Introdução aos Pinças Amperimétrica
As pinças são projetadas para estender as capacidades de medição de corrente dos multímetros digitais, instrumentos de potência, osciloscópios, osciloscópios portáteis, registradores ou registradores de dados e outros instrumentos diversos. A pinça amperimétrica é colocada ao redor do condutor que transporta a corrente para realizar medições de corrente sem contato, sem interromper o circuito em teste. A pinça emite sinais de corrente ou tensão diretamente proporcionais à corrente medida, fornecendo assim capacidades de medição e visualização de corrente a instrumentos com entradas de corrente ou tensão baixas. Ao fazer uma medição, o circuito do condutor que transporta a corrente não é interrompido e permanece eletricamente isolado dos terminais de entrada do instrumento. Como resultado, o terminal de entrada de baixa do instrumento pode ser flutuante ou conectado à terra. Não é necessário interromper o fornecimento de energia ao usar uma pinça de corrente para fazer medições, portanto, o tempo de inatividade custoso pode ser eliminado. Medições verdadeiras de RMS dentro da resposta em frequência da pinça são possíveis usando a maioria das pinças de corrente Chauvin-Arnoux com um multímetro verdadeiro RMS. Na maioria dos casos, as medições de RMS não são limitadas pelas pinças, mas pelo instrumento ao qual estão conectadas. Os melhores resultados são fornecidos por pinças que oferecem alta precisão inerente, boa resposta em frequência e deslocamento de fase mínimo. Várias pinças Chauvin Arnoux® são patenteadas por seu circuito e design únicos.
Pinças Amperimétricas de Corrente Alternada
• Teoria de operação:
Uma pinça de corrente alternada pode ser vista como uma variante de um transformador de corrente simples. Um transformador (figura 1) é essencialmente duas bobinas enroladas em um núcleo de ferro comum. Uma corrente I1 é aplicada através da bobina B1, induzindo através do núcleo comum uma corrente I2 na bobina B2. O número de voltas de cada bobina e a corrente estão relacionados por:
N1 x I1 = N2 x I2 onde N1 e N2 são o número de voltas em cada bobina. A partir desta relação: I2 = N1 x I1/N2 ou I1 = N2 x I2/N1.
Este mesmo princípio é aplicado a uma pinça de corrente (figura 2). O núcleo magnético articulado segura a bobina B2 e é preso ao redor de um condutor onde a corrente I1 está fluindo. B1 é simplesmente o condutor onde o usuário está medindo a corrente com o número de voltas N1 igual a um. O sensor de corrente preso ao redor do condutor fornece uma saída proporcional ao número de voltas em sua bobina B2, de modo que:
I2 (saída da pinça) = N1/N2 x I1 onde N1 = 1 ou saída da pinça = I1/N2 (número de voltas na bobina da pinça).
Muitas vezes é difícil medir I1 diretamente devido a correntes que são muito altas para serem alimentadas diretamente em um medidor ou simplesmente porque não é possível interromper o circuito. Para fornecer um nível de saída gerenciável, é feito um número conhecido de voltas na bobina da pinça.
O número de voltas no enrolamento da pinça geralmente é um número inteiro (por exemplo, 100, 500 ou 1.000). Se N2 for igual a 1.000, então a pinça tem uma relação de N1/N2 ou 1/1.000, que é expressa como 1.000:1. Outra maneira de expressar essa relação é dizer que a saída da pinça é 1 mA/A - a saída da pinça é 1 mA (I2) para 1 A (ou 1 A @ 1.000 A) fluindo na janela da mandíbula. Há muitas outras relações possíveis: 500:5, 2.000:2, 3.000:1, 3.000:5, etc. para diferentes aplicações.
A aplicação mais comum é o uso de uma pinça de corrente com um multímetro digital. Tomemos como exemplo uma pinça de corrente com uma relação de 1.000:1 (modelo C100) com uma saída de 1 mA/A. Esta relação significa que qualquer corrente que flua através das mandíbulas da sonda resultará em uma corrente fluindo na saída:
| Entrada do condutor |
Saída do pinça amperimétrica |
| 1000A |
1A |
| 750A |
750mA |
| 250A |
250mA |
| 10A |
10mA |
A saída da pinça está conectada a um multímetro digital ajustado no intervalo de corrente alternada para lidar com a saída da pinça. Em seguida, para determinar a corrente no condutor, multiplique a leitura do multímetro pela relação (por exemplo, 150 mA lidos no intervalo de 200 mA do multímetro representam 150 mA x 1.000 = 150 A no condutor medido). As pinças de corrente podem ser usadas com outros instrumentos com intervalos de corrente, desde que esses instrumentos tenham a impedância de entrada necessária. (Veja a fig. 3)
As pinças de corrente também podem ter saídas de tensão de corrente alternada ou contínua para acomodar medições de corrente com instrumentos (registradores, osciloscópios, etc.) com intervalos de tensão apenas. (veja a fig. 4 e fig. 5)
Isso é feito simplesmente condicionando a saída da pinça de corrente dentro da pinça para fornecer tensão. Nesses casos, a saída de mV da sonda é proporcional à corrente medida.
• Princípio de Operação
Os sensores AmpFlex® e MiniFlex® operam com base no princípio da bobina de Rogowski. O circuito primário é composto pelo condutor que transporta a corrente alternada a ser medida, enquanto o circuito secundário é formado por uma bobina especial enrolada em um suporte flexível. Esta bobina gera uma tensão em seus terminais que é proporcional à derivada da corrente primária que está sendo medida.
u = μ0.n/(2πr) S di/dt
donde μ0 = permeabilidade ao vácuo, S = área de superfície de uma curva, n = número de voltas, r = raio do núcleo.
Este voltagem de corrente alternada u é então transmitido através de um cabo blindado para o invólucro contendo toda a eletrônica de processamento e a fonte de alimentação da bateria. Por não haver circuitos magnéticos nestes sensores, eles são muito leves e flexíveis. Sem circuitos magnéticos, não há efeito de saturação ou superaquecimento. Esta característica garante excelente linearidade e baixo deslocamento de fase.
SONDAS DE CORRENTE TIPO PINÇA AC/DC
• Teoria de Funcionamento (efeito Hall)
Ao contrário dos transformadores de corrente AC tradicionais, a medição de corrente AC/DC frequentemente é alcançada pela medição da intensidade de um campo magnético gerado por um condutor portador de corrente utilizando o princípio do efeito Hall em um chip semicondutor. Quando um material semicondutor fino (como mostrado na figura 6) é posicionado perpendicularmente a um campo magnético (B) e uma corrente elétrica (Id) flui através dele, é gerada uma tensão (Vh) através do semicondutor. Esta tensão é chamada de tensão de Hall, em homenagem ao cientista americano Edwin Hall, que observou esse fenômeno pela primeira vez.
Quando a corrente de acionamento do dispositivo Hall (Id) é mantida constante, o campo magnético (B) é diretamente proporcional à corrente em um condutor. Assim, a voltagem de saída de Hall (Vh) é representativa dessa corrente.
Tal arranjo tem dois benefícios importantes para a medição de corrente universal. Primeiro, uma vez que a voltagem de Hall não depende de um campo magnético reversível, mas apenas de sua intensidade, o dispositivo pode ser usado para medição de corrente contínua (DC). Em segundo lugar, quando a intensidade do campo magnético varia devido ao fluxo de corrente variável no condutor, a resposta à mudança é instantânea.
Portanto, formas de onda de corrente alternada (AC) complexas podem ser detectadas e medidas com alta precisão e baixa defasagem. A construção básica de uma montagem de grampo de fixação é mostrada na figura 7 (nota: um ou dois geradores de Hall são usados dependendo do tipo de grampo de corrente).
As pinças amperimétricas AC/DC da Chauvin Arnoux foram desenvolvidas utilizando o princípio anteriormente mencionado, juntamente com circuitos eletrônicos patenteados que incorporam condicionamento de sinal para uma saída linear e compensação de temperatura. Estas pinças possuem uma ampla faixa dinâmica e resposta de frequência, oferecendo uma saída linear de alta precisão para aplicação em todas as áreas de medição de corrente, até 1.500 A. Além disso, podem medir correntes contínuas sem a necessidade de derivações caras e consumidoras de energia, assim como correntes alternadas de vários kHz com precisão para atender aos requisitos de sinais complexos e medições RMS.
As saídas das pinças estão em mV (mV CC quando medindo corrente contínua e mV CA ao medir corrente alternada) e podem ser conectadas à maioria dos instrumentos com entrada de voltagem, como multímetros digitais, registradores, osciloscópios, osciloscópios portáteis, gravadores, entre outros. Além disso, a Chauvin Arnoux oferece diversas tecnologias para medições de corrente contínua, como no K1 e K2, projetados para medir correntes contínuas muito baixas utilizando tecnologia de circuito magnético saturado.
As pinças AC/DC também oferecem a oportunidade de exibir ou medir valores eficazes verdadeiros em corrente alternada ou corrente alternada mais contínua.
Medição de corrente alternada (AC) ou contínua (DC):
- Conecte a pinça ao instrumento.
- Selecione a função e a faixa.
- Prenda a pinça ao redor de um único condutor.
- Leia o valor de corrente do condutor.
Exemplos (Figura 8):
AC: Modelo da pinça: Y2N
Proporção: 1000:1
Saída: 1 mA AC/A AC
DMM ajustado para o intervalo de 200 mA AC
Leitura do DMM: 125 mA AC
Corrente no condutor: 125 mA x 1000 = 125 A AC
DC: Modelo da pinça: PAC 21
1 mV DC/A DC (sensor Hall)
DMM ajustado para o intervalo de 200 mV DC
Leitura do DMM: 160 mV DC
Corrente no condutor: 160 A DC
AC:Modelo da pinça: PAC 11
Saída: 1 mV AC/A AC (sensor Hall)
DMM ajustado para o intervalo de 200 mV AC
Leitura do DMM: 120 mV AC
Corrente no condutor: 120 A AC
DC: Micro pinça K1
Saída: 1 mV/mA
DMM ajustado para o intervalo de 200 mV DC
Leitura do DMM: 7.4 mV DC
Corrente no condutor: 7.4 mA
Medições de Correntes Baixas, Loops de Processo e Correntes de Fuga
Várias pinças são oferecidas para medições de corrente baixa. Por exemplo, os modelos K1 e K2 têm uma sensibilidade de 50 mA em corrente contínua (DC), e o modelo K2 pode ser usado em loops de processo de 4-20 mA.
Exemplo: loop de 4-20 mA
Modelo da pinça: K2
Saída: 10 µV/mA
DMM ajustado para a faixa de 200 mV DC
Leitura do DMM: 135 mV DC
Corrente no loop: 13.5 mA DC
Quando a corrente a ser medida é muito baixa para a pinça ou é necessária maior precisão, é possível inserir o condutor várias vezes através das mandíbulas da sonda. O valor da corrente é então determinado pela razão entre a leitura e o número de voltas.
Exemplo: Figura 9
Modelo da pinça: C100
Proporção: 1000:1
DMM ajustado para a faixa de 200 mA AC
Voltas na mandíbula da pinça: 10
Leitura do DMM: 60 mA AC
Corrente no condutor: 60 mA x 1,000 / 10 = 6,000 mA = 6 A
Quando a pinça é colocada ao redor de dois condutores com polaridades diferentes, a leitura resultante será a diferença entre as duas correntes. Se as correntes forem iguais, a leitura será zero (figura 10). Quando uma leitura diferente de zero é obtida, isso indica a quantidade de corrente de vazamento na carga.
Para medir correntes baixas ou vazamentos, você precisa de uma pinça que possa medir com precisão valores baixos, como os modelos B102 ou C173. No entanto, as correntes de vazamento à terra também podem ser medidas diretamente com um modelo básico (Figura 11).
Exemplo: Figura 11
MINI 05
Proporção: 1 mV AC/mA AC
DMM ajustado para a faixa de 200 mA
AC Leitura do DMM: 10 mV
AC Corrente de vazamento: 10 mA AC
Como selecionar o pinça amperimétrica?
Para selecionar a sonda de corrente adequada para suas aplicações, leve em consideração as seguintes perguntas:
- Determine se está medindo corrente alternada (AC) ou corrente contínua (DC) (as sondas de corrente contínua geralmente são categorizadas como AC/DC porque podem medir ambos os tipos).
- Qual é a corrente máxima e mínima que você irá medir? Verifique se a precisão nos níveis baixos é adequada, ou escolha uma sonda de medição de baixa corrente. Tenha em mente que muitas sondas oferecem melhor precisão em níveis de corrente mais altos. Algumas sondas são especificamente projetadas para correntes contínuas ou alternadas muito baixas.
- Considere o tamanho do condutor no qual você irá fixar a sonda. Isso determinará o tamanho das mandíbulas da sonda que você precisa.
- Decida que tipo de saída de sonda você precisa ou com o qual pode trabalhar (por exemplo, mA, mV, AC, DC, etc.). Verifique a impedância máxima do receptor para garantir que a sonda funcione de acordo com suas especificações.
Outros fatores que você pode querer considerar incluem:
- Qual é a tensão de trabalho do condutor a ser medido? Certifique-se de não utilizar pinças de corrente que não suportem a voltagem a ser medida.
- Que tipo de terminação é necessária: conectores, cabos tipo banana ou BNC?
- A sonda será utilizada para medir harmônicos ou para medição de potência?
- Verifique as especificações de frequência e as especificações de mudança de fase.
- Ao utilizar pinças de corrente para medição de frequência ou sinais de alta frequência, o largura de banda da pinça amperimétrica deve ser considerada.
