کلمپ آمپرمتر

کلمپ آمپرمتر چیست؟

کلمپ متر یا آمپرمتر کلمپی یک ابزار اندازه گیری بسیار راحت است که امکان اندازه گیری جریان عبوری از سیم و کابل را بدون قطع مدار فراهم می کند. کلمپ آمپر متر دارای فک بازشونده است که می‌توان آن را به دور سیم برق قرار داد تا با روش القای میدان مغناطیسی جریانی که سیم حمل می‌کند اندازه‌گیری شود.

کلمپ آمپرمتر چگونه کار می کند؟

در پاسخ به این سوال که کلمپ متر ها چگونه کار می کنند باید گفت که هر سیم حامل جریان، میدان مغناطیسی دایره شکلی تولید می‌کند. بزرگی این میدان با میزان جریان حمل شونده در سیم طبق قانون پیچش دست راست اندازه گیری می‌شود. کلمپ متر ها برای اندازه گیری بزرگی میدان، از اجزایی نظیر کویل و المنتهای هال در فک خود بهره می‌برند.

 اندازه گیری جریان در کلمپ متر ها به سه روش صورت می گیرد: کلمپ متر های ترانس جریان، کلمپ متر های اثر هال، کلمپ متر های روگوفسکی

اساس کار کلمپ آمپرمترهای ترانسفورماتوری:

در کلمپ متر های ترانسفورماتوری یا CT سمت اولیه شامل یک سیم پیچ است که همان کابل یا شینه است که کلمپ به دور آن قرار گرفته و سمت دیگر شامل سیم پیچ N می باشد که همان سیم پیچیده شده به هسته مغناطیسی است. در صورتیکه جریان به سمت اولیه جریان یابد در حالی که سمت ثانویه باز باشد ممکن است ولتاژ بالا در ترمینال باز به دلیل تمایل به ایجاد جریان در ثانویه ایجاد شود.

• مزایا: خطی بودن و محدوده اندازه گیری گسترده
• معایب: عدم توانایی در تشخیص جریان های DC

اساس کار کلمپ آمپر متر های اثر هال:

در این کلمپ متر ها المنت هال در هسته  مغناطیسی جای سازی شده است. میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیمی که کلمپ در اطراف آن اعمال شده است توسط عنصر هال به ولتاژ تبدیل می شود و ولتاژ نیز به جریان تبدیل می گردد.

• مزایا: قابلیت اندازه گیری هر دو جریان AC و DC را دارند.
• معایب: تاثیر قابل توجه محفظه حسگر، مدار مغناطیسی و طراحی هسته مغناطیسی بر عملکرد ابزار

اساس کار کلمپ متر های اثر روگوفسکی:

کلمپ آمپر های فلکسی از کویل روگوفسکی یا حلقه های پیچیده شده Rogowski استفاده می‌کنند، بدون هسته فلزی و خاصیت مغناطیسی هستند. بسته به جریان شکل موج های خروجی ولتاژ در انتهای حلقه متمایز می شوند. این شکل موج در محاسبه جریان یکپارچه خواهد شد.

• مزایا: مناسب اندازه گیری جریان های بالا از 5 تا 5000 آمپر بدون تغییر در وزن و اندازه، مناسب محیط های باریک، انعطاف پذیری بدلیل عدم وجود هسته و باند فرکانس وسیع.
• معایب: محدود به اندازه گیری جریان AC

شکل ظاهری کلمپ های AC (شکل سمت چپ) و کلمپ های AC/DC (شکل سمت راست) :

انواع آمپرمتر کلمپی بر اساس میزان جریان اندازه گیری:

←     کلمپ جریان AC : قابلیت اندازه گیری جریان غالبا تا 1000 آمپر، قطر دهانه کلمپ متغیر بطور مثال از 33 تا 68 میلی متر

←     کلمپ های AC/DC : قابلیت اندازه گیری جریان AC/DC تا 200/1000/2000 آمپر، قطر دهانه کلمپ  متغیر و در برند کیوریتسو تا 55 میلی متر است

←     کلمپ های قابل انعطاف AC : اندازه گیری جریان های بالا تا ماکزیمم 3000 آمپر با استفاده از کلمپ قابل انعطاف. قطر کلمپ فلکسیبل حداکثر تا 19 سانتی متر است. مدل R۲۲۱۰ کیوریتسو

←     میلی آمپرمتر کلمپی : اندازه گیری دقیق و مقادیر پایین جریان  AC/DC ، قطر کلمپ متغیر

←     کلمپ نشتی جریان : اندازه گیری نشتی جریانAC در سیم و کابل با دقت بالا و قابلیت اندازه گیری جریان تا 1000 آمپر

انواع کلمپ متر بر اساس اندازه گیری نوع جریان:

• استفاده از کلمپ متر جریان بار

یک آمپر متر کلمپی طراحی شده برای اندازه گیری جریان بار در حالیکه به دور یک سیم قرار گرفته است جریان را اندازه گیری میکند. مراقب باشید که کلمپ متر را به طور همزمان به دور چندین سیم یا دوسیم در مدار تکفاز نبندید، زیرا انجام این کار از اندازه‌گیری مناسب جلوگیری می کند. چرا که بر اساس قوانین آمپر، دو سیم حامل جریان در جهت متفاوت میدانهایی ایجاد می‌کنند که با یکدیگر مقابله می نمایند.

• استفاده از کلمپ جریان نشتی

کلمپ متر طراحی شده برای اندازه گیری جریان نشتی نیاز به کمی احتیاط بیشتری دارد. سیم های زمین باید تکی اندازه گیری شوند. اگر مدار AC را اندازه‌گیری می‌کنید، ابزار را دور تمام سیم‌ها ببندید (دوتا اگر تک فاز هستند، سه تا اگر سه فاز هستند). هنگام اندازه گیری جریان نشتی، ممکن است دو سیم به طور همزمان بسته شوند.

جریان نشتی جریانی است که از طریق مقاومت عایق بار به زمین می گذرد و در صورت اتصال بارهای زیادی می تواند چندین ده میکرو آمپر باشد. با استفاده از کلمپ متر، اختلاف دقیقه ای که در هر دو جهت جریان دارد را می توان تشخیص داد و به عنوان جریان نشتی تشخیص داد.

مزایای کلمپ آمپرمتر:

*    اندازه گیری جریان DC و AC

*    عدم نیاز به قطع کابل

*    اندازه گیری جریان به صورت غیر تماسی

*    اندازه گیری جریان های بالا تا 3000 آمپر

*    امنیت بالا

*    سهولت در اجرا

معایب کلمپ آمپر متر:

*    عدم اندازه گیری جریان های پایین (mA) در مدل های 1000A به بالا

*    تست دشوار در مکان های کوچک با تعدد کابل (به دلیل کلمپ نسبتا بزرگ )

بنابراین چنانچه قصد اندازه گیری جریان بسیار پایین در قطعات کوچک الکترونیکی دارید و یا محیط اندازه گیری کوچک و تعداد کابل زیاد است، استفاده از مولتی متر توصیه می شود.

آموزش کار با آمپرمتر کلمپی :

• انتخاب جریان AC یا DC متناسب با مدار و دستگاه
• تنظیم محدوده اندازه گیری
• تنظیم صفر در اندازه گیری جریان DC
• باز کردن فک ها و قرار دادن سیم در مرکز دایره فک ها

موارد احتیاطی که باید در استفاده از کلمپ متر توجه نمود:

1. قبل از اتصال جریان برق  دستگاه را به سیم وصل نکنید چون لحظه اول جریان بالای اولیه به سنسور کلمپ آسیب می رساند.
2. علاوه بر این، از بستن ابزار به هادی لخت خودداری کنید. کلمپ متر فقط باید برای اندازه گیری هادی های عایق استفاده شود (اگرچه این بستگی به سنسور جریان خاص در هنگام استفاده دارد).
3. کلمپ متر را در حوالی برق روشن نگذارید چراکه عبور جریان بالا موب آسیب به سنسور خواهد شد.
4. کلمپ مترها سطح بالایی از ایمنی را ارائه می‌دهند زیرا نیازی به قطع سیم تحت اندازه‌گیری ندارند، اما مهم است که از آنها نهایتا تا حداکثر ولتاژ نامی ترمینال به زمین استفاده شود.
5. هنگام کار با کلمپ متر، همیشه از PPE یا تجهیزات حفاظت شخصی مناسب استفاده کنید. دستکش ایمنی با حفاظت الکتریکی ضروری است.
6. اگر خوانش‌های شما نادرست به نظر می‌رسد، اولین قدم شما همیشه باید بررسی انتخاب عملکرد صحیح باشد.
7. توصیه می شود هنگام اندازه گیری جریان DC از تابع صفر برای ارائه نتایج دقیق تر استفاده کنید.
8. اگر جریان را با فک ها اندازه گیری می کنید، مطمئن شوید که پروب های آزمایش را از قبل جدا کرده اید. از استفاده همزمان این دو پرهیز نمایید.
9. هرگز کلمپ را به طور همزمان به دور بیش از یک هادی نبندید. اگر جریان در جهت مخالف جریان داشته باشد، قطع می شود.
10. جداکننده یا barrier محدودیت ایمنی را نشان می‌دهد، بنابراین هنگام استفاده از کلمپ، هرگز چیزی را در سمت فک کلمپ لمس نشود.
11. بعد از هر بار استفاده، گیره متر را به درستی تمیز کنید. وجود کثیفی دقت اندازه گیری را مختل می کند.
12. هرگز چیزی را در بالای گیره متر قرار ندهید. اگر فک ها به درستی تراز نباشند، مدار مغناطیسی بسته نخواهند شد.

بخش های مختلف یک کلمپ متر:

1. فک های کلمپی : بالای هر کلمپ متر 2 فک بازشونده وجود دارد.
2. دسته بازکننده فک ها : با نگه داشتن این دسته در 2طرف دستگاه دهانه کلمپ را باز می کنیم
3. سلکتور : با استفاده از سلکتور کلمپ متر را در وضعیت های مختلف برای سنجش پارامترهای گوناگون قرار می دهیم
4. سنسور نور پس زمینه : تنظیم نور پس زمینه صفحه نمایش بر اساس نور محیط , که اگر نور محیط کافی باشد برای ذخیره باتری نور کمتر شده و اگر در هنگام شب یا کار با دستگاه در محیطی سر بسته که نور آن کافی نباشد بک لایت تنظیم می شود تا صفحه نمایش روشن شود و مولتی متر کلمپی قابل استفاده باشد.
5. کلید نگه دارنده مقدار ( Data Hold ) : این دکمه که به اختصار به نام D.Hold روی دستگاه نام دارد قابلیت ذخیره و نگه داشتن عدد محاسبه شده را دارد تا در زمانی که نوسان داریم عدد اندازه گیری شده را ثبت کرده تا از آن در مراحل بعد استفاده کنیم .
6. صفحه نمایش : ارقام محاسبه شده در مولتی متر کلمپی بر حسب 2000 یا 4000 یا 6000 یا … Counts نمایش داده می شود .
7. ورودی پروب ها : پروب مشکی به سر Com یا منفی و پروب قرمز به سرمثبت که  V یا اهم یا موارد دیگه نام دارد وصل می کنیم. در هنگام استفاده از پروب ها هویه نباید با آنها تماس داشته باشد چرا که می تواند منجر به از بین رفتن عایق آنها شود که می تواند منجر به ایجاد خطر در انجام تست های AC شود.

نحوه انتخاب پارامتر

برای انتخاب پارامتر مورد نظر در مولتی متر کلمپی به خصوص نوع پیشرفته تر آن، ممکن است در یک وضعیت سلکتور چندین مورد برای انتخاب داشته باشیم. مثلا در یک حالت انجام 3 تست متفاوت نظیر تست مقاومت و تست دیود و تست بازر ممکن است وجود داشته باشد یا مثلا انجام تست جریان AC و DC در یک وضعیت باشد. برای تغییر وضعیت تست موردنظر و اینکه از یک حالت به حالت دیگر برویم و کلمپ متر در حالت اجرای تست دیگری قرار بگیرد باید با فشردن دکمه Select وضعیت تست را عوض کنیم و انقدر دکمه Select را فشار دهیم تا در وضعیت مورد نظر قرار گیریم.

برای اندازه گیری دقیق و ایمن تر بهتر است نزدیک ترین مقدار و بالاترین آن را انتخاب نمایید. برای مثال انتخاب رنج 20 آمپر برای یک قطعه الکترونیکی کوچک با 10 آمپر جریان، نتایج دقیق تری نسبت به انتخاب در محدوده 200 آمپر به ما خواهد داد.

آشنایی با علائم اختصاری و پارامتر های کلمپ متر

• رنج دستگاه

کلمپ متر ها دارای تعیین رنج دستی Manual یا رنج اتوماتیک Autorange  هستند. در نوع  دستی با چرخاندن سلکتور , کمیت و رنج دستگاه قابل انتخاب است. هر چه رنج دستگاه بیشتر باشد استفاده از دستگاه در موارد دیگر کاربردی تر می شود. مثلا دستگاهی با قابلیت اندازه گیری 20 و 200 آمپر میتواند فقط دو رنج 0 تا 20 و 0 تا 200 آمپر را اندازه گیری نماید و امکان اندازه گیری بیش از این مقدار وجود ندارد.  برای اندازه گیری دقیق و ایمن تر بهتر است نزدیک ترین مقدار و بالاترین آن را انتخاب نمایید. برای مثال انتخاب رنج 20 آمپر برای یک قطعه الکترونیکی کوچک با 10 آمپر جریان، نتایج دقیق تری نسبت به انتخاب در محدوده 200 آمپر به ما خواهد داد.

رنج خودکار به معنی عملکرد یک تستر برای انتخاب خودکار محدوده اندازه گیری مناسب بر اساس سیگنال ورودی و بدون دخالت کاربر در چرخاندن سلکتور است که بسیار برای کاربران آماتور کار را آسان می‌کند. این قابلیت برای محدوده های بالا و پایین مفید است چرا که باعث سرعت عمل خواهد شد، سلامت مدار، دستگاه و کاربر را تضمین میکند و اوررنج پیش نخواهد آمد. معمولا در کاتالوگ دستگاه برای معرفی رنج های مختلف هر پارامتر مفاهیمی مثل Resolution یا تفکیک پذیری و Accuracy یا دقت پارامتر اندازه گیری شده قرار داده می شود.

اگر جریانی که می خواهیم اندازه بگیریم از محدوده انتخاب شده بالاتر باشد مفهوم Over range پیش امده و در صفحه نمایش در سمت چپ عدد  1 نشان داده می شود و نیاز  به انتخاب رنج دیگر است. برای انتخاب بهترین رنج از بزرگترین رنج شروع کرده و در نهایت کوچکترین رنجی که در آن Over range پیش نیاید را انتخاب کنیم. بهترین دستگاه ها از قابلیت اتورنج بهره می‌برند.

• صحت اندازه گیری

صحت تستر دیجیتال همان تفاوت بین اندازه گیری دستگاه و مقدار واقعی برای یک کمیت تعریف و با فرمت ±xx% rdg ±xx dgt بیان می‌شود. بخش اول درصد خطا را نسبت به خواندن مشخص می کند و با ورودی متناسب است. بخش دوم رقمی است که بدون توجه به ورودی ثابت است. Dgt تعداد آخرین رقم قابل توجه نمایشگر دیجیتال را نشان می دهد و معمولاً برای نشان دادن ضریب خطای یک تستر دیجیتال استفاده می شود.

• رزولوشن

رزولوشن یک کلمپ متر حداقل مقدار تغییر در جریان یا ولتاژ است که می تواند توسط کلمپ متر خوانده شود. وضوح 0.1 A تغییرات را در صدم آمپر اندازه گیری می کند، در حالی که وضوح 1 میلی آمپر تغییرات را در هزارم آمپر اندازه گیری می کند. بعبارتی دیگر استفاده از کلمپ متر با وضوح 0.3A ممکن است تغییرات 0.1A را در طول اندازه گیری تشخیص ندهد.

• گواهینامه ایمنی:

دستگاه های تست معمولا دارای گواهینامه سطح CAT بعنوان ویژگی ایمنی هستند. 4 سطح از گواهینامه CAT  وجود دارد که CATΙΙΙ   و CATΙΙν  امن ترین آنها هستند. اگر با دستگاه CATΙΙν  کار میکنید در امن ترین نقطه هستید و میتوانید از ان براحتی با منبع تغذیه برق کار کنید. با این حال تجهیزات ایمنی نظیر دستکش عایق همواره توصیه می‌شوند.

• امکان اتصال به PC

تعداد زیادی از کلمپ امپر متر ها دارای پورت سریال جهت اتصال به کامپیوتر میباشند تا به راحتی بتوان اطلاعات و مقادیر اندازه گیری شده توسط آمپر متر دیچیتال را به PC جهت آنالیز و یا تهیه گزارش منتقل نمود.

• ذخیره اطلاعات

برخی کلمپ مترها با داشتن حافظه داخلی قابلیت ذخیره تعداد مشخصی از داده اندازه گیری شده را در خود دارد.

• کلاس حفاظتی یا IP

کلاس حفاظتی محفظه یک دستگاه یا IP با دو عدد نشان داده می‌شود که اولی نشان دهنده میزان محفوظ بودن دستگاه در برابر نفوذ اجسام خارجی جامد و عدد دوم رطوبت است. IP مناسب برای استفاده کلمپ متر در محیط های متفاوت ضروری است. کلاس حفاظتی NEMA نیز در امریکا استفاده و با یک عدد یا ترکیب یک عدد با حروف مانند 3S نمایش داده می شود.

استاندارد ایمنی چیست؟

کلمپ متر باید استانداردهای مختلفی مانند استانداردهای ایمنی کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) را رعایت کند. به عنوان مثال، اگر یک اندازه گیری ولتاژ در یک تابلو برق با ولتاژ 480 ولت مورد نیاز باشد، برای استفاده دقیق و ایمن به یک گیره متر با درجه بندی رده III – 600 ولت نیاز است. علاوه بر این، کنتورهایی با گواهینامه UL، CSA، VDE یا TUV توصیه می‌شوند زیرا نه تنها استانداردهای IEC را دارند، بلکه توسط نهادهای مستقل مختلف آزمایش شده‌اند. با روش های عملکرد و ایمنی در دفترچه راهنمای کاربر آشنا شوید.

رده بندی برای بهترین استفاده:

تست ردهI : مدارهای مشتق شده از شبکه داخلی با محافظت ویژه یا مدارهایی که مستقیماً به برق متصل نیستند.

تست ردهII: مدارهایی که مستقیماً به تاسیسات ولتاژ پایین متصل می شوند

تست رده III : مدارهای مرتبط با نصب ساختمان، مانند سیم کشی، قطع کننده مدار،  تابلوهای توزیع و همچنین تجهیزات صنعتی

تست رده IV : در منبع تاسیسات کم ولتاژ، از جمله کنتورهای برق، واحدهای کنترل ریپل و دستگاه‌های حفاظت از جریان اضافه

انتخاب بهترین آمپر متر کلمپی با توجه به نیاز :

از آنجایی که کلمپ مترها در مدل های مختلف و برای کاربردهای مختلف طراحی شده اند، برای انتخاب بهترین ابزار این نکات را در نظر بگیرید:

• بر اساس جریان قابل اندازه گیری: برخی از کلمپ متر ها برای اندازه گیری جریان نشتی و برخی برای اندازه گیری جریان بار طراحی شده اند. کلمپ متر های جریان بار برای اندازه گیری جریان معمولی و کلمپ متر های نشتی جریان برای شرایطی نظیر اتصال کوتاه طراحی شده اند.
• بر اساس دمای اندازه گیری و انبار
• بر اساس روش اصلاح: همه کلمپ متر ها قادر به اندازه گیر ولتاژ و جریان AC با شکل موج سینوسی خالص هستند که به آن اصلاح مقدار میانگین یا mean value rectification گفته می‌شود . چنانچه شکل جریان و یا ولتاژ سینوسی خالص نباشد از کلمپ متر های TrueRMS استفاده می‌شود که با توجه به اندازه گیری مقدار موثر کاربرد و دقت بیشتری دارد.
• بر اساس اندازه گیری جریان AC یا DC : یک کلمپ متر جریان AC را برای کاربردهای اندازه گیری معمولی انتخاب کنید، یا اگر نیاز به اندازه گیری جریان های نشتی ناشی از نقص عایق یا جریان جاری در سیم زمین برای تجهیزات الکتریکی دارید، یک کلمپ جریان نشتی را انتخاب کنید. به عنوان مثال، برای اندازه گیری باتری مورد استفاده در خودرو یا منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)، یا سلول فتوولتائیک، به یک کلمپ متر نیاز دارید که بتواند جریان DC را اندازه گیری کند. و اگر می‌خواهید جریان بار یا جریان نشتی را در یک مدار AC مانند روشنایی یا خطوط برق در خانه، ساختمان یا کارخانه اندازه‌گیری کنید، به یک کلمپ متر AC نیاز دارید. اندازه گیر جریان AC میتواند فرکانس های مختف را شامل شود بنابراین مطمئن شوید باند فرکانس کلمپ متر را بررسی نمایید.
• بر اساس پارامتر های مورد نیاز سنجش: کلمپ مترها ابزارهای مناسبی هستند که می‌توانند جریان و پارامترهای دیگر را به سادگی با بستن دور سیمی که نیازی به قطع شدن ندارد، اندازه‌گیری کنند. قبلا به طبقه بندی پارامترهای قابل سنجش یک کلمپ متر اشاره شده است.
• بر اساس اندازه سیم
• بر اساس رنج جریان: معمولا هر چه رنج مورد اندازه گیری پایین تر، دهانه کلمپ نیز کوچک تر می‌شود و برعکس. بنابراین اندازه گیری‌های صنعتی و قطعات الکترونیکی، کلمپ های متفاوتی را از نظر اندازه فک و رنج جریان می‌طلبد. بزرگترین اندازه فک متعلق به کلمپ متر های فلکسیبل است که تا 3000 آمپر قابلیت اندازه گیری جریان دارند.
• بر اساس کلاس عایقی :IP با توجه به وجود گردو غبار و میزان رطوبت در محیط کاری اهمیت می‌یابد
• بر اساس تجهیزات جانبی: مانند دارا بودن یا امکان اتصال به انواع پراب و سنسور جریان

ویژگی یک کلمپ آمپر متر خوب:

توجه به میزان دقت در خرید کلمپ متر ها مهم است. توجه داشته باشید که نرخ دقت +/-1٪ برای خواندن 100 A به این معنی است که مقادیر واقعی می تواند 99-101 A باشد، در حالی که نرخ دقت 2٪ +/-2 به این معنی است که مقادیر واقعی می تواند 97.8-102.2 باشد. کلمپ مترها باید استاندارد دقت صنعت 2%+/-5 را داشته باشند.

برخی از ویژگی‌های پیشرفته مفید عبارتند از: RMS واقعی، مقادیر Crest، حفاظت در برابر نفوذ (IP) یا رتبه‌بندی‌های NEMA، Inrush و عملکردهای محدوده خودکار، ثبت داده ها (از جمله حداقل/حداکثر فضای ذخیره سازی) و تنظیمات اتصال به پی سی جهت آنالیز داده ها.

هزینه کل با توجه به برند، پامتر های قابل اندازه گیری، پروب های دستگاه و سایر لوازم جانبی در نظر گرفته شود.

دارای استانداردهای ایمنی کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) متناسب با مدار مورد آزمایش باشد.