Funktionsprinzip der Stromzange und der Unterschied zu Multimetern
Wenn ein Multimeter Strom misst, muss der zu testende Stromkreis abgeklemmt und das Multimeter in Reihe geschaltet werden, um den Strom zu messen. Durch die Stromerkennungsschaltung im Multimeter ist ersichtlich, dass der Strompegel tatsächlich ein sehr kleiner Widerstand im Multimeter ist. Wenn der Strom durch diesen Widerstand fließt, wird ein Spannungsabfall erzeugt, da der Widerstandswert bestimmt wird. Solange die Spannung am Widerstand gemessen wird, kann der Strom durch den Widerstand gemäß der Formel berechnet werden. Da dieser Widerstand in Reihe im Stromkreis geschaltet ist, ist der Strom, der durch ihn fließt, der Strom des zu messenden Stromkreises.
Die Strommessschaltung im Multimeter, einschließlich der Strommessschaltungen in vielen Messgeräten, wandelt den Strom mithilfe eines Widerstandsshunts in Spannung um, um den Strom zu messen. Die Auswahl dieses Widerstandswerts ist ebenfalls erforderlich. Wenn der Widerstandswert zu groß ist, ist der Strom durch den Widerstand groß, wenn der Spannungsabfall groß ist. Einerseits wird er in mehr Spannung aufgeteilt, was den normalen Betrieb der Messlast beeinträchtigt. Andererseits ist der Stromverbrauch, der durch den Widerstand erzeugt wird, umso größer, je größer der Widerstandswert ist und bei gleichem Strom der gleiche Strom fließt. Dadurch wird der Widerstand erhitzt. Aus der Berücksichtigung dieser beiden Probleme ist also ein kleinerer Widerstand besser.
Allerdings sollte der Widerstandswert auch nicht zu klein sein, denn bei zu kleinem Widerstand ist der Spannungsabfall, der bei Stromdurchfluss entsteht, geringer, was wiederum gewisse Anforderungen an die dahinter liegende Messschaltung stellt, denn eine zu niedrige Spannung muss verstärkt werden, bevor sie von der Schaltung erkannt werden kann.
Nachteile der Strommessung mit einem Multimeter
Aus den Methoden und Prinzipien der Stromerfassung von Multimetern ist ersichtlich, dass zur Strommessung das Multimeter in Reihe mit dem zu messenden Schaltkreis verbunden werden muss, sodass es für manche Schaltkreise, die ohne Strom nicht gemessen werden können, nicht geeignet ist. Ein weiterer Punkt ist der Strommessbereich des Multimeters. Normalerweise beträgt der maximale Messbereich des Multimeterstroms 10 A oder 20 A. Um zu verhindern, dass sich der interne Stromerfassungswiderstand erhitzt, darf das Multimeter nicht über einen längeren Zeitraum verwendet werden. Um zu verhindern, dass sich der interne Stromerfassungswiderstand erhitzt, darf das Multimeter nicht über einen längeren Zeitraum große Ströme messen. Mit einem normalen Multimeter ist die Messung großer Ströme nicht einfach.
Prinzip der Strommessung mit einer Stromzange
Das Prinzip der Strommessung mit einem Zangenmessgerät und das Prinzip der Strommessung mit einem Universalstift sind im Grunde dasselbe. Der Unterschied besteht darin, dass das Zangenmessgerät die Spannung nicht direkt am Shunt-Widerstand erfasst, sondern Stromwandler verwendet. Der Transformator ist eigentlich eine Anwendung des Transformators, der den Strom in einem bestimmten Verhältnis umwandelt. Nachdem der Stromwandler in die Last eingetreten ist, entspricht seine Primärwicklung einer Windung, und die Sekundärwicklung ist ebenfalls größer, sodass der Strom entsprechend einem bestimmten Verhältnis kleiner ist. Daher entspricht der Stromwandler auch einem Aufwärtstransformator. Durch Erfassen der Spannung auf der Sekundärseite des Transformators im internen Schaltkreis des Zangenmessgeräts können Sie den gemessenen Strom berechnen.
Im Vergleich zu einem Multimeter kann ein Zangenmessgerät also Strom messen, ohne die Leitung zu wechseln, und kann größere Ströme messen, wie z. B. den Strom von Motoren und anderen induktiven Lasten. Da ein Zangenmessgerät jedoch einen Stromtransformator verwendet, kann es gemäß dem Funktionsprinzip eines Transformators keinen Gleichstrom durchlassen. Kann ein Zangenmessgerät also wirklich keinen Gleichstrom messen? Tatsächlich kann ein Zangenmessgerät Gleichstrom messen, verwendet jedoch keinen Stromtransformator.
Prinzip der Stromzange zur Messung von Gleichstrom
Da Gleichstrom keine Änderung des magnetischen Flusses bewirken kann, kann das Zangenmessgerät keinen Gleichstrom messen, wenn es einen Stromtransformator verwendet. Zur Messung von Wechselstrom wird ein Transformator verwendet, der als elektromagnetischer Transformator bezeichnet wird, während ein Zangenmessgerät zur Messung von Gleichstrom einen anderen Sensortyp verwendet – einen Hall-Sensor.
Das Prinzip der Gleichstrommessung mit Hall-Sensoren besteht darin, dass ein Magnetfeld (ähnlich einem Elektromagneten) erzeugt wird, wenn Strom durch einen Draht fließt. Dieses Feld ist proportional zur Stärke des Stroms. Der Messschieber einer Stromzange führt das durch die Konvergenz des Messschiebers erzeugte Magnetfeld zu einem Hall-Element, das sich im Bereich des Messschiebers befindet. Das Hall-Element ist ein magnetisch empfindliches Bauteil, das in ein Magnetfeld-Spannungssignal umgewandelt wird. Nach dem Verstärkungsprozess dieses Spannungssignals kann der Laststrom angezeigt werden. Heutzutage sind viele Stromzangen für Wechsel- und Gleichstrom vorgesehen. Sie enthalten interne elektromagnetische Transformatoren und Hall-Sensoren zur Erkennung von Wechsel- und Gleichstrom.
