鉗形電流表原理及使用.doc

鉗形電流表原理及使用通常用普通電流表測(cè)量電流時(shí)，需要將電路切斷停機(jī)后才能將電流表接入進(jìn)行測(cè)量。此時(shí)，使用鉗形電流表就顯得方便多了。鉗形電流表與普通電流表不同，它可在不斷開電路的情況下測(cè)量負(fù)荷電流，這是它最大的優(yōu)點(diǎn)。一、構(gòu)造與原理1. 互感式鉗形電流表的構(gòu)造與原理常見的鉗型電流表多為互感式鉗型電流表，由電流互感器和整流系電流表組成，原理圖如下圖所示：圖1.1互感式鉗形電流表是利用電磁感應(yīng)原理來測(cè)量電流的。電流互感器的鐵芯呈鉗口形，當(dāng)緊握鉗形電流表的把手時(shí)，其鐵芯張開，將被測(cè)電流的導(dǎo)線放入鉗口中。松開把手后鐵芯閉合，通有被測(cè)電流的導(dǎo)線就成為電流互感器的原邊，于是在副邊就會(huì)產(chǎn)生感生電流，并送入整流系電流表進(jìn)行測(cè)量。電流表的標(biāo)度是按原邊電流刻度的，所以儀表的讀書就是被測(cè)導(dǎo)線中的電流值?；ジ行豌Q形電流表只能測(cè)交流電流。2. 電磁系鉗形電流表的原理電磁系鉗形電流表主要由電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)組成。處在鐵芯鉗口中的導(dǎo)線相當(dāng)于電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)中的線圈，當(dāng)被測(cè)電流通過導(dǎo)線時(shí)，在鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，使可動(dòng)鐵片磁化，產(chǎn)生電磁推力，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，指示出被測(cè)電流的大小。由于電磁系儀表可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)方向與電流極性無(wú)關(guān)，因此可以交直兩用。由于這種鉗形電流表屬于電磁系儀表，指針轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與被測(cè)電流的平方成正比，所以標(biāo)度尺刻度是不均勻的，并且容易受到外磁場(chǎng)影響。3. 采用霍爾電流傳感器的鉗形電流表針對(duì)霍爾傳感器的電路形式而言，人們最容易想到的是將霍爾元件的輸出電壓用運(yùn)算放大器直接信號(hào)放大，得到所需要的信號(hào)電壓，由此電壓值來標(biāo)定原邊被測(cè)電流大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環(huán)霍爾電流傳感器。開環(huán)霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是電路形式簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低；其缺點(diǎn)是精度、線性度較差；響應(yīng)時(shí)間較慢；溫度漂移較大。為了克服開環(huán)傳感器存在的不足，八十年代末期，國(guó)外出現(xiàn)了閉環(huán)霍爾電流傳感器。磁平衡式(閉環(huán))電流傳感器(CSM系列)的原理圖如下圖所示：圖2.1磁平衡式電流傳感器也稱補(bǔ)償式傳感器，即原邊電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過一個(gè)次級(jí)線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償電流Is精確的反映原邊電流Ip，從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。 具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來的磁場(chǎng)，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁芯中達(dá)到平衡時(shí)：NIp= nIs式中：N為原邊線圈的匝數(shù)；Ip為原邊電流；n為副邊線圈的匝數(shù)；Is為副邊補(bǔ)償電流。由次看出，當(dāng)已知傳感器原邊和副邊線圈匝數(shù)時(shí)，通過在M點(diǎn)測(cè)量副邊補(bǔ)償電流Is的大小，即可推算出原邊電流Ip的值，從而實(shí)現(xiàn)了原邊電流的隔離測(cè)量。當(dāng)平衡受到破壞，即Ip變化時(shí)，霍爾器件有信號(hào)輸出，即重復(fù)上述過程重新達(dá)到平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1s，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。因此從宏觀上看，次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級(jí)被測(cè)電流的安匝數(shù)相等。此種鉗形電流表測(cè)量方式無(wú)測(cè)量插入損耗，線性度好，可測(cè)量直流電流、交流電流及脈沖電流，且原邊電流與副邊輸出信號(hào)高度隔離，不引入干擾。二.、鉗形電流表的使用1. 檢查鉗形電流表使用前，首先檢查檢定合格證以及是否在檢定周期之內(nèi)。鉗形電流表屬于強(qiáng)檢儀表，使用單位必須按時(shí)送到送達(dá)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督部門核準(zhǔn)的具有檢定資格的部門進(jìn)行檢定。檢定是保證量值傳遞的強(qiáng)制性法律規(guī)定，也是確保鉗形電流表技術(shù)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)手段，不經(jīng)檢定或超出檢定周期，其性能是無(wú)法保證的。檢查內(nèi)容還有如下幾項(xiàng)：檢查鉗口上的絕緣材料有無(wú)脫落、破裂等損傷現(xiàn)象，若有則必須待修復(fù)之后方可使用；檢查鉗形電流表包括表頭玻璃在內(nèi)的整個(gè)外殼，不得有開裂和破損現(xiàn)象，因?yàn)殂Q口絕緣和儀表外殼的完好與否，直接關(guān)系著測(cè)量安全問題，還涉及到儀表的性能問題；對(duì)于指針鉗形電流表，還要檢查零點(diǎn)是否正確，若表針不在零點(diǎn)時(shí)可通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)準(zhǔn)；對(duì)于數(shù)字式鉗形電流表，還需檢查表內(nèi)電池的電量是否充足，不足時(shí)必須更新。2. 選擇合適的量程測(cè)量前應(yīng)先估計(jì)被測(cè)電流的大小，選擇合適的量程。如果不清楚，先選大量程，后選小量程，盡量使被測(cè)量值接近于量程。特別要提醒的是，轉(zhuǎn)換量程應(yīng)在退出導(dǎo)線后進(jìn)行。3. 測(cè)量電流緊握鉗形電流表把手和扳手，按動(dòng)扳手打開鉗口，盡量將被測(cè)線路的一根載流電線置于鉗口內(nèi)中心位置，減小誤差，再松開扳手使兩鉗口表面緊緊貼合。 被測(cè)電流過小時(shí)，為了得到較準(zhǔn)確的讀數(shù)，若條件允許，可將被測(cè)導(dǎo)線繞幾圈后套進(jìn)鉗口進(jìn)行測(cè)量。此時(shí)，鉗形表讀數(shù)除以鉗口內(nèi)的導(dǎo)線根數(shù)，即為實(shí)際電流值。通常不允許用鉗形電流表測(cè)量裸導(dǎo)線的電流，如果必須測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)裸導(dǎo)線實(shí)施絕緣隔離，防止意外情況發(fā)生。測(cè)量完成后要將鉗形電流表的量程調(diào)到交流最高檔，并關(guān)閉電源。三、鉗形電流表測(cè)量的準(zhǔn)確性鉗形表一般準(zhǔn)確度不高，通常為2.55級(jí)。既然是依據(jù)被測(cè)導(dǎo)線在鉗口中產(chǎn)生電磁場(chǎng)的作用而實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量的，如果在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)存在某種電磁干擾的話，則必然會(huì)干擾電流測(cè)量的正常進(jìn)行，影響鉗形電流表測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此，應(yīng)當(dāng)盡量避開干擾源，防止各種電磁性質(zhì)的干擾因素。被測(cè)導(dǎo)線在鉗口中的方位也有講究，正確的操作應(yīng)當(dāng)使被測(cè)導(dǎo)線垂直于鉗口內(nèi)的中心位置上。因?yàn)閷?dǎo)線過于偏斜時(shí)，被測(cè)電流在鉗口鐵心所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度將發(fā)生較大幅度的變化，直接影響著測(cè)量的準(zhǔn)確度。由于被測(cè)導(dǎo)線在鉗口內(nèi)位置不當(dāng)而造成的測(cè)量誤差可達(dá)2%5% 。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)線卡入鉗口并合攏鉗口鐵芯后，不應(yīng)聽到鉗口發(fā)出的電磁噪音，把握鉗形電流表的手也