Nguyên lý hoạt động của ampe kìm và sự khác biệt giữa đồng hồ vạn năng
Chức năng chính và nguyên lý hoạt động của đồng hồ kẹp
Đặc điểm nổi bật nhất của đồng hồ đo loại kẹp là kẹp có thể mở ở phía trước, có thể dễ dàng luồn vào dây để đo dòng điện trong mạch, nhờ đó không cần làm hỏng hay sửa đổi mạch ban đầu, và nó có thể đo được một lượng lớn dòng điện. Đồng hồ vạn năng còn có chức năng đo dòng điện, vậy nó có gì khác biệt với ampe kìm đo dòng điện? Đầu tiên, chúng ta hãy tìm hiểu nguyên lý và sự khác biệt giữa đồng hồ vạn năng phát hiện dòng điện và đồng hồ vạn năng phát hiện dòng điện.
Khi đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng, cần ngắt mạch đo được và nối đồng hồ vạn năng nối tiếp để đo dòng điện. Thông qua mạch phát hiện dòng điện bên trong của đồng hồ vạn năng, có thể thấy mức dòng điện bên trong đồng hồ vạn năng thực chất là một điện trở có giá trị điện trở rất nhỏ. Khi dòng điện chạy qua điện trở này, điện áp sẽ giảm trên nó do giá trị điện trở được xác định. Chỉ cần đo điện áp trên điện trở thì cường độ dòng điện chạy qua điện trở có thể tính theo công thức, vì điện trở này mắc nối tiếp trong mạch nên dòng điện chạy qua nó chính là dòng điện của mạch đo được.
Như vậy mạch đo dòng điện trong đồng hồ vạn năng bao gồm nhiều mạch đo dòng điện trong đồng hồ đo, được đo bằng cách chuyển đổi dòng điện thành điện áp thông qua shunt điện trở. Ngoài ra còn có các yêu cầu để chọn giá trị điện trở của điện trở này. Nếu giá trị điện trở quá lớn thì độ sụt điện áp sinh ra khi dòng điện chạy qua điện trở sẽ lớn. Một mặt, điều này sẽ phân phối nhiều điện áp hơn, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của tải đo. Mặt khác, giá trị điện trở càng lớn thì mức tiêu thụ điện năng tạo ra trên nó ở cùng một dòng điện càng lớn, điều này sẽ khiến điện trở nóng lên. Vì vậy, xem xét hai vấn đề này, giá trị điện trở càng nhỏ thì càng tốt.
Tuy nhiên, giá trị điện trở không được quá nhỏ. Nếu điện trở quá nhỏ thì độ sụt điện áp sinh ra khi dòng điện chạy qua sẽ nhỏ hơn. Điều này đòi hỏi một số yêu cầu nhất định đối với mạch đo tiếp theo, vì điện áp thấp cần phải được khuếch đại trước khi mạch có thể phát hiện ra nó.
Nhược điểm của việc đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng
Từ phương pháp và nguyên lý phát hiện dòng điện bằng đồng hồ vạn năng, có thể thấy khi đo dòng điện cần nối đồng hồ vạn năng nối tiếp trong mạch đang thử nghiệm. Điều này không phù hợp trong một số mạch không thể tắt nguồn để đo. Một điểm nữa là phạm vi đo dòng điện của đồng hồ vạn năng, thông thường phạm vi đo tối đa dòng điện của đồng hồ vạn năng là 10A hoặc 20A. Để ngăn điện trở phát hiện dòng điện bên trong nóng lên, đồng hồ vạn năng cũng không được phép đo dòng điện lớn trong thời gian dài. Để đo dòng điện thậm chí còn lớn hơn, không dễ đạt được bằng đồng hồ vạn năng thông thường.
Nguyên lý đo dòng điện bằng ampe kìm
Nguyên lý làm việc của ampe kìm để đo dòng điện về cơ bản giống như nguyên lý hoạt động của đồng hồ vạn năng để đo dòng điện. Điểm khác biệt là ampe kìm không phát hiện trực tiếp điện áp trên điện trở shunt mà sử dụng máy biến dòng. Máy biến áp thực chất là một ứng dụng của máy biến áp, có khả năng biến đổi dòng điện theo một tỷ lệ nhất định. Sau khi máy biến dòng được nối với tải, giai đoạn sơ cấp của nó tương đương với một vòng và giai đoạn thứ cấp có nhiều vòng bên trong đồng hồ kẹp, giúp giảm dòng điện theo một tỷ lệ nhất định. Vì vậy, máy biến dòng cũng tương đương với máy biến áp tăng áp. Mạch bên trong ampe kìm có thể tính toán dòng điện đo được bằng cách phát hiện điện áp ở phía thứ cấp của máy biến áp.
Như vậy so với đồng hồ vạn năng, ampe kìm không cần thay đổi mạch điện khi đo dòng điện và có thể đo dòng điện lớn hơn, chẳng hạn như dòng điện của tải cảm ứng như động cơ. Tuy nhiên, do sử dụng máy biến dòng bên trong ampe kìm nên theo nguyên lý làm việc của máy biến dòng không thể cho dòng điện một chiều đi qua. Vậy ampe kìm có thực sự đo được dòng điện một chiều không? Trên thực tế, ampe kìm có thể đo dòng điện một chiều nhưng nó không sử dụng máy biến dòng.
Nguyên lý đo dòng điện một chiều bằng ampe kìm
Do dòng điện một chiều không có khả năng tạo ra sự thay đổi từ thông, nên ampe kìm không thể đo dòng điện một chiều bằng máy biến dòng. Việc sử dụng máy biến áp để đo dòng điện xoay chiều được gọi là máy biến áp điện từ, còn ampe kìm để đo dòng điện một chiều lại sử dụng một loại cảm biến khác - cảm biến Hall.
Nguyên lý sử dụng cảm biến Hall để đo dòng điện một chiều là khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn sẽ tạo ra một từ trường (tương tự như nam châm điện) và từ trường này tỷ lệ thuận với độ lớn của dòng điện. Kẹp của máy đo loại kẹp thu thập từ trường do dây tạo ra và được phát hiện bởi phần tử Hall nằm bên trong kẹp. Phần tử Hall là phần tử cảm biến từ tính có chức năng chuyển đổi từ trường thành tín hiệu điện áp cho đầu ra. Tín hiệu điện áp này được khuếch đại bởi mạch để hiển thị dòng điện của tải. Nhiều đồng hồ đo dạng kẹp hiện nay sử dụng cả AC và DC, bao gồm máy biến áp điện từ và cảm biến Hall để phát hiện dòng điện AC và DC.
Sự khác biệt giữa đồng hồ kẹp và đồng hồ vạn năng
Như đã đề cập ở trên, chức năng chính của ampe kìm là phát hiện dòng điện. So với đồng hồ vạn năng, đồng hồ kẹp sử dụng thuận tiện hơn và có phạm vi đo lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, có một điều là khi đo dòng điện nhỏ (chẳng hạn vài trăm miliampe), ampe kìm không thể hiển thị bình thường và độ chính xác đo của nó cũng không bằng đồng hồ vạn năng.
Điểm khác biệt thứ hai là vì chức năng chính của ampe kìm là phát hiện dòng điện nên nó không tốt bằng đồng hồ vạn năng ở các chức năng khác. Mặc dù nhiều ampe kìm hiện nay tích hợp nhiều chức năng của đồng hồ vạn năng như đo điện áp, đo điện trở, đo tần số, đo nhiệt độ, v.v., nhưng nhìn chung, các chức năng này ngoài đo dòng điện không thể so sánh với đồng hồ vạn năng và độ chính xác của các chức năng này. bánh răng đo thường thấp hơn so với đồng hồ vạn năng.
Tóm lại, trọng tâm và môi trường sử dụng của ampe kìm và đồng hồ vạn năng là khác nhau. Nếu trọng tâm là đo dòng điện, đặc biệt là dòng điện cao, thì nên sử dụng đồng hồ kẹp; Nếu nó được sử dụng để đo điện trở hoặc các thông số linh kiện điện tử trong sử dụng hàng ngày và có những yêu cầu nhất định về độ chính xác của phép đo thì cần phải chọn đồng hồ vạn năng. Vì vậy hai loại thiết bị này có thể được lựa chọn dựa trên nhu cầu thực tế hoặc đồng thời theo môi trường sử dụng.
