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电流钩表

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电流钩表

电流钩表(英语:current clamp)也简称为电流探棒(英语:current probe),是用在电子工程以及电气工程中的电流量测设备,设备上有个可以打开的钩表,可以将钩表打开,使导体从钩表中的孔洞中通过,再将钩表闭合,即可量测导体上的电流。其优点是电流量测时不会和导体有电气接触,也不需要因为电流量测而将电路断路。

电流钩表一般是量测交流电AC)的大小,若配合其他的仪器,也可以量测相位以及波形。有些电流钩表可以量测到1,000A以上的电流。霍尔效应电流钩表或是叶片式(vane type)电流钩表则可以量测直流电DC)。

电流钩表种类

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电流互感器

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常见的电流钩表会包括一个用铁氧体或是软铁制成,可以打开的环。铁氧体环上会绕有线圈,形成电流互感器英语current transformer的绕组。所量测的导体则是另一组绕组。就像变压器一样,此法只能量测交流信号或是脉波,有些可以量mega hertz范围的信号。

在量测电流时,导体是一次侧绕组,而线圈是二次侧绕组。

此设备也可以反过来用,用电流钩表注入电流到导体中,就像是电磁相容测试中产生电磁干扰信号。一般来说,会特别使用为此设计的注入用钩表。此模式下,线圈是一次侧绕组,导体是二次侧绕组。

铁翼

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铁翼(Iron vane)的电流钩表中,磁芯上的磁通会直接影响移动的铁翼,因此可以量测直流或是交流电流,若是非正弦的交流信号,可以读到真实的均方根值。因为尺寸问题,一般会限制电流的频率要是工频,最大到100 Hz。

一般会将铁翼固定到模拟勾表的显示用指针上。 此设备的校正会是非线性的。

霍尔效应

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霍尔效应型的电流钩表更加灵敏,可以量测直流及交流的电流[1],有些钩表的频率可以到上千Hz。这种电流钩表常配合示波器使用,或是高端的电脑化数字万用电表使用。不过也越来越常看到在一般用途使用此种电流钩表。

罗氏线圈

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罗氏线圈英语Rogowski coil电流传感器的外观和功能都类似电流钩表。罗氏线圈属于无铁心的变压器,用在电流钩表以及电力监控纪录仪中,其优点是没有铁心造成的磁饱和,因此线性度较佳,其可挠性较佳[2]。罗氏线圈所产生的电压和一次侧线路电流的变化成正比,因此在要显示感测值之前,需要较多的信号处理。

有电流勾表的电表

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有电流勾表的数字电表
内建电流勾表的三用电表,按下方的大按钮可以开启电流钳的装置,可以将导体放入量测电流

若电表有整合电流勾表功能,会称为是clamp meter、clamp-on ammeter、tong tester等。

有电流勾表的电表会量测电流勾表中导体流过电流的向量和,若不止一条导体,则会受上面电流的相位关系所影响。特别是用电流勾表量测电源到设备的电源线,若是由二条导线组成的电源线,电流由一条导线流进设备,由另一条导线流出设备,电表读到的电流值会是零。若电线由多条导线组成(可能还有地线),要用电流勾表量测时,需配合一个小的转接板,将各条线分开,让电流勾表只量测一条导线的电流。

比较新的进展是针对多导线的电流勾表,有多个感应线圈在电流夹的部位。可以量测标准二线或是三线的单相缆线,读到提共给负载的电流[3],量测时不需将各导线分开。不过此感测机制很容易得到错误的结果,因此需小心使用[4]

若是小电流导体的量测,可以将导线在电流钩表上同方向纒绕数圈,读到的电流再除以纒绕圈数,即为实际电流[5],不过因为电感效应,在精度上会有些误差。

电工会用电流钩表,有时也会使用有整合电流钩表的万用表

若有适当的电流互感器,要量测非常大的电流(例如上百安培)相当简单。但要用电流钩表精确的量测小电流(例如数毫安培)就很困难了。若将导线在电流钩表上同方向纒绕数圈,就可以将电流钩表转变成电流额定较小的电流钩表。例如0–200 A 的电流勾表,若将导线在电流钩表上同方向纒绕十圈,就可以当作0–20 A 的电流勾表(但读到的电流值也要除以10),其精度会比用0–200 A 的电流勾表量测0–20 A 的电流要好。

有些较便宜的电流钩表会使用整流电路,将交流信号转换为直流信号,取平均值,再经过校正方式,得到各平均值下的均方根值,但其前提是电流要是弦波。若电流波形是其他波形,会由平均值校正得到错误的的均方根值,若用这种比较简易的电流钩表量测非正弦负载(例如荧光灯金卤灯用的镇流器,或是大部分电脑或电子设备的电源),会读到错误的电流值。可以量到真实均方根电流值的电表会标示true RMS。

一般手持的霍尔效应单元可以量到最低200 mA的电流,也有单元可以量到1 mA的电流。

功率计,能量分析仪

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电流钩表也可以配合一些电表来量测电力电能。会用电流钩表量测电流,再用其他设备量测电压;实功是瞬时电压乘以瞬时电流的结果。功率计还可以量测有关电能的其他参数(例如功率因数失真、瞬时功随时间的变化、相位关系等等)。一个电流钩表可以量测一相的电,若有三个电流钩表,再配合适当的仪器,可以量测三相电系统。

参考资料

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  1. ^ Portal, EEP-Electrical Engineering. An Overview Of Clamp Meter. May 6, 2012 [2024-02-22]. (原始内容存档于2023-08-03). 
  2. ^ Inside Flexible Coil Clamp Meters. www.fluke.com. [2024-02-22]. (原始内容存档于2019-08-23). 
  3. ^ Megger MMC850 clamp meter specification.[永久失效链接]Designed to read current even if both conductors enclosed.
  4. ^ Anyone know of a multicore clamp meter?. Electricians Forums | Electrical Safety Advice | Talk Electrician Forum. [2023-01-12]. (原始内容存档于2023-01-12) (英国英语). 
  5. ^ Weschler Instruments: Columbia Tong Ammeters (PDF). [2024-02-24]. (原始内容存档 (PDF)于2017-07-09).