Akım kıskacı

Mevcut kelepçe olarak da adlandırılan, temassız akım sensörü , bir tür ampermetre izin ölçmek yoğunluğunu elektrik akımı , bir akan iletken tel açmaya gerek kalmadan devre geleneksel bir ampermetre orada yerleştirmek. Chauvin-Arnoux tarafından 1930'larda icat edildi.

Akım kelepçesinin çalışması, manyetik alandan bir iletkende akan akımın veya bu akım akışı tarafından üretilen elektrik alanından dolaylı olarak ölçülmesine dayanır . Kelepçenin adı , manyetik alan sensörünün şeklinden gelmektedir. Kelepçe, bir akımın aktığı teli sarmak için açılabilir.

Bu yöntemin iki ana avantajı vardır:

akım ölçümünü gerçekleştirmek için devrenin açılması zorunluluğunu ortadan kaldırır, bu da devreye bir ampermetrenin sokulmasıyla oluşabilecek voltaj düşüşlerinden kaçınmayı mümkün kılar. Bu nedenle, test edilen devreyi kesintiye uğratmadan bir iletkendeki akımın yoğunluğunu ölçmek mümkündür;
Devre ile elektrik teması olmadığı için ölçümü yapan operatöre güvenlik sağlar. Bu nedenle, ölçüm sırasında kabloyu çevreleyen elektrik yalıtımının kaldırılmasına gerek yoktur.

Akım penslerinin türleri

Akım pensleri, çalışma modlarına bağlı olarak alternatif veya doğru akımları ölçebilir. Özellikle şunları ayırt ediyoruz:

elektromanyetik indüksiyon kullanan sensörler : bir elektrik transformatörü ile aynı prensipte çalışırlar ve yalnızca alternatif akımları ölçebilirler . Akım kıskacı daha sonra bir akım trafosuyla ilişkili bir ampermetrenin işlevlerini yerine getirir .
Geçerli Hall sensörleri (bkz bu animasyonu çalışma prensibini anlamak için): bu ölçebilir elektrik akımlarını alternatif yanı sıra sürekli .

Elektromanyetik indüksiyon kelepçesi

Göre Maxwell-Amper denklemi zaman, bir alternatif akım , bir akar elektrik iletkeni , bu akım bir oluşturur alternatif manyetik alan şiddetine göre orantılı.

Yumuşak bir ferromanyetik malzemeden ( demir gibi ) yapılan kelepçe, elektrik kablosunu çevreler ve daha sonra ikincil devreye yönlendirilen tüm alan hatlarını kanalize eder . Lenz yasa Faraday sonra varyasyon sağlar manyetik akı bir alanı üzerinden indükleyen bir elektromotor kuvveti demek ki kelepçe içinde bir voltaj kolayca ölçülebilir. Bu indüklenen elektromotor kuvvet $e$ şu şekildedir:

{\ displaystyle e = - {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi} {\ mathrm {d} t}} \ quad {\ text {with}} \ quad \ Phi = \ iint _ {S} {\ vec {B}} \ cdot {\ vec {n}} \, \ mathrm {d} S}

veya:

$S$ : manyetik alanın geçtiği yüzey. Bu durumda, kelepçenin çeneleri tarafından sınırlandırılan yüzeydir;
${\ vec {n}}$ : yüzeye dik birim vektör.

Bu voltajın ölçülmesinden ve devrenin direncinin bilinmesinden , ampermetre kelepçesinde dolaşan indüklenen akımı $i$ 2 çıkarabiliriz . Yoğunluk kez $i$ 2 edilmiş belirlendikten sonra akım yoğunluğu değeri elde etmek mümkündür $: i$ 1 elektrik teli akan.

Uyarılar

Elektrik kablosunun akım kelepçesinin merkezine mükemmel bir şekilde yerleştirilmesi gerekli değildir, çünkü indüklenen elektromotor kuvveti $e$ sadece yumuşak demir çekirdek tarafından sınırlandırılan yüzeyi geçen manyetik alanın akısına bağlıdır, ikincisi bunu mümkün kılar. Bu alan çizgilerinin neredeyse tamamını kanalize edin. Bu nedenle telin konumu önemli değildir.
Eğer kelepçe, akımları eşit, ancak zıt yönlerde olan iki iletken telden oluşan bir kabloyu çevreliyorsa, toplam manyetik akı sıfır olacaktır ve bu nedenle, bir hata kaynağı olabilen sıfır indüklenmiş bir akım olacaktır. Nedenle "dır çok önemli üzere" bir seferde yalnızca bir telin akımını ölçmek "yaratabileceğini hatalı sonuçlara yol açabilecek herhangi hatalı ölçüm kaynağı önlemek için ölümcül sonuçlar ".

Akım kıskaçlarının çalışma prensibi , yumuşak demirden yapılmış bir manyetik çekirdek ile birbirine bağlanan bir birincil sargı ve bir ikincil sargıdan oluşan akım trafolarına dayanmaktadır . Bütün, manyetik bir devre oluşturur .

Akım kelepçesi durumunda yoğunluğu ölçülecek tel, $N$ 1 $= 1$ dönüşten oluşan birincil sargı olarak kabul edilir . İkincil sargı, $N$ 2 dönüş içeren ikincil devrenin ( yandaki şemaya bakın ) bobininden oluşur .

İki sargının direncinin sıfır olduğunu varsayarsak, manyetik devrede bir manyetik alan hattına uygulanan Ampère teoremi şunları elde etmeyi mümkün kılar:

{\ displaystyle N_ {1} \, i_ {1} + N_ {2} \, i_ {2} = 0 \ quad \ Longrightarrow \ quad i_ {1} = - {\ frac {N_ {2}} {N_ { 1}}} \, i_ {2}}

veya:

$i$ 1 ve $i$ 2 : sırasıyla birincil sargının (tel) ve ikincil (kelepçenin bobini) terminallerindeki akımlar;
$N$ 1 ve $N$ 2 : sırasıyla birincil ve ikincil sargının dönüş sayısı.

Yoğunlukların etkin değerlerini alarak, böylece aşağıdaki ilişkiyi elde ederiz:

{\ displaystyle I_ {1} = {\ frac {N_ {2}} {N_ {1}}} \, I_ {2}}

veya:

$I$ 1 ve $I$ 2 : sırasıyla birincil sargının (tel) ve ikincil (kelepçenin bobini) akımlarının etkin yoğunlukları;
$N$ 1 $= 1$ ve $N$ 2 : sırasıyla birincil ve ikincil sargının dönüş sayısı.

Bir orantılılık ilişkisi bu nedenle elde edilen tel akan akım (arasında $I$ 1 ) ve ampermetre kelepçesi (akan akım $I$ 2 ). Bu orantılılık, çok yüksek yoğunlukların ölçülmesi söz konusu olduğunda özellikle ilginçtir. Aslında, dönüş sayısı ise $K$ 2 orta (clamp) sarma artar, ve çok yüksek akımlar $I$ 1 ölçülebilir yerken düşük akımlar $I$ 2 ampermetre kelepçede.

Hall etkisi kelepçe

Akım doğrudan olduğunda, 1879'da bu fenomeni keşfeden fizikçi Edwin Hall'un adını taşıyan Hall etkisi prensibi sayesinde ölçülebilir .

Bir elektrik akımı zaman $ı$ bir akar yarı iletken malzeme , bir tabi manyetik alan akımının yerinden dik bir Hall voltajı $V$ saat sonra da manyetik alana dik. Bu voltaj, akan akımın yanı sıra mevcut manyetik alanla orantılıdır, yani: ${\ vec {B}}$

{\ displaystyle V_ {h} = k_ {1} \, I \, B}

veya:

$k$ 1 : tesla amper başına volt cinsinden hassasiyet katsayısı( V A −1 T −1 ).

Bir ampermetre kelepçesi durumunda, kelepçenin çeneleri ile kenetlenen telde akan akımı ölçmek istiyoruz. Daha önce görüldüğü gibi, Maxwell-Amper denklemi , akımın yoğunluğuyla orantılı bir manyetik alan oluşturmasını sağlar .

Elektrik kablosunu çevreleyen kelepçe , demir gibi yumuşak bir ferromanyetik malzemeden yapılmıştır ve Hall etkisi sensörü, manyetik devrenin hava boşluğuna yerleştirilmiştir . Ferromanyetik malzeme , iletkende akan $I$ 2 akımının indüklediği manyetik alanın tüm alan çizgilerini kanalize edecek ve böylece onları ikincil devreye yönlendirecektir. ${\ vec {B}}$

Ferromanyetik malzeme zayıf bir zorlayıcı alana sahipse , manyetik alan akım $I$ 2 ile orantılıdır . Sabit bir akım ile uzunlamasına geçtiği, gerçekten de, onun ölçümü enine Hall voltajı $V$ h olacak , aşağıdaki bağıntıya göre manyetik alan geri dönmek için mümkün hale: ${\ vec {B}}$

{\ displaystyle B = k_ {2} \, I_ {2}}

veya:

$k$ 2 : hassasiyet katsayısı volt başına amper ve başına Tesla ( V A -1 T -1 ).

Telin oluşturduğu manyetik alandan , ölçülen Hall voltajı ile iletkenden geçen akım arasındaki orantılılık ilişkisini kullanarak manyetostatik bir hesaplama ile kelepçeyle çevrili telin içinde akan akımın değerini bulabiliriz :

{\ displaystyle V_ {h} = k_ {2} \, I_ {2} \, I_ {1}}

Hall etkisi pensi ile gerçekleştirilen akım ölçümü çok hassastır çünkü manyetik alanın yoğunluğu iletken telde akan akıma göre değişir. Böylelikle karmaşık şekillerin alternatif sinyallerini 1 kHz'e .

Not sadece on milivolt düzeyinde elde edilen voltaj , dijitale dönüştürülmeden önce amplifikasyon gerektirir .

Notlar ve referanslar

Jean-Claude Montagne, Tarih telekomünikasyon, Antik İkinci Dünya Savaşı, tarih öncesi düdük gelen televizyona: Erkekler, fikirler , Bagneux, Montagne,1995, 471 s. ( ISBN 2-9505255-2-0 ) , s. 447.
" Chauvin-Arnoux: ulaşılabilecek miliamper ", L'Usine Nouvelle , n O 2541,21 Mart 1996( çevrimiçi okuyun ).
.
A. Kohler, " Pens Metre ve Akım Sensörleri " [PDF] ( 3 Mayıs 2018'de erişildi ) .
André Leconte, " Elektrik mühendisliği kontrol ölçüm cihazları ", Mühendislik teknikleri. Ölçümler-Analizler , n o R950,10 Haziran 2000( çevrimiçi okuyun ).

Ayrıca görün

İlgili Makaleler