Praktické měření klešťovým ampérmetrem

V tomto článku se seznámíte s funkcí klešťového ampérmetru a jeho praktickým využitím. Klešťový ampérmetr umožňuje měření proudu ve vodiči bez nutnosti rozpojení obvodu, proto se jedná o velice praktický, užitečný a rozšířený přístroj. Základní dělení je na přístroje měřící střídavý (AC) proud a stejnosměrný (DC) proud. Velice zjednodušeně se dá říct, že běžné levnější přístroje umožňují měření AC proudu a o něco dražší zvládají AC i DC proud, i z tohoto pravidla byste však našli výjimky. Navíc většina klešťových ampérmetrů je doplněna i o některé funkce multimetru, běžné je proto také označení klešťový multimetr, lidově „klešťák”. My se ale zaměříme na základní funkce, a to měření střídavého a stejnosměrného proudu.

Princip měření střídavého proudu (AC)

Ony „kleště“, které dominují konstrukci celého přístroje, jsou ve skutečnosti měřící transformátor proudu. Magnetický obvod tvořený kleštěmi lze pomocí páčky na boční straně přístroje rozevřít a obemknout jimi vodič. Proud protékající měřeným vodičem indukuje v obvodu magnetický tok, který sekundární vinutí převede na měřitelný proud. Přepínáním odboček na sekundárním vinutí se mění měřicí rozsahy. Většina přístrojů na trhu je dnes plně digitální = obsahuje A/D převodník a displej.

Častou chybou začátečníků bývají pokusy změřit proud, který protéká šňůrou na 230 V. Ve šňůře však jsou dva vodiče, kterými protéká proud navzájem opačným směrem. To má za následek, že se jejich účinky vyruší. Je tedy potřeba vždy měřit pouze na 1 vodiči. Pro co nejlepší výsledky je vhodné vést měřený vodič středem kleští a pokud možno kolmo na jejich rovinu. Výrobce může zvýšit přesnost precizním provedením mechanismu kleští a především dosedacích ploch (co nejmenší vzduchové mezery v magnetickém obvodu).

Kvalitnější přístroje navíc změřený signál zpracují v mikroprocesoru a určí správnou efektivní hodnotu střídavého proudu. Toto měření se označuje jako TRMS (z anglického „True Root Mean Square“ = česky doslova odmocnina průměru čtverců jinak známá jako kvadratický průměr). V praxi hodnota TRMS odpovídá stejnosměrnému napětí, které by bylo potřeba k vytvoření stejného množství tepla, jako by vytvořilo dané střídavé napětí. Jinými slovy efektivní hodnota střídavého proudu je rovna hodnotě stejnosměrného proudu, který by při průchodu odporovou zátěží dával stejný průměrný výkon.

Princip měření stejnosměrného proudu (DC)

Hallův jev objevil v roce 1879 americký fyzik Edwin Herbet Hall. Pokud vodič, kterým protéká proud, vložíme do magnetického pole kolmého ke směru proudu, tak magnetické pole tento proud odchýlí. Výsledkem je vznik tzv. „Hallova napětí“ Vh, které je měřitelné příčně na vodiči, viz obr. 3.

Magnetické pole svou silou vychyluje elektrony, které proudí vodičem, ty se hromadí u jedné ze stran vodiče, a tím vznikne napětí, které lze měřit. Hall použil pro své pokusy velice tenkou kovovou fólii. Dnes se v praxi ovšem používá polovodičová destička s malou koncentrací nosičů nábojů. Díky tomu je jev snadněji měřitelný. Hallova sonda je umístěna v magnetickém obvodu kleští, a tedy kolmo na magnetické pole. Změny magnetického pole se převedou na změny měřitelného „Hallova napětí“, které dále zpracují a vyhodnotí digitální obvody. Díky tomu mohou klešťové ampérmetry měřit i stejnosměrný proud. V praxi se často používá kombinace proudový transformátor + hallova sonda, takto vybavený „klešťák“ umožňuje měření střídavého i stejnosměrného proudu.

Velice dobré je, když přístroj umožňuje funkci tzv. „nulování“. Kleště totiž často bývají velice citlivé na vnější elektromagnetické pole, na malých rozsazích tedy může dojít k zobrazení (naměření) hodnoty, i pokud v kleštích není žádný vodič. Funkce umožňuje tuto chybu vnesenou vnějším prostředím částečně eliminovat.

Konstrukce klešťového multimetru je velice náročná na kvalitní mechanické zpracování. Z vlastní zkušenosti doporučuji vyhýbat se nejlevnějším značkám na trhu a raději si připlatit za dobře zpracovaný, přesný a bezpečný přístroj.

Velice zajímavou variantu tvoří například značka UNI-T, která nabízí precizní zpracovaní, dobrou přesnost a rozumnou cenu. Díky možnosti levné a rychlé kalibrace v akreditované laboratoři v ČR volí tuto značku čím dál více revizních techniků.

Závěr

Jak již bylo zmíněno v úvodu článku, klešťové ampérmetry bývají běžně doplněny o některé funkce multimetru, které se však již neměří kleštěmi, ale klasickými kabely s hroty. Pokud jste článek právě dočetli, tak by vám mělo být jasné, jak funguje klešťový ampérmetr pro měření AC a DC proudů. V praxi je možné setkat se i s jinými druhy klešťových přístrojů, například na měření velmi malých (unikajících) proudů, na měření výkonu a harmonických složek. Tyto přístroje jsou tak zajímavé, že by si zasloužily prostor pro samostatný článek. Pokud zvažujete pořízení digitálního klešťového ampérmetru, doporučil bych TRMS přístroj, který zvládá AC i DC měření. Při výběru je rozumné upřednostnit kvalitu před nejnižší cenou.