодоступных местах на некоторых моделях предусмотрена кнопка фиксации результата.

Такие одноручные клещи рассчитаны на сравнительно низкое (до 1000 В) напряжение и, в силу своей компактности и удобства в использовании, наиболее подходят для применения в бытовых условиях.

Помимо одноручных выпускаются также двуручные, предназначенные для работы с напряжением от 2000 до 10000 В.

Двуручные токовые клещи

Работать одной рукой с такими клещами уже не получится. Столь неудобная в применении конструкция придумана неспроста. Дело в том, что по технике безопасности токоизмеряющие устройства, предназначенные для измерений свыше 1 кВ, должны иметь длину изоляторов не менее 38 см, а рукояток — не менее 13 см. К счастью, в быту такие напряжения практически не встречаются, поэтому работать с двуручными клещами придется немногим.

Как уже было сказано, помимо максимального измеряемого напряжения, измерительные клещи различаются также по типу измеряемого тока. Каковы различия между ними и как узнать, для тока какого типа предназначен тот или иной прибор? Это на самом деле несложно — по маркировке на корпусе (сейчас имеются ввиду клещи высокого или хотя бы среднего качества, а не собранные в подвале на коленках). Так, на корпусе клещей, предназначенных для измерения переменного тока, будет проставлена маркировка AC, для постоянного же — DC (чаще — ACDC). Различия же в принципе работы. Токоизмерительные клещи для измерения переменного тока работают по принципу одновиткового трансформатора.

Токоизмерительные клещи для измерения переменного тока работают по принципу одновиткового трансформатора

В целом конструкция токовых клещей переменного тока проста. Они состоят из разводного магнитопровода с намотанной на него вторичной обмоткой, подключенной к амперметру. В роли первичной обмотки выступает измеряемый проводник, протекающий по которому ток создает переменное магнитное поле, передающееся через магнитопровод вторичной обмотки и возбуждающее в ней электромагнитную индукцию. Возникший в результате электрический ток как раз и измеряется амперметром. Данная схема объясняет принцип работы токовых клещей переменного тока, но как же работают клещи для измерения тока постоянного? Ведь, как известно, трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Сейчас мы получим ответ и на этот вопрос.

Для измерения постоянного тока используются уже другие принципы. Общеизвестно, что проводник, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя магнитное поле, и чем выше сила тока, тем более мощным это поле получается. Так вот, измерив это поле, можно получить представление о силе и даже направлении тока. Наличие и интенсивность магнитного поля определяется специальным датчиком (датчиком Холла). Клещи, оснащенные датчиком Холла, в отличие от трансформаторных, способны измерять как постоянный ток, так и переменный, а стоят незначительно дороже. Так что если придется выбирать, какие лучше приобрести, то рекомендуются именно они. Помимо своих непосредственных функций (измерение силы тока без разрыва цепи), многие современные клещи представляют собой полноценный тестер (мультиметр), позволяющий измерить напряжение, сопротивление, а также прозвонить участки цепи и проверить работоспособность некоторых радиоэлементов.

Но не стоит забывать также об аналоговых (стрелочных) клещах, которые, несмотря на все достоинства и удобства своих цифровых собратьев, все еще продолжают использоваться наряду с ними. Происходит это ввиду их менее высокой стоимости и способности работать без источника питания.

Теперь, зная, какими могут быть токоизмерительные клещи, можно перейти непосредственно к обзору. В сегодняшнем рейтинге будут участвовать 10 клещей различных производителей, разных ценовых категорий, но непременно имеющие высокие оценки пользователей. Позиционироваться клещи будут в порядке возрастания их качества.

Лучшие бюджетные клещи

6 UNI-T UT204А

Бюджетные многофункциональные токоизмерительные клещи от известной фирмы UNI-T. Расположение органов управления очень удобное, позволяет оперировать одной рукой при измерении токов бесконтактным способом. Очень простое управление, поскольку из управляющих органов присутствует только поворотный переключатель и три кнопки. Для подстраховки от падения прибора в комплекте присутствует темляк.

Кнопки управления:

SELECT – выбор подрежима, который соответствует надписям поворотного переключателя синего цвета;
REL — установка нуля с дополнительными возможностями;
HOLD – фиксация показаний дисплея.

Интересным решением является разделение измеряемых параметров по постоянному и переменному току, что сильно упрощает управление прибором в целом. Имеется функция автоотключения, которое происходит через 15 минут простоя.Плюсы:

известный бренд, хорошее качество изготовления;
высокая скорость измерения;
достаточная точность и стабильность измерений;
автоматический выбор диапазона;
бесконтактное измерение постоянного и переменного тока до 600А;
удобное управление, компактный размер;
огромный функционал;
невысокая стоимость.

Минусы:

питание от кроны;
нет подсветки;
нет TRUE RMS;
корпус не прорезинен;
микросхема АЦП бескорпусная, залита компаундом;
магнитопроводы маловаты.

Проверка токоизмерительных клещей

Дабы рассматриваемые нами клещи позволяли получать максимально корректный результат, очень важно проводить их соответствующие поверки. Они представляют собой перечни операций, осуществляемых для подтверждения соответствия прибора установленным нормам

При проведении проверки осуществления определение погрешности, которая в итоге должна быть сравнена с допустимой. Последняя указывается в документации устройства.

Существует несколько типов поверкой токовых клещей, таких как:

Первичные поверки. Они осуществляются несколько раз – в процессе выпуска устройства, при его ввозе в другую страну или же после проведенных ремонтов.
Периодические поверки. Они являются плановыми. Проводятся такие исследования после истечения межповерочного интервала времени.
Внеочередные поверки. Их следует проводить либо же в случае потери документов на устройство, либо же после нарушения целостности прибора вследствие того или иного механического воздействия на него.
Инспекционные поверки. Они осуществляются непосредственно под метрологическим контролем. Для этого должно быть соответствующее решение государственного органа.
Экспертные поверки. Они проводятся только в том случае, если существуют определенные разногласия по поводу получаемых результатов прибора.

Нормы и периодичность испытания приборов:

Напряжение электроустановок, кВ	Испытательное напряжение, кВ	Продолжительность испытания, мин	Переодичность испытания
До 1	2	5	Раз в 24 мес.
От 1 до 10	40	5

Результаты поверки обязательно вносятся в паспорт приборов. Если устройство было признано таким, что непригодно к использованию, должно быть соответствующее извещение об этом.

Типы клещей

Существует несколько типов приборов. Прежде всего их делят по конструкции и напряжению эксплуатации. В этом плане приборы встречаются таких видов:

Одноручные клещи. Они применяются по отношению к цепям, напряжение в которых явно не более чем 1 кВ. Такие приборы имеют вид небольшой по своим габаритам изолированной рукоятки. Для того чтобы осуществить раскрытие магнитопровода, достаточно использовать всего лишь одну руку. С ее помощью нужно выполнить нажатие на соответствующий рычаг.

Двуручные клещи для токоизмерения. Их используют в сетях с напряжением от 2 до 10 кВ. Для того чтобы эксплуатировать такой прибор, понадобится сразу две руки, так как у него производитель предусмотрел две рабочие рукоятки. Длина их изолированных частей при этом весьма значительная – свыше 38 сантиметров.

По своему внешнему виду приборы тоже могут быть разными. На рынке присутствуют такие их модели, как:

Аналоговые клещи. Они оснащены дисплеем со стрелкой, а также соответствующей ему измерительной шкалой. Для того чтобы подобные устройства работали, требуется соответствующий источник питания. Вследствие всех этих особенностей аналоговые приборы до сих пор пользуются спросом. Они быстро способны реагировать на изменения тока, предоставляя данные об этом весьма удобным способом.

Цифровые клещи. Они оборудованы жидкокристаллическим экраном где и отражается определенное значение измеряемого тока. Для работы данного устройства обязательно необходимо использовать дополнительный источник питания.
Клещи высоковольтного типа. Данные приборы отличаются прежде всего своей улучшенной изоляцией. Она позволяет предотвратить воздействие напряжения электроцепи на человека, измеряющего ток.

Дополнительно стоит отметить, что на рынке присутствуют токоизмерительные приборы, оборудованные датчиком Холла. Это уже более усовершенствованный механизм, который дает возможность с высокой точностью проводить замеры постоянной компоненты.

Измерения в электроустановках напряжением выше 1000В

Эти приборы применяются для измерения токов в промышленных электроустановках. Они не имеют дополнительных функций, снабжены стрелочным или цифровым индикатором. Главная их особенность: способность выдерживать рабочее напряжение электроустановок (6 кВ, 10 кВ, 35 кВ), для которых они предназначены.

Токоизмерительные устройства для работы на шинах высокого напряжения снабжены съемными изолирующими рукоятками, при помощи которых их подносят к объекту измерений. Этими же рукоятками происходит размыкание и замыкание магнитопровода. Измерение тока в электроустановках выше 1000 В опасно, поэтому дополнительно работники обязаны пользоваться диэлектрическими перчатками, ботами, ковриками и средствами защиты лица и глаз. Правда, необходимость измерений возникает нечасто, так как обычно ток контролируется в таких электроустановках стационарно установленным электрооборудованием.

Как пользоваться токовыми клещами

Принцип работы токовых клещей

Основная задача электроизмерительных клещей измерение тока без разрыва проводника, современные приборы обладают функциями измерения напряжения, емкости, температуры, мощности и т.д. Принцип измерения основан на токовом трансформаторе или эффекте Холла.

Токовые клещи, работающие на принципе трансформатора тока, измеряют только переменный ток, т.к. трансформатор не пропускает через себя постоянный ток. Первичная обмотка это провод, обхватываемый токовыми клещами, а вторичная внутри токовых клещей с токовым датчиком. Обхватить несколько витков одного проводника, то на вторичной обмотке ток во столько же раз увеличится. Это удобно для измерения небольших переменных токов, при этом нужно разделить полученное значение тока на количество витков. Внешне токовые клещи, работающие на трансформаторе тока, отличаются отсутствием насечек на губках и диапазона постоянного тока.

Токовые клещи, работающие на эффекте Холла, измеряют и постоянный и переменный ток. Принцип работы на эффекте Холла основан на измерении напряжения на гранях полупроводниковой пластины, через которую протекает постоянный ток, помещенной в магнитное поле перпендикулярно к ней. Магнитное поле образуется вокруг проводника, который обхватили токовыми клещами. Изменение тока в проводнике, вызывает изменение магнитного поля вокруг проводника, что вызывает изменение напряжения на чувствительном элементе Холла. Напряжение чувствительном элементе преобразуется и выводится на экран в виде значения тока

Для токовых клещей, работающих на эффекте холла, важно располагать проводник перпендикулярно к губкам токовых клещей

Измерение тока

Для работы на нашем приборе APPA 133 выберем режим переменного тока А

обхватим один провод. Выбор диапазона измерения в APPA 133 автоматический, в других приборах возможно необходимо выбрать диапазон. Если размещать проводник не перпендикулярно или не по рискам, то погрешность показаний увеличивается до 3 %.

Для измерения броскового переменного тока необходимо выбирать режим «inrush current», например в случае измерения пускового тока электродвигателя. Для измерения макс мин тока выбираем соответствующий режим. При включенной печке максимальный ток 8,47 А.

Если обхватить сразу два провода, то токовые клещи покажут ноль, т.к. сумма токов двух проводников с разной полярностью равна нулю. Если показания прибора не ноль, то имеется ток утечки или значение находится в пределах погрешности прибора. При измерении нескольких проводов одновременно значение тока будет суммой токов всех проводов. Утечка тока может проявиться например, если вода из крана бьет током, нужно проверить ток утечки электрического бойлера.

Измерение напряжения

Для измерения постоянного и переменного напряжения выставим переключатель на V. Наш прибор имеет автоматический выбор диапазона, а так же позволяет измерять частоту. Переключать между режимами необходимо при отсоединенных проводах. У APPA 133 имеется защита от высокого напряжения более 1000 В.

Видим напряжение 221,1 В, частота 49,97 Гц.

При включенной печке видим что напряжение упало до 211,1 В, частота не изменилась. Произошло это из-за того что сечения проводов не хватает на мощность печки, что вызывает перегрузку и нагрев проводов. Необходимо поменять провода на более толстого сечения.

Измерение потребляемой мощности

Полная мощность (В*А) равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей. Реактивная мощность (Вар) равна произведению напряжения и тока, умноженному на синус угла сдвига фаз между ними. Если нет потребителей с реактивной мощностью (двигатели, трансформаторы), то полная мощность нагрузки будет равна активной. Активная мощность вычисляется в приборе по формуле произведение напряжения на ток. Если прибор не позволяет измерять мощность, то полученный ток умножим на 220 В и получим мощность нагрузки. Для измерение активной мощности с помощью APPA 133 переводим переключатель W

. Переключать между режимами необходимо при отсоединенных проводах. Вставляем щупы в розетку и обхватываем проводник.

Активная мощность потребления компьютера 28 Вт, а при включенной печке потребляемая мощность повысилась до 1728 Вт (

=211,1 В * 8,47 А). В APPA 133 так же можно измерить коэффициент мощности, отрицательное значение говорит о емкостном характере нагрузки (ток опережает напряжение), положительное значение говорит о индуктивном характере нагрузки (ток отстает от напряжения).

Выбрать токовые клещи можете в каталоге.

Измерение в цепях постоянного тока

Клещи для измерения тока на основе токового трансформатора могут измерять только переменный ток в определенном диапазоне частот. Это связано с принципом работы трансформатора. Для измерения постоянного тока используют инструмент на другой основе.

Электроизмерительные клещи постоянного напряжения используют при измерениях эффект Холла, который регистрируется миниатюрным полупроводниковым датчиком.

Клещевые устройства для измерения тока характеризуются невысокой точностью. При измерениях нужно стараться, чтобы контролируемый проводник проходил точно в центре между губок и перпендикулярно им. Тогда точность будет наибольшей. Предел измерений нужно выбирать таким образом, чтобы измеряемый параметр вызывал как можно большее отклонение стрелки аналогового прибора.

Для чего предназначены электроизмерительные клещи?

Прибор отличается наличием клещевого зажима, расположенного в верхней части прибора. Это позволяет измерять ток и напряжение бесконтактным способом. Некоторые типы рассматриваемых приборов (например, Fluke 325) могут и больше, например, устанавливать в непрерывном режиме значение текущего сопротивления проводов. Это облегчает поиск неисправностей и их последующий анализ.

Положительная особенность токоизмерительных клещей – возможность производить измерения, не отключая от энергоснабжения диагностируемый участок цепи. В отличие от типового цифрового мультиметра, возможно без дополнительных переналадок измерять все параметры для переменного и постоянного тока, правда, точность отсчёта будет ниже.

Клещи включают в себя следующие блоки:

Челюстной зажим, который размещают вокруг проводника.
Тактильный барьер, защищающий пальцы оператора от возможного поражения током.
Узел удержания показаний, фиксирующий значение измеряемого параметра на экране дисплея до сброса.
Панель настройки, которая позволяет изменять количество определяемых характеристики и меру точности показаний.
ЖК-экран.
Устройство для высвобождения клещей (опционально).
Отсек для установки питающего элемента 9В.

Среди кнопок управления – подсветка, кнопка «максимум-минимум», выбор прочих функций. В некоторых моделях имеются входные USB-гнёзда для подключения сторонних гаджетов.

Геометрические размеры челюстного захвата от модели к модели изменяются, так что для правильного выбора следует уточнить, какой размах замера будет чаще всего востребован.

Принцип работы токовых клещей

Для того, чтобы выбрать лучшие токовые клещи, нужно хотя бы на базовом уровне разбираться в принципе их работы.

Главное преимущество клещей Дитце — предельная простота их конструкции

Наиболее распространенным типом токоизмерительных клещей являются клещи Дитце. Они представляют собой разъемный магнитопровод с намотанной на нем катушкой, который при измерении охватывает проводник. В итоге образуется трансформатор, одной из обмоток которого является провод, в котором осуществляются измерения, а другой — катушка, вмонтированная в клещи.

Преимуществом клещей Дитце является простота конструкции и, как следствие, дешевизна и высокая надежность. К недостаткам относятся невозможность измерения постоянного тока, зависимость точности измерения от частоты, а также относительно низкая чувствительность. Последняя проблема, впрочем, решается простым способом — на клещи наматывается несколько витков провода с измеряемым током, а потом измеренные показания делятся на число витков. Тем не менее, именно клещи Дитце пользуются наибольшей популярностью, так как для большинства применений их возможностей достаточно — электрики работают, как правило, с током частотой 50 Гц, а необходимость в измерении токов без разрыва цепи возникает, главным образом, там, где токи имеют большие значения.

Упрощенная схема токоизмерительных клещей на основе датчика Холла

В токовых клещах более современной конструкции используются датчики Холла — полупроводниковые устройства, определяющие величину магнитного поля. При этом провод, где проводятся измерения, охватывается не катушкой, а магнитопроводом, в разрыв которого встроен датчик Холла. Для повышения точности измерений нередко встраивают не один, а два датчика Холла — такие измерительные приборы называются клещами с двойным датчиком Холла.

Преимуществами токоизмерительных клещей с датчиками Холла являются возможность измерения постоянного тока, высокая чувствительность, высокая точность. Но их стоимость значительно выше, чем у клещей Дитце.

Конструкция катушки Роговского

Самым старым типом токовых клещей является катушка (пояс) Роговского. Она представляет собой замкнутый соленоид из немагнитного материала с равномерной намоткой, один из выводов катушки проходит по оси соленоида. Как и для клещей Дитце, можно измерять только переменный ток, результаты измерений сильно зависят от частоты. Уровень сигнала на выходе катушки Роговского очень низкий, поэтому приходится использовать дорогостоящие усилители с высокой чувствительностью

Тем не менее, у катушки Роговского есть одно важное преимущество: результаты измерений мало зависят от того, как соленоид проходит вокруг проводника. Поэтому катушку Роговского можно наматывать на эластичный материал

Данный прибор используют в том случае, если проводник, где проводятся измерения, находится в труднодоступном месте и его можно охватить только эластичным предметом. Токоизмерительные клещи, использующие только принцип катушки Роговского, в настоящее время уже почти не выпускаются. Но гибкая катушка Роговского может входить в комплект поставки некоторых токоизмерительных клещей, основными для которых являются другие принципы.

Принцип функционирования устройства

Главная особенность токоизмерительных клещей в наличии специального зажима, который расположен в верхней части. Именно этот зажим и позволяет осуществлять измерения силы тока бесконтактным путем. Кстати такой способ является не только быстрым, но еще и безопасным, так как электрику не нужно прикасаться к проводам.

Чтобы понимать принцип работы электроизмерительных клещей, необходимы начальные познания электротехники. Если же таковые отсутствуют, тогда рассмотрим подробно, как происходит измерение силы тока, и насколько эффективен такой инструмент для реализации соответствующей задачи.

Когда в сеть включается любой бытовой прибор или электроинструмент, по проводнику протекает электрический ток. Об этом знают практически все из уроков физики в школе.
При прохождении тока, вокруг проводника создается электромагнитное поле. Это поле невидимое, а его сила напрямую зависит от величины тока.
На основании этих сведений был создан прибор — токоизмерительные клещи, которые фиксируют уровень магнитного поля, тем самым определяя величину силы тока.

Что же представляют собой токоизмерительные клещи внутри? Понять это можно с помощью следующего эскиза.

На фото изображен размыкаемый магнитный провод, состоящий из стальных пластин, которые в приборе закрыты пластиковой оболочкой. На магнитопроводе присутствует обмотка, концы которой соединены с модулем управления прибора. Если говорить проще, то к обмотке подключен амперметр, который фиксирует величину тока в проводнике. Теперь подробнее о принципе работы прибора:

При размещении проводника внутри магнитопровода, происходит создание электродвижущей силы.
От ЭДС на вторичной обмотке наводится ток, который фиксируется прибором.
Величина этого тока незначительная, поэтому показания пересчитываются микропроцессором прибора.
Для пересчета используется коэффициент трансформации, значение которого уже задано, и зависит от количества витков.

В итоге мы получаем величину силы тока, значение которой максимально близко к реальному значению. Величина погрешности зависит от модели токоизмерительных клещей, но стоит отметить, что все приборы подобного рода имеют отклонения.

Это интересно! Продолжительный промежуток времени токоизмерительные клещи способны были работать только с переменным током. Ведь только в таком случае создается магнитное поле вокруг проводника. Кстати, вы можете заметить, что на приборе указывается тип электрического тока для измерения: ACA — переменный, DCA — постоянный. Однако вскоре приборы модернизировали, что позволило их применять для работы не только с переменным, но и постоянным током.

Если на приборе отсутствует соответствующая надпись DCA, значит, он не предназначен для работы с постоянным током. Этот момент следует обязательно учитывать, когда выбирается такой инструмент для работы.

Клещи для измерения постоянного или переменного тока

Назначение и виды токоизмерительных клещей