Ток өлшегіш қысқыш құрал және нейрондардағы ток тіркеуі
Current clamp
Ток қысқышы – электр тогын тігізбестен өлшеуге арналған құрал. Нейрондардағы ток тіркеуге, AC/DC тогын анықтауға қолданылады. Құрылғы туралы толық ақпарат!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр тогын өлшеуге арналған құрал, нейрондардағы ток тіркегіші
Tool for measuring electrical current
current clamp recording in neurons
Электр және электрондық инженерияда ток қысқышы, сондай-ақ ток зонды деп те аталады, электр өткізгішінің айналасына қысқышпен орауға мүмкіндік беретін жақтары бар электр құрылғысы. Бұл өткізгіштегі токты физикалық байланыс жасамай немесе оны зонд арқылы өткізу үшін ажыратпай өлшеуге мүмкіндік береді. Ток қысқыштары көбінесе ауыспалы ток (AC) мөлшерін өлшеу үшін қолданылады, ал қосымша құралдармен фазасы мен толқын формасын да өлшеуге болады. Кейбір қысқыш метрлер 1000 А және одан да жоғары токтарды өлшеуге қабілетті. Холл эффектісі және жапырақшалы типтегі қысқыштар тұрақты ток (DC) өлшеуге де қолданылады.
In electrical and electronic engineering, a current clamp, also known as current probe, is an electrical device with jaws which open to allow clamping around an electrical conductor. This allows measurement of the current in a conductor without the need to make physical contact with it, or to disconnect it for insertion through the probe. Current clamps are typically used to read the magnitude of alternating current (AC) and, with additional instrumentation, the phase and waveform can also be measured. Some clamp meters can measure currents of 1000 A and more. Hall effect and vane type clamps can also measure direct current (DC).
Ағымдағы трансформатор
Ток тұтқасының ең көп таралған түрі феррит немесе жұмсақ темірден жасалған екі бөліктен тұратын сақинадан құралады. Сым орам бір немесе екі бөлігіне оралып, ток трансформаторының бір орамын құрайды. Оған қысылып қойылған өткізгіш екінші орамды құрайды. Кез келген трансформатор сияқты, бұл тип тек айнымалы ток немесе импульстік толқындармен жұмыс істейді, ал кейбір үлгілері мегагерц диапазонына дейін жетеді. Ток өлшеу кезінде, зертенетін өткізгіш бірінші орам, ал орам екінші орам болып табылады. Бұл типті кері қолдануға да болады, мысалы, өткізгішке ток жіберу үшін, электромагниттік үйлесімділікке сезімталдықты сынау кезінде кедергі токын тудыру үшін. Әдетте, инъекциялық зонд осы мақсат үшін арнайы жасалады. Бұл режимде орам бірінші орам, ал сынақ өткізгіші екінші орам болып табылады.
A common form of current clamp comprises a split ring made of ferrite or soft iron. A wire coil is wound round one or both halves, forming one winding of a current transformer. The conductor it is clamped around forms the other winding. Like any transformer this type works only with AC or pulse waveforms, with some examples extending into the megahertz range. When measuring current, the subject conductor forms the primary winding and the coil forms the secondary. This type may also be used in reverse, to inject current into the conductor, for example in electromagnetic compatibility susceptibility testing to induce an interference current. Usually, the injection probe is specifically designed for this purpose. In this mode, the coil forms the primary and the test conductor the secondary.
Темір шанақ
Темір жапсырмалы түрінде, өзектегі магниттік ағын қозғалмалы темір жапсырмаға тікелей әсер етеді, бұл AC және DC токтерін өлшеуге мүмкіндік береді және синусоидты емес AC толқын формалары үшін нақты орташа квадрат (RMS) мәнін қамтамасыз етеді. Физикалық өлшемдеріне байланысты, көбінесе қуат тарату жиіліктері 100 Гц шамасына дейін шектеледі. Жапсырма әдетте аналогтық (қозғалмалы көрсеткішті) тоқ өлшегіштің көрсету механизміне тікелей бекітіледі. Аспапты калибрлеу анық емес, сызықтық сипатта емес.
In the iron vane type, the magnetic flux in the core directly affects a moving iron vane, allowing both AC and DC to be measured, and gives a true root mean square (RMS) value for non sinusoidal AC waveforms. Due to its physical size it is generally limited to power transmission frequencies up to around 100 Hz. The vane is usually fixed directly to the display mechanism of an analogue (moving pointer) clamp meter. The calibration of the instrument is clearly non linear.
Холл эффектісі
Холл эффектісі түрі көбірек сезімтал және DC және AC тоқтарын, кейбір жағдайларда килогерц (мың герц) диапазонына дейін өлшеуге мүмкіндік береді. Бұл тип жиі осциллоскоптармен және жоғары сапалы компьютерлік цифрлық мультиметрлермен қолданылды, бірақ қазір олар көбірек жалпы қолдануға енуде.
The Hall effect type is more sensitive and is able to measure both DC and AC, in some examples up to the kilohertz (thousands of hertz) range. This type was often used with oscilloscopes, and with high end computerized digital multimeters, however, they are becoming common place for more general use.
Роговскийдің катушкасы
Роговский катушкасы ток қысқышына ұқсас көрінеді және осындай функцияға ие. Бұл өзегі жоқ трансформатор ток қысқыштарында және қуатты бақылау тіркегіштерде қолданылады. Оның артықшылығы – жақсы сызықтылық, қанығуы мүмкін өзегі болмауы, икемді жасау мүмкіндігі және ашылу бөлігінде магниттік немесе электрлік байланыс қажеттілігінің жоқтығы. Роговский катушкасы бірінші кабельдегі ток өзгеру жылдамдығына пропорционалды кернеу шығарады, сондықтан сезілген мәндерді көрсету үшін қосымша сигналды өңдеу қажет.
Resembling a current clamp in appearance and function is the Rogowski coil current sensor. This coreless transformer is used in clamp meters and power monitoring loggers. It has the advantage of better linearity, having no core to saturate, it can be made flexible, and does not require any magnetic or electrical contact at the opening end. The Rogowski coil gives a voltage proportional to the rate of change of current in the primary cable, so more signal processing is needed before the sensed values can be displayed.
Қалқа өлшегіш
Интегралды айнымалы ток қысқышы бар электрлік өлшегіш қысқыш өлшегіш, амперметрдегі қысқыш, тоң тестілеуші немесе кең таралған ампер қысқышы деп аталады. Қысқыш өлшегіш зонд арқылы өтетін барлық өткізгіштердегі токтардың векторлық қосындысын өлшейді, бұл токтардың фазалық қатынасына байланысты. Зонд арқылы әдетте тек бір өткізгіш өтеді. Атап айтқанда, егер қысқыш жабдыққа қуат жеткізетін екі өткізгішті кабельдің айналасына жабылып тұрса, бір өткізгіштен ток төмен, екіншісінен жоғары өтеді; өлшегіш дұрыс түрде нөлдік ток көрсетеді. Жабдықтарға арналған электр кабельдерінде екі оқшауланған өткізгіш (және мүмкін жер сымы) біріктірілгендіктен, қысқыш өлшегіштер көбінесе екі өткізгіші бөлектелген қысқа ұзарту сымымен қолданылады, сонда қысқышты осы ұзартудың тек бір өткізгішіне орналастыруға болады. Жақында пайда болған жаңалық – бірнеше сенсорлық катушкалары бар көп өткізгішті қысқыш өлшегіш. Оны стандартты екі немесе үш өткізгішті бір фазалы кабельдердің айналасына жабыстырып, өткізгіштерді бөлудің қажеті болмай, жүктеме арқылы өтетін ток мөлшерін көрсетуге болады. Дегенмен, нақты сенсорлық механизм қате өлшеуге бейім, сондықтан сақтықпен жұмыс істеу қажет. Өте төмен ток өткізетін өткізгіштің көрсеткішін арттыру үшін өткізгішті қысқышқа бірнеше рет орауға болады; өлшегіш көрсеткішін оралымдар санына бөлу ток мәнін береді, бірақ индуктивтік әсерлерге байланысты дәлдік төмендеуі мүмкін. Қысқыш өлшегіштерді электриктер пайдаланады, кейде қысқыш жалпы мақсаттағы мультиметрге енгізіледі. Тиісті ток трансформаторымен жүздеген амперге дейінгі өте жоғары токтарды өлшеу оңай. Ток трансформаторы бар қысқышпен бірнеше миллиамперлік төмен токтарды дәл өлшеу қиынырақ. Кез келген өлшегіштің диапазонын өткізгішті жақтан бірнеше рет өткізу арқылы кеңейтуге болады. Мысалы, 0–200 А өлшегішті өткізгішті жақтың өзегіне 10 рет орау арқылы 0–20 А өлшегішке айналдыруға болады. Арзан қысқыш өлшегіштерде орташа токты анықтайтын түзетуші тізбегі қолданылады, бірақ өлшенген орташа мәнге сәйкес келетін RMS тогын көрсету үшін калибрленеді, ток синусоидалық болған жағдайда ғана дұрыс RMS көрсеткішін береді. Басқа толқын формалары үшін көрсеткіштер дұрыс болмайды; осы қарапайым өлшегіштер флуоресценттік шамдар немесе жоғары қарқынды разрядты шамдар немесе қазіргі заманғы компьютерлік және электрондық жабдықтармен қолданылатын балластар сияқты синусоидалық емес жүктемелермен қолданылғанда, көрсеткіштер өте дұрыс болмауы мүмкін. Орташа токқа емес, шынайы RMS-ке жауап беретін өлшегіштер «шынайы RMS» деп сипатталады. Қолда ұсталатын Холл эффектілі құрылғылар 200 мА-ға дейінгі токтарды оқи алады, ал 1 мА-ға дейін оқи алатын құрылғылар да бар. Суретте көрсетілген Колумбия тоң тестілеуші амперметрі – 1000 амперге дейінгі үлкен айнымалы токтарды өлшеуге қолданылатын темір жапырақ түрінің үлгісі. Өлшегіштің темір жақтары өткізгішті қоршаған магнит өрісін өлшегіш инесіне бекітілген темір жапыраққа бағыттайды. Темір жапырақ магнит өрісінің күшіне пропорционалды түрде қозғалады, соның салдарынан токқа пропорционалды өлшегіш көрсеткішін шығарады. Амперметрдің бұл түрі AC және DC токтарды өлшеуге болады және синусоидалық емес немесе бұрмаланған AC толқын формаларының шынайы RMS тогын өлшейді. 1000 амперге дейінгі әртүрлі толық масштабтағы ток мәндерін қамтамасыз ету үшін қысқыш жиналымына ауыстырылатын өлшегіш қозғалыстарын орнатуға болады. Темір жапырақ қысқыш жақтарының шарнирлі бөлігіндегі кеңістікке енгізілген кішкентай цилиндрде орналасқан. Үлкен өткізгіштер мен шиналарды қысу үшін әртүрлі жақ өлшемдері қол жетімді. Суретте көрсетілгендей, шкала өте сызықтық емес және төмен токтарды өлшеуге жарамсыз, толық масштабтың жартысынан кем ағыны циферблаттың қысқа бөлігіне сығысып орналасқан.
An electrical meter with integral AC current clamp is known as a clamp meter, clamp on ammeter, tong tester, or colloquially as an amp clamp. A clamp meter measures the vector sum of the currents flowing in all the conductors passing through the probe, which depends on the phase relationship of the currents. Only one conductor is normally passed through the probe. In particular if the clamp is closed around a two conductor cable carrying power to equipment, the same current flows down one conductor and up the other; the meter correctly reads a net current of zero. As electrical cables for equipment have both insulated conductors (and possibly an earth wire) bonded together, clamp meters are often used with what is essentially a short extension cord with the two conductors separated, so that the clamp can be placed around only one conductor of this extension. A relatively recent development is a multi conductor clamp meter with several sensor coils around the jaws of the clamp. This could be clamped around standard two or three conductor single phase cables to provide a readout of the current flowing through the load, with no need to separate the conductors. However, the particular sensing mechanism is more prone to erroneous measurement and careful operation is required. The reading produced by a conductor carrying a very low current can be increased by winding the conductor around the clamp several times; the meter reading divided by the number of turns is the current, with some loss of accuracy due to inductive effects. Clamp meters are used by electricians, sometimes with the clamp incorporated into a general purpose multimeter. It is simple to measure very high currents (hundreds of amperes) with the appropriate current transformer. Accurate measurement of low currents (a few milliamperes) with a current transformer clamp is more difficult. The range of any given meter can be extended by passing the conductor through the jaw multiple times. For example a 0–200 A meter can be turned into a 0–20 A meter by winding the conductor 10 times around the jaw's core. Less expensive clamp meters use a rectifier circuit which actually reads mean current, but is calibrated to display the RMS current corresponding to the measured mean, giving a correct RMS reading only if the current is a sine wave. For other waveforms readings will be incorrect; when these simpler meters are used with non sinusoidal loads such as the ballasts used with fluorescent lamps or high intensity discharge lamps or most modern computer and electronic equipment, readings can be quite inaccurate. Meters which respond to true RMS rather than mean current are described as "true RMS". Typical hand held Hall effect units can read currents as low as 200 mA, and units that can read down to 1 mA are available. The Columbia tong test ammeter (illustrated) is an example of the iron vane type, used for measuring large AC currents up to 1000 amperes. The iron jaws of the meter direct the magnetic field surrounding the conductor to an iron vane that is attached to the needle of the meter. The iron vane moves in proportion to the strength of the magnetic field, and thus produces a meter indication proportional to the current. This type of ammeter can measure both AC and DC currents and provides a true RMS current measurement of non sinusoidal or distorted AC waveforms. Interchangeable meter movements can be installed in the clamping assembly to provide various full scale current values up to 1000 amperes. The iron vane is in a small cylinder that is inserted in a space at the hinged end of the clamp on jaws. Several jaw sizes are available for clamping around large conductors and bus bars up to wide. As the illustration shows, the scale is very non linear and unsuitable for measuring low currents, with currents of less than half the full scale deflection crammed into a short section of the dial.
Қуат өлшегіш, энергияны талдау
Қалқалы зондтар кейбір өлшегіштермен бірге электр қуаты мен энергиясын өлшеу үшін қолданылады. Қалқа ток күшін, ал басқа схемалар кернеуді өлшейді; нақты қуат – бір цикл бойы интегралданатын кернеу мен ток көбейтіндісінің нәтижесі. Электр энергиясының көптеген параметрлерін (қуат коэффициенті, бұрмалау, уақытқа байланысты мигделік қуат, фазалық қатынастар және т.б.) өлшеуге арналған толыққанды өлшегіштер осы принципті пайдаланады. Бір фазалы жүйелерді өлшеу үшін бір қалқа қолданылады; үш қалқасы бар тиісті құралмен үш фазалы қуат жүйелерінде де өлшеулер жасауға болады.
Clamp probes are used with some meters to measure electrical power and energy. The clamp measures the current and other circuitry the voltage; the true power is the product of the instantaneous voltage and current integrated over a cycle. Comprehensive meters designed to measure many parameters of electrical energy (power factor, distortion, instantaneous power as a function of time, phase relationships, etc. ), use this principle. A single clamp is used for single phase measurements; with an appropriate instrument with three clamps, measurements may be made on three phase power systems.