Stroomtang

stroomtang - een apparaat voor het contactloos meten van de stroom van een willekeurig circuit zonder te hoeven breken, zoals gebeurt met een gewone ampèremeter. Deze technische oplossing zorgt voor de veiligheid van servicepersoneel. Vooral nuttig voor werkende onderstations en andere bronnen van verhoogde spanning.

De geschiedenis van de ontwikkeling van meetapparatuur

Rogowski-riem

De Rogowski-riem wordt beschouwd als het prototype van de stroomtang. Voor het eerst werd een dergelijke constructie in 1887 beschreven door de professor van de universiteit van Bristol Chattok. Hij stelde voor om een ​​spoel op een speciale manier te wikkelen op een flexibele staaf van Indiaas rubber, zodat de geïnduceerde emf in het circuit evenredig zou zijn aan het verschil van de magnetische potentiaal aan zijn uiteinden. De wetenschapper bedekte de draadspiraal en deed onderzoek. Chattok probeerde bijvoorbeeld de magnetische weerstand van ijzer te bepalen met behulp van de wet van Ampere.

Rogowski en Steijus waren ook geïnteresseerd in het genoemde veld van de natuurkunde. Een bespreking van Die Messung der magnetischen Spannung( 1912) gaf een beschrijving van deze magnetische potentiometer, maar zonder verwijzing naar de activiteiten van Chattok. Het is niet zeker of deze twee wisten dat hun apparaat al een kwart eeuw bekend is. Sample coil-ontwerp:

1. Een spoel wordt langs een flexibele staaf gelegd.
2. Het einde is omwikkeld en nadert elke bocht het begin.

Eenvoudig ontwerp biedt een aantal voordelen:

1. vermijdt de invloed van het apparaat op het resultaat van metingen;
2. , in tegenstelling tot moderne teken op magnetische kernen, heeft niet het fenomeen van magnetische verzadiging, het wordt mogelijk om stromen van elke grootte te meten;
3. , vanwege de vorige oorzaak, is de kalibratie vereenvoudigd: de afhankelijkheid is lineair en wordt gemakkelijk benaderd over het hele bereik;
4. verandert simpelweg de gevoeligheid van het apparaat, waardoor het geschikt is voor het oplossen van verschillende problemen;De
5. Rogowski-riem wordt een ideale impulsstroomontvanger( kleine traagheid), wordt gebruikt in digitale technologie, geschikt voor het schatten van transiënte processen, waarbij typische meettransformatoren stromen:

• huidige regeling van precisie-soldeerstations en lasmachines;
• laboratorium plasmastroommeting;
• boogparameters in smeltovens;
• -apparaten voor automatische besturing van parameters van elektrische schakelingen;
• evaluatie van startstroom van het spoorkanon;
• -simulatie van kortsluitingsmodus in elektrotechniek( zie transformatieverhouding);
• vanwege de traagheidsvrije Rogowski-riem is acceptabel voor een nauwkeurige evaluatie van complexe golfvormen met harmonische componenten( thyristorstromen);
• worden gebruikt op de spoorwegen om in real time met signalen te werken;
• worden gebruikt voor het evalueren van de stromen geïnduceerd door het magnetisch veld in de metalen delen van transformatoren;
• in overeenstemming met de doelstellingen van het onderwijsproces ter illustratie van de wet van Ampere.

De Rogowski Belt is een ideaal hulpmiddel voor het bestuderen van circuits met voorheen onbekende stromingen. Een bijkomend voordeel wordt erkend door het gemak van vervaardiging, het is mogelijk om een ​​meetinstrument voor elke constructie te verkrijgen, ongeacht de kleine of grote geometrische afmetingen. De aan de uitgang van de Rogowski-riem ontvangen spanning wordt door een operationele versterker gevoerd voor een uitgesproken effect. De resulterende stroom stuurt een schakelaar of digitale ampèremeter.

Vanwege de specificiteit van de wet van Ampere is het pad van dekking van een geleider met een huidige spoel, bochten of directe wijzers van een meester niet belangrijk. In het ergste geval zal dit de nauwkeurigheid enigszins beïnvloeden, maar het resultaat blijft grotendeels hetzelfde. De huidige stroomtang wordt echter op dezelfde manier gezegd: er is geen verschil, de geleider bevindt zich in het midden of aan de omtrek.

Ondanks zo'n langdurige ontdekking was het gebruik van de Rogowski-riem dat niet. Het eerste patent op dit gebied is de Oostenrijkse, naar de naam van Werner, nummer 191015( 1957), die de mogelijkheid beschrijft om de dichtheid van magnetische flux te bestuderen met behulp van een stalen naald. Een soortgelijk type apparaat wordt beschouwd in US2644135 A, verklaard op 20 maart 1950.En het is onmogelijk om een ​​patent voor de Rogowski-riem te vinden. Blijkbaar is het apparaat niet aangegeven bij het bureau.

Maar de Rogowski-riem vertoont een tastbare tekortkoming, een inventieve gedachte moet doorgaan. Het impliceert de noodzaak van een strakke sluiting van de uiteinden van de spoel. Anders kan de contour niet worden beschouwd als zijnde in overeenstemming met de voorwaarden voor toepasbaarheid van de wet van Ampere. De homogeniteit van de contour is ook belangrijk: het aantal keerwindingen wordt verondersteld constant te zijn per lengte-eenheid, zelfs in gebogen toestand. Wat is niet altijd handig vanuit een technologisch oogpunt. De complexiteit wordt opgelost met de huidige klemtang.

De frequentie wordt de tweede beperking van de Rogowski-riem. De onderste limiet is 0,1 Hz en de bovenste is niet goed. De metingen op echografie zijn redelijk draaglijk tot 1 MHz. En dan moet je de integratie toepassen op een weerstand met lage weerstand met behulp van een eigen inductantiecircuit. Het proces verschilt van het proces dat hierboven is beschreven( de stroom is al gemeten, niet de EMV).Dit principe breidt de toepasbaarheid van de Rogowski-riem uit tot 100 MHz.

stroomtang

In een stroomtang wordt een ferromagnetische kern gebruikt. Flexibiliteit ontbreekt, verondersteld wordt dat het een mechanisme biedt voor het openen van het circuit. Met een speciale pen, door erop te drukken, bedekt de master de draad met stroom. De eerste dergelijke constructie is te vinden in octrooi US1924039 A, ingediend op 7 december 1932.William Hockley van Crompton Parkinson Ltd.schrijft over zijn eigen uitvinding:

1. De magnetische kern is op twee plaatsen gebroken: in de bocht en het loskoppelingspunt om het te bestuderen circuit te bedekken.
2. De tool bevat de componenten van moderne stroomtangen. Zelfs de vorm van de behuizing is vergelijkbaar: rechthoekig met een zijknop voor het openen van het magnetische circuit met veerbelasting.
3. Een aantal meetlimieten worden onderscheiden, en elk gebruikt zijn eigen verwijderbare beweegbare type sensor. Dus wordt de universaliteit van het apparaat geclaimd.
4. Op de achterkant van de kern is een meetspiraal gewikkeld. De indicator wordt een gewone ampèremeter.

Het octrooi claimt het eerste( in de wereld) gebruik van een beweegbare kern, met de vraag om de conclusie dat er huidige stroomtangen in hun oorspronkelijke vorm zijn. Herhaalt vervolgens de ideeën, dit gebeurt in het octrooi US2494206 A, 23 april 1946 afgekondigd. In het laatste geval is er echter een verduidelijking dat de DC-kracht wordt gemeten door het veld ervan te veranderen door de permeabiliteit van het magnetische circuit. Inderdaad, het is iets nieuws.

In octrooi US1924039 A ging het over gelijkstroom, maar de voorgestelde methode voor parameterschatting was niet gespecificeerd. Zoals bekend, induceert alleen een variabele magnetische flux een emf in het circuit, het kan in dit geval niet worden gebruikt.

Het fenomeen van gelijkstroom bias is bekend in technologie sinds 1921, dankzij patent US1640881 A. De toepassing is zes jaar herzien voordat het werd geaccepteerd in 1927.Dit betekent dat de specialisten van het bureau de uitvinding niet op industriële schaal toepasten of nieuwheid niet zagen. Inderdaad, het magnetisme voor het aanpassen van de snelheid van asynchrone motoren wordt tegenwoordig nog niet algemeen gebruikt, en de eerste apparaten voor het opnemen van geluid met dit effect verschenen alleen tijdens de Tweede Wereldoorlog. Octrooi US2494206 A wordt beschouwd als een afzonderlijk idee, ontworpen om de problemen op te lossen die werden gemist in eerdere versies van stroomtangmeters( mogelijkheid om stromen te meten met een frequentie van 0,1 Hz).

In andere gevallen, om gelijkstroom te meten, wordt de gevoelige spoel geroteerd met een bekende frequentie. Dan verandert de magnetische flux voortdurend, het is mogelijk om de gewenste waarde te berekenen. De rotatiesnelheid wordt gestabiliseerd, bijvoorbeeld met behulp van een kwartsoscillator. Soms is de beweging van de spoel translationeel. Dergelijke vibratie-inrichtingen voor het meten van gelijkstroom werden voor het eerst beschreven door Groshkovsky in 1937.De verplaatsingsbeweging werd uitgevoerd met behulp van een excentrisch wiel. Tegenwoordig zijn constructies op piëzo-elementen bekend, waarbij elektrische energie wordt omgezet in mechanische oscillaties. Hierdoor is het mogelijk om snelheden van tientallen kHz te bereiken, wat de respons van de EMF in het circuit aanzienlijk verhoogt, wat betekent dat de metingen vereenvoudigd zijn.

-berekeningen

Praktisch geïmplementeerde piëzo-elektrische structuren bevatten een miniatuurspoel van 10 windingen met een lengte van 30 en een breedte van 0,8 micron. Met een frequentie van 2 kHz biedt de sensor een gevoeligheid van 18 μV / 100 μT.De techniek van de spoel die in het veld is ingebracht, komt veel voor. In het laatste geval wordt het resultaat berekend met behulp van de formule in de afbeelding. Met V wordt het EMF uit het circuit bedoeld, A is een bepaalde constante, n is het aantal windingen in het circuit en het verschil tussen haakjes kenmerkt de snelheid van verandering van het magnetisch veld. Hieruit is het duidelijk dat het oorspronkelijke octrooi US2494206 A niet als de slechtste oplossing wordt beschouwd voor het meten van de parameters van een constant magnetisch veld met een stroomtang.

Stroomtangmeters in moderne elektrotechniek

Sensorische spoelen met een luchtspleet tonen om voor de hand liggende redenen een lage gevoeligheid: de veldsterkte is ongeveer gelijk aan inductie. Dit veroorzaakt een kleine reactie in de vorm van EMF.Bij het ontwerpen van miniatuurtoepassingen is het voordeliger om een ​​ferromagnetische kern te gebruiken, die de inductiewaarde vele malen vermenigvuldigt. Moderne materialen hebben een permeabiliteitscoëfficiënt van honderdduizenden eenheden, volgens welke de respons in de vorm van EMF toeneemt. Luchtsensoren zijn lineair. Zelfs de beste ferromagneet geeft vervormingen afhankelijk van de frequentie, temperatuur, magnetische fluxdichtheid, etc.

Het Barkhausen-effect maakt het signaal van de kern stapsgewijs. Dit is vandaag een onoverkomelijk defect, kwantiseringsruis genaamd. Vaak om deze reden kan stroomtang niet worden beschouwd als een ideaal hulpmiddel voor het meten van stromen. Hoewel ze geschikt zijn om de processen in de keten te beoordelen. Het is bijvoorbeeld eenvoudig om de startstroom van de elektromotor te detecteren, hoewel vanwege de traagheid van de indicator er meerdere keren ervaring moet worden opgedaan.

De nieuwste aanpassingen combineren hun eigen rol met de gebruikelijke tester. Gunstig verschillen in het vermogen om hoge stromen te meten zonder de noodzaak om het netwerk aan te raken, maar lijden aan een grote fout. Hier is het noodzakelijk om een ​​reservering te maken die voor de uitbreiding van de functionele drie ingangen is toegevoegd die standaard zijn voor multimeters:

1. Common - common( ground, minus).
2. V - voor het meten van spanningen en weerstanden.
3. Ext - aansluiting van een externe bron om de isolatieweerstand van elektrische circuits te beoordelen.

Er zijn bekende variaties die de temperatuur schatten met behulp van een speciale sonde met een sensor. Het is gemakkelijk om de diode te bellen. Er wordt voorgesteld om het apparaat op het aanrecht te kiezen, gebaseerd op de verhouding tussen prijs en kwaliteit. Het is noodzakelijk om de stroomtang voor aankoop te inspecteren op fouten. Velen geven bij het kortsluiten van de contacten niet-nulspanningsmetingen. Dit is in praktische zin onhandig, in het bijzonder voor laagspanningscircuits. De krachtbron is de gebruikelijke Crohn, zoals in de meeste testers. In dit opzicht biedt de stroomtang geen voordelen of nadelen.