Pens Ampermetre

Elektrik mühendisliğinin temellerinden akımın her zaman bir tüketici ile seri olarak ölçülmesi gerektiği bilinmektedir. Bu durumda, pens ampermetrenin iç direnci kaçınılmaz olarak her zaman tüm devrede bir değişikliğe neden olur. Bu nedenle, iç direncin mümkün olduğunca küçük olması gerekir. Ancak, çoğu zaman akımı bir pens ampermetre ile ölçmek için devreyi ayırmak mümkün olmayabilir ya da AC şebekesindeki akım çok yüksek olabilir. Bu nedenle, temaslı bir akım ölçümü gerçekleştirilemez. İşte bu noktada pens ampermetre devreye girer.

İçinden akım geçen her elektrik iletkeninin etrafında akan akıma doğrusal olarak yayılan bir manyetik alan oluşur. Doğru akımda bu manyetik alan DC iken alternatif akımda AC manyetik alandır. Pens ampermetre, bu etkiden yararlanarak akımı türüne göre bir Hall sensörü (doğru akım) ya da transformatör prensibi (alternatif akım) aracılığıyla ölçer.

Pens ampermetre seçimi birkaç faktöre bağlıdır. Bu faktörlerden ilki akımın türüdür. En yaygın olarak kullanılan pens ampermetre alternatif akım için olandır. Doğru akımın da bir pens ampermetre ile ölçüleceği uygulamalar için (örneğin, bir PLC sisteminden gelen akımı ölçmek için) doğru akımı ölçebilen bir pens ampermetre gereklidir. Doğru akımı ölçebilen pens ampermetreler genelde alternatif akımı da ölçer.

Doğru bir pens ampermetre seçiminde önemli rol oynayan diğer bir faktör de akım yoğunluğudur. Genel olarak ölçülecek akım ne kadar yüksekse pens ampermetrenin tasarımı da o kadar büyük olur. Pens ampermetrenin özel bir türü de Rogowski bobinidir. Bu tür bir pens ampermetre, son derece büyük boyutlar elde edildiğinden genelde çok yüksek olan alternatif akımlar için kullanılır. Rogowski bobini kullanan pens ampermetrenin en büyük avantajı ölçüm bobininin ferrit nüveye dayalı pens ampermetrenin ölçüm pensine kıyasla çok esnek olmasıdır. Esnek pens ampermetre, özellikle kontrol kabinlerindeki ölçümler için; ama aynı zamanda erişilmesi zor olan diğer pek çok yerde de sıklıkla kullanılır.

Pens ampermetre, elektrik gücünü ölçmek için de tercih edilir. Pens ampermetrenin bu özel şekli, elektrik ölçüm teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Burada dikkat edilmesi gereken bazı şeyler vardır. 3 fazlı akım olarak da adlandırılan 3 fazlı bir şebekede pens ampermetre yardımıyla güç ölçümü gerçekleştirmek yalnızca simetrik bir yük varsa mümkündür. Ancak, simetrik yük epey nadirdir ve pratikte yalnızca 3 fazlı bir motor ya da 3 fazlı bir ısıtıcıda görülür. 3 fazlı bir şebekede asimetrik olarak yüklenmiş fazlarda her faz için ayrı bir pens ampermetre kullanılmalıdır. PCE Instruments, güç ölçüm fonksiyonları bulunan uygun pens ampermetreler sunar. İlgili pens ampermetre ile farklı fazların 3 akımını ve aynı anda nötr güç de dahil 3 fazın gerilimini ölçerek güç ölçüm fonksiyonu bulunan 3 fazlı pens ampermetre kullanıcısı, faz ve nötr arasındaki gerilimler, pens ampermetre ile ölçülen faz akımı, faz başına ve toplam aktif, görünür ve reaktif güç, güç faktörleri, faz başına faz kaymaları ve aktif, reaktif ve görünür enerji gibi bir dizi ölçülen ve hesaplanan sonuç elde eder.

Pens ampermetrede bulunan özel bir ölçüm fonksiyonu da ani akım fonksiyonudur. Bu fonksiyon her zaman makinelerin ya da motorların kalkış akımının ölçülmesi gerektiğinde kullanılır. Etkinleştirmenin ardından pens ampermetre bir tür bekleme modundadır. Pens ampermetre tarafından çok yüksek bir örnekleme hızıyla bir akım tespit edilir ve akım açıldıktan sonra tekrar daha düşük bir seviyede olsa bile tepe değeri ekranda görüntülenir.

TRMS pens ampermetre, TRMS akım değerini ölçebilir. TRMS, gerçek kare ortalamalarının karekökü anlamına gelir. Bunun anlamı, bir TRMS pens ampermetrenin akımı yüksek bir örnekleme hızında kaydetmesi ve buna göre hesaplamasıdır. TRMS fonksiyonu olmayan bir pens ampermetre, tepe değerini ölçer ve bir sinüs dalgası varsayarak akım değerini karşılık gelen form faktörü ile hesaplar. Ancak, akımın tüketici ya da orijinal voltaj formu nedeniyle sinüzodial olmaması halinde pens ampermetre yanlış bir ölçüm değeri görüntüler. Gerilim ölçümü ya da direnç ölçümü ve sıcaklık ölçümleri gibi diğer özel fonksiyonlar, pens ampermetrenin performans kapsamını tamamlar.

Pens ampermetre, akım taşıyan iletkenlerdeki elektrik akımının dolaylı ölçümü için kullanılır. İncelenecek devrenin bağlantısının kesilmesini gerektiren doğru akım ölçümünün aksine pens ampermetre temassız ölçüm gerçekleştirir. Burada pens ampermetre, akım taşıyan iletkenlerin ölçülebilir bir elektrik alanına neden olduğu manyetik indüksiyonun temel fiziksel prensibini kullanır. Temassız ölçümün çeşitli avantajları mevcuttur. Bir yandan, elektrikli cihazların ve makinelerin devam eden çalışmasını kesintiye uğratmak zorunda kalmadan yalıtılmış iletkenler üzerinde de ölçümler gerçekleştirilebilir. Öte yandan, bu yöntem, ölçüm parametresi ile ölçüm sinyalinin potansiyel olarak bağlanmasını gerektirmez ve böylece, oluşabilecek metrolojik yanlışlıkları önler.

Pens ampetmetre, bir alternatif akım iletkenini çevreleyen elektrik alanının gücünü belirleyerek alternatif akımın çok hassas akım güçlerini belirleyebilir. Pens ampermetre, doğru akımı ise bir Hall sensörü yardımıyla belirler. Bu, içinden DC akımı geçen bir iletkenin etrafında var olan manyetik alanı ölçer. Bunun için akım taşıyan iletken, pens ampermetrenin önündeki lamine, yalıtılmış ve ayrılabilir bir çekirdekten geçirilir. Modern pens ampermetreler, ortaya çıkan manyetik alanı pensler aracılığıyla pens ampermetrenin içindeki elektronik devrelere ve amplifikatörlere iletir ve ayar ve tasarıma göre elektrik alanını ya da manyetik alan gücünü DC ya da AC akımına çevirir. Pens ampermetrede ölçüm değeri genelde LCD ekranda görüntülenir. Pens ampermetrenin tasarımına ve boyutuna bağlı olarak bu ekran grafik eğrileri görselleştirebilir.

İlgili ölçüm değerleri daha sonra dijital bir ekranda okunabilir. Ancak, bu dolaylı ve pratik ölçüm yönteminin ölçüm aralığı iki parametre ile sınırlıdır. Bir yandan, indüklenen manyetik alanlar artık tespit edilemediğinden çok küçük akımlar pens ampermetre ile zorlukla ölçülebilir. Diğer yandan, büyük akımlar için gereken iletken kesitleri ve buna uygun olarak boyutlandırılmış pens çekirdekleri, bu ölçüm cihazlarının yönetilebilirliğini sınırlar. Bir pens ampermetre, özellikle küçük akımlar, aşırı büyük iletken kesitleri ve erişilemeyen yerlerde ölçüm gerçekleştirmek için ideal ölçüm cihazı olmasa da bu pratik ve hızlı ölçüm cihazının performans spektrumu çok sayıda uygulama için yeterlidir.

Bunun bir örneği otomotiv mühendisliğidir. Burada, pens ampermetreler arızalı araç elektroniğini incelemek için kullanılabilir. Bunun haricinde, pens ampermetre, aracın içindeki kaçak akımları ararken de kullanışlı bir yardımcıdır. Basit özel kullanımlardan atölye kullanımına, teknisyenler ve mühendisler tarafından elektriksel parametrelerin büyük ölçekli analizine ve değerlendirilmesine kadar bu cihazlar pek çok alanda kullanılmaktadır.

Bu durum, 1 fazlı şebekede L1 ve N iletkenleri aynı anda ölçüm penslerinin içinde olduğunda meydana gelir. Bu durumda iki iletkenin manyetik alanları birbirini iptal eder ve pens ampermetre tarafından hiçbir akım ölçülemez.

Çok küçük akımlarda pens ampermetrenin ölçüm değerini göstermesi bazen çok zordur. Bu durumda iletken, pens ampermetrenin ölçüm pensinin etrafına birkaç kez sarılabilir. Pens ampermetrenin görüntülenen sonucu daha sonra sarım sayısına bölünmelidir.

Geleneksel ve elektrik tahrikli motorlu taşıtlarda elektrik ölçümleri için pens ampermetre doğru akım ölçümlerine uygun olmalı ve genellikle çok sınırlı alanlar söz konusu olduğundan mümkün olduğunca kompakt ve sağlam olmalıdır.

İçten yanmalı motorlara sahip geleneksel araçların aksine elektrik tahrikli araçlar, güçlü ek elektrik tüketicileri için çok daha yüksek voltajlar ve akım güçleri gerektirir. Bu nedenle, elektrikli ve hibrit araçlarda farklı voltaj seviyeleri kullanılırken geleneksel dizel ve benzinli araçlarda tüm tüketiciler genellikle 12 voltluk (ya da 24 voltluk) akü üzerinden beslenir. Bu nedenle, elektrikli ve hibrit araçlarda ölçümler için kullanılan pens ampermetre, ideal olarak hem araç aydınlatması, cam krikosu ve kokpit ekranları gibi düşük akım seviyelerini hem de elektrikli aktarma organları boyunca yüksek akım seviyelerini hassas bir şekilde ölçebilmelidir.

Pens ampermetrenin tasarımına bağlı olarak doğru akım için ölçüm sonuçları önceki manyetizasyondan ve ölçüm noktasına yakın olan diğer hatlardan az ya da çok etkilenebilir. Pens ampermetrenin bunu bir ofset kontrolü ile otomatik olarak telafi etmesi ya da gerçek DC ölçümünden önce basitçe sıfıra ayarlanabilmesi avantajlıdır.

Şebekeden gelen alternatif akım öncelikle elektrikli araçların akülerini şarj etmek için kullanıldığından alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için araçlara dönüştürücüler monte edilir. Gerekli şarj süresi hem şarj istasyonuna hem de elektrikli aracın donanımına bağlıdır. Şarj kablolarında, konektörlü diğer kablolarda olduğu gibi tek tek tellere serbest bir şekilde erişilemez. Şarj işlemi sırasında her bir telin pens ampermetre ile ölçülebilmesi için özel adaptörler mevcuttur. Örneğin, şarj kablosunun bağlı olduğu ve uygun bir bağlantı kablosu aracılığıyla şarj kutbuna bağlanan ölçüm kutuları vardır. Pens ampermetre, daha sonra kutudaki her bir bağlantı kablosunun alternatif akımını ölçebilir.

Kalite ve güvenlik ile ilgili ölçümler için kullanılan pens ampermetrenin düzenli olarak kalibre edilmesi gerekir. Kalibrasyon, karşılaştırmalı ölçümler yoluyla bir ölçüm cihazının ya da ekipmanının hassasiyetini kontrol etmek için kullanılan teknik bir terimdir. Doğru akım ve düşük frekanslı alternatif akım için pens ampermetrelerinin kalibrasyon prosedürlerine ilişkin minimum gereklilikler VDI / VDE / DKD / DGQ 2622 - Bölüm 23.1 kılavuzunda açıklanmaktadır.

Çok fonksiyonlu kalibratörler genellikle elektriksel büyüklükler için ölçüm cihazlarının kalibrasyonunda kullanılır. Bu kalibratörler, pens ampermetrenin görüntülenen değerleriyle doğrudan karşılaştırılabilen ayarlanabilir çıkış değerleri üretir. Kullanılan kalibratör, daha hassas kalibrasyon standartları kullanılarak düzenli olarak kontrol edilmelidir. Yani, kalibratörün kendisi de kalibre edilmelidir. Bu, üretilen büyüklüklerinin hassasiyetinin gereksinimleri karşılamasını sağlar.

Pens ampermetreyi kalibre etmek için kalibratörün istenen en yüksek akım değerini verecek şekilde tasarlanmasına gerek yoktur. Akım çıkışı, bağlı akım taşıyan iletkenin çoklu sargıları ya da özel ölçüm bobinleri ile kolay bir şekilde çarpılabilir. Sargıların her birinden aynı amper akar. Eğer 50 sargı aynı anda pens ampermetre ile çevrelenirse ölçülen amper 50 kat artar. Bu, 10 amper ölçmek yerine hassasiyetinin 500 amperde ölçülebileceği anlamına gelir. Bu hem alternatif akım hem de doğru akım için geçerlidir.

Her bir pens ampermetre için ölçümlerin hassasiyetine ilişkin tolerans teknik özelliklerde belirtilmiştir. Ancak, pens ampermetre kullanıcısı, ölçüm cihazının ilgili uygulamalar için gerekli hassasiyete uygun olduğunu kanıtlamalıdır. Ölçüm görevi için izin verilen tolerans, kullanılan cihaz türü için üretici tarafından onaylanan toleranstan daha küçük ya da daha büyük olabilir.

Bu nedenle, kalibrasyon sonuçlarının değerlendirilmesi için test edilecek pens ampermetrenin her bir ölçüm aralığı için hangi sapmalara izin verilebileceği kesin olarak tanımlanmalıdır. Kalibrasyon laboratuvarı başka bir özellik almazsa cihazın teknik özelliklerinde belirtilen hassasiyet özelliklerini kullanır. Kalibrasyon sırasında beklenen hassasiyete ulaşılamazsa pens ampermetre artık başka ölçümler için kullanılamaz ya da yalnızca sınırlı ölçüde kullanılabilir.

Seçilen referans noktalarının sayısı ve konumu, kalibrasyon sonuçlarının geçerliliği açısından önemlidir. Sadece doğru akım için kalibre edilmiş bir pens ampermetre, alternatif akım ölçümleri için kalibre edilmiş bir pens ampermetre olarak kullanılmamalıdır. Doğru akımların, alternatif akımların ve ani akımların ölçümleri için kullanılan bir pens ampermetre bu üç ölçüm aralığı için de kalibre edilmelidir. Ayrı akım ölçüm fonksiyonlarının her biri için en az üç ölçüm noktası test edilmelidir. Ölçüm noktaları, pens ampermetrenin kullanıldığı tüm değer aralığını kapsamalıdır. Ne kadar çok ölçüm noktası kontrol edilirse bulunan sapmalar da o kadar ayrıntılı değerlendirilebilir.