钳形电流表原理及使用
通常用普通电流表测量电流时，需要将电路切断停机后才能将电流表接入进行测量。此时，使用钳形电流表就显得方便多了。钳形电流表与普通电流表不同，它可在不断开电路的情况下测量负荷电流，这是它最大的优点。
一、构造与原理
1. 互感式钳形电流表的构造与原理
常见的钳型电流表多为互感式钳型电流表，由电流互感器和整流系电流表组成，原理图如下图所示：
图1.1
互感式钳形电流表是利用电磁感应原理来测量电流的。电流互感器的铁芯呈钳口形，当紧握钳形电流表的把手时，其铁芯张开，将被测电流的导线放入钳口中。松开把手后铁芯闭合，通有被测电流的导线就成为电流互感器的原边，于是在副边就会产生感生电流，并送入整流系电流表进行测量。电流表的标度是按原边电流刻度的，所以仪表的读书就是被测导线中的电流值。互感型钳形电流表只能测交流电流。
2. 电磁系钳形电流表的原理
电磁系钳形电流表主要由电磁系测量机构组成。处在铁芯钳口中的导线相当于电磁系测量机构中的线圈，当被测电流通过导线时，在铁芯中产生磁场，使可动铁片磁化，产生电磁推力，带动指针偏转，指示出被测电流的大小。由于电磁系仪表可动部分的偏转方向与电流极性无关，因此可以交直两用。由于这种钳形电流表属于电磁系仪表，指针转动力矩与被测电流的平方成正比，所以标度尺刻度是不均匀的，并且容易受到外磁场影响。
3. 采用霍尔电流传感器的钳形电流表
针对霍尔传感器的电路形式而言，人们最容易想到的是将霍尔元件的输出电压用运算放大器直接信号放大，得到所需要的信号电压，由此电压值来标定原边
被测电流大小，这种形式的霍尔传感器通常称为开环霍尔电流传感器。开环霍尔传感器的优点是电路形式简单、成本相对较低；其缺点是精度、线性度较差；响应时间较慢；温度漂移较大。为了克服开环传感器存在的不足，八十年代末期，国外出现了闭环霍尔电流传感器。
磁平衡式(闭环)电流传感器(CSM系列)的原理图如下图所示：
图2.1
磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时：
N×Ip= n×Is
式中：N为原边线圈的匝数；Ip为原边电流；n为副边线圈的匝数；Is为副边补偿电流。由次看出，当已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过在M点测量副边补偿电流Is的大小，即可推算出原边电流Ip的值，从而实现了原边电流的隔离测量。
当平衡受到破坏，即Ip变化时，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的
磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。
此种钳形电流表测量方式无测量插入损耗，线性度好，可测量直流电流、交流电流及脉冲电流，且原边电流与副边输出信号高度隔离，不引入干扰。
二.、钳形电流表的使用
1. 检查钳形电流表
使用前，首先检查检定合格证以及是否在检定周期之内。钳形电流表属于强检仪表，使用单位必须按时送到送达国家技术监督部门核准的具有检定资格的部门进行检定。检定是保证量值传递的强制性法律规定，也是确保钳形电流表技术性能满足标准要求的技术手段，不经检定或超出检定周期，其性能是无法保证的。
检查内容还有如下几项：①检查钳口上的绝缘材料有无脱落、破裂等损伤现象，若有则必须待修复之后方可使用；②检查钳形电流表包括表头玻璃在内的整个外壳，不得有开裂和破损现象，因为钳口绝缘和仪表外壳的完好与否，直接关系着测量安全问题，还涉及到仪表的性能问题；③对于指针钳形电流表，还要检查零点是否正确，若表针不在零点时可通过调节机构调准；④对于数字式钳形电流表，还需检查表内电池的电量是否充足，不足时必须更新。
2. 选择合适的量程
测量前应先估计被测电流的大小，选择合适的量程。如果不清楚，先选大量程，后选小量程，尽量使被测量值接近于量程。特别要提醒的是，转换量程应在退出导线后进行。
3. 测量电流
紧握钳形电流表把手和扳手，按动扳手打开钳口，尽量将被测线路的一根载流电线置于钳口内中心位置，减小误差，再松开扳手使两钳口表面紧紧贴合。
被测电流过小时，为了得到较准确的读数，若条件允许，可将被测导线绕几圈后套进钳口进行测量。此时，钳形表读数除以钳口内的导线根数，即为实际电流值。
通常不允许用钳形电流表测量裸导线的电流，如果必须测量时，应当对裸导
测量完成后要将钳形电流表的量程调到交流最高档，并关闭电源。 线实施绝缘隔离，防止意外情况发生。
三、钳形电流表测量的准确性
钳形表一般准确度不高，通常为2.5～5级。既然是依据被测导线在钳口中产生电磁场的作用而实现电流测量的，如果在测量现场存在某种电磁干扰的话，则必然会干扰电流测量的正常进行，影响钳形电流表测量的准确性。因此，应当尽
量避开干扰源，防止各种电磁性质的干扰因素。
被测导线在钳口中的方位也有讲究，正确的操作应当使被测导线垂直于钳口内的中心位置上。因为导线过于偏斜时，被测电流在钳口铁心所产生的磁感应强度将发生较大幅度的变化，直接影响着测量的准确度。由于被测导线在钳口内位置不当而造成的测量误差可达2%～5% 。当被测导线卡入钳口并合拢钳口铁芯后，不应听到钳口发出的电磁噪音，把握钳形电流表的手也不应有轻微振动的感觉。否则说明钳口端面结合不严密，亦即钳口端面未能充分吻合，对此应重新张、合一次钳口，如果杂声依然存在，应检查钳口端面有无污垢或锈迹，若有的话应将其清除干净，直至钳口结合良好为止，以保障测量的准确性。
本文由fore整理
2011年9月18日
钳形电流表原理及使用
通常用普通电流表测量电流时，需要将电路切断停机后才能将电流表接入进行测量。此时，使用钳形电流表就显得方便多了。钳形电流表与普通电流表不同，它可在不断开电路的情况下测量负荷电流，这是它最大的优点。
一、构造与原理
1. 互感式钳形电流表的构造与原理
常见的钳型电流表多为互感式钳型电流表，由电流互感器和整流系电流表组成，原理图如下图所示：
图1.1
互感式钳形电流表是利用电磁感应原理来测量电流的。电流互感器的铁芯呈钳口形，当紧握钳形电流表的把手时，其铁芯张开，将被测电流的导线放入钳口中。松开把手后铁芯闭合，通有被测电流的导线就成为电流互感器的原边，于是在副边就会产生感生电流，并送入整流系电流表进行测量。电流表的标度是按原边电流刻度的，所以仪表的读书就是被测导线中的电流值。互感型钳形电流表只能测交流电流。
2. 电磁系钳形电流表的原理
电磁系钳形电流表主要由电磁系测量机构组成。处在铁芯钳口中的导线相当于电磁系测量机构中的线圈，当被测电流通过导线时，在铁芯中产生磁场，使可动铁片磁化，产生电磁推力，带动指针偏转，指示出被测电流的大小。由于电磁系仪表可动部分的偏转方向与电流极性无关，因此可以交直两用。由于这种钳形电流表属于电磁系仪表，指针转动力矩与被测电流的平方成正比，所以标度尺刻度是不均匀的，并且容易受到外磁场影响。
3. 采用霍尔电流传感器的钳形电流表
针对霍尔传感器的电路形式而言，人们最容易想到的是将霍尔元件的输出电压用运算放大器直接信号放大，得到所需要的信号电压，由此电压值来标定原边
被测电流大小，这种形式的霍尔传感器通常称为开环霍尔电流传感器。开环霍尔传感器的优点是电路形式简单、成本相对较低；其缺点是精度、线性度较差；响应时间较慢；温度漂移较大。为了克服开环传感器存在的不足，八十年代末期，国外出现了闭环霍尔电流传感器。
磁平衡式(闭环)电流传感器(CSM系列)的原理图如下图所示：
图2.1
磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时：
N×Ip= n×Is
式中：N为原边线圈的匝数；Ip为原边电流；n为副边线圈的匝数；Is为副边补偿电流。由次看出，当已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过在M点测量副边补偿电流Is的大小，即可推算出原边电流Ip的值，从而实现了原边电流的隔离测量。
当平衡受到破坏，即Ip变化时，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的
磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。
此种钳形电流表测量方式无测量插入损耗，线性度好，可测量直流电流、交流电流及脉冲电流，且原边电流与副边输出信号高度隔离，不引入干扰。
二.、钳形电流表的使用
1. 检查钳形电流表
使用前，首先检查检定合格证以及是否在检定周期之内。钳形电流表属于强检仪表，使用单位必须按时送到送达国家技术监督部门核准的具有检定资格的部门进行检定。检定是保证量值传递的强制性法律规定，也是确保钳形电流表技术性能满足标准要求的技术手段，不经检定或超出检定周期，其性能是无法保证的。
检查内容还有如下几项：①检查钳口上的绝缘材料有无脱落、破裂等损伤现象，若有则必须待修复之后方可使用；②检查钳形电流表包括表头玻璃在内的整个外壳，不得有开裂和破损现象，因为钳口绝缘和仪表外壳的完好与否，直接关系着测量安全问题，还涉及到仪表的性能问题；③对于指针钳形电流表，还要检查零点是否正确，若表针不在零点时可通过调节机构调准；④对于数字式钳形电流表，还需检查表内电池的电量是否充足，不足时必须更新。
2. 选择合适的量程
测量前应先估计被测电流的大小，选择合适的量程。如果不清楚，先选大量程，后选小量程，尽量使被测量值接近于量程。特别要提醒的是，转换量程应在退出导线后进行。
3. 测量电流
紧握钳形电流表把手和扳手，按动扳手打开钳口，尽量将被测线路的一根载流电线置于钳口内中心位置，减小误差，再松开扳手使两钳口表面紧紧贴合。
被测电流过小时，为了得到较准确的读数，若条件允许，可将被测导线绕几圈后套进钳口进行测量。此时，钳形表读数除以钳口内的导线根数，即为实际电流值。
通常不允许用钳形电流表测量裸导线的电流，如果必须测量时，应当对裸导
测量完成后要将钳形电流表的量程调到交流最高档，并关闭电源。 线实施绝缘隔离，防止意外情况发生。
三、钳形电流表测量的准确性
钳形表一般准确度不高，通常为2.5～5级。既然是依据被测导线在钳口中产生电磁场的作用而实现电流测量的，如果在测量现场存在某种电磁干扰的话，则必然会干扰电流测量的正常进行，影响钳形电流表测量的准确性。因此，应当尽
量避开干扰源，防止各种电磁性质的干扰因素。
被测导线在钳口中的方位也有讲究，正确的操作应当使被测导线垂直于钳口内的中心位置上。因为导线过于偏斜时，被测电流在钳口铁心所产生的磁感应强度将发生较大幅度的变化，直接影响着测量的准确度。由于被测导线在钳口内位置不当而造成的测量误差可达2%～5% 。当被测导线卡入钳口并合拢钳口铁芯后，不应听到钳口发出的电磁噪音，把握钳形电流表的手也不应有轻微振动的感觉。否则说明钳口端面结合不严密，亦即钳口端面未能充分吻合，对此应重新张、合一次钳口，如果杂声依然存在，应检查钳口端面有无污垢或锈迹，若有的话应将其清除干净，直至钳口结合良好为止，以保障测量的准确性。
本文由fore整理
2011年9月18日