Autoelektryka

Aby zmierzyć prąd, trzeba wcześniej rozłączyć obwód, w którym on płynie i włączyć w powstałą przerwę amperomierz. Po zakończeniu pomiaru trzeba jeszcze przywrócić połączenie. Obecnie metoda ta ze względu na swoją pracochłonność jest coraz rzadziej stosowana. Zamiast niej korzysta się z metody pomiaru pośredniego za pomocą cęgowego amperomierza lub cęgowego multimetru, która nie wymaga przerywania obwodu. Pomiar tą metodą, choć mniej dokładny od metody bezpośredniej, polega w pewnym uproszczeniu na założeniu tylko cęgów na obwód z mierzonym prądem i odczytaniu wyniku na wyświetlaczu.

Amperomierze cęgowe, w tym też multimetry i przystawki cęgowe, można podzielić na dwie grupy. Do pierwszej należy zaliczyć przyrządy mierzące prąd stały i przemienny, a do drugiej mierzące tylko prąd przemienny. Przyrządy obu grup, choć wyglądają identycznie, to różnią się m.in. wewnętrzną budową cęgów. W cęgach amperomierzy prądu stałego i przemiennego znajduje się stosunkowo drogi przetwornik hallotronowy. Stąd też wyższa cena tych przyrządów. Zaprojektowanie i wyprodukowanie przyrządu cęgowego mierzącego dokładnie małe prądy stałe jest trudniejsze niż przyrządu cęgowego mierzącego małe prądy przemienne. Przetwornik hallotronowy amperomierza małych prądów stałych musi wyróżniać się wysoką jakością przetwarzania, w tym czułością. Stąd średnica wewnętrzna cęgów takiego amperomierza jest znacznie mniejsza niż średnica cęgów amperomierza mierzącego prądy duże. Obniżenie dolnej granicy pomiaru prądu stałego wymaga zwiększenia czułości pomiaru. Nie da się tego osiągnąć bez odpowiedniego zmniejszenia średnicy otworu cęgów. Efektem ubocznym będą problemy z pomiarem prądu w przewodach o średnicy większej niż wewnętrzna średnica cęgów, gdyż cęgów takiego amperomierza wtedy po prostu nie da się założyć. Takie kłopoty sygnalizowali użytkownicy przystawki cęgowej CA133 OS/AT firmy Fine. W efekcie producent zarzucił jej wytwarzanie i zastąpił nową przystawką HR30, o większej średnicy wewnętrznej cęgów, lecz – niestety – droższą.

Przystawki cęgowe tworzą ważną grupę przyrządów cęgowych wykorzystywanych szeroko w diagnostyce samochodowej. Przyrządy takie przekształcają tylko prąd na napięcie, nie mają wyświetlacza, choć mają własne zasilanie. Aby zmierzyć prąd przystawką, trzeba wcześniej połączyć ją z multimetrem ustawionym na pomiar napięcia. Aby uzyskać wynik pomiaru prądu w amperach, trzeba jeszcze przeliczyć wskazanie multimetru w miliwoltach na ampery, biorąc pod uwagę wartość przekładni przystawki użytej do pomiaru. Gdy przekładnia przystawki wynosi np. 100 mV/A, to oznacza to, że aby otrzymać wynik pomiaru w amperach, należy wskazanie wyświetlacza multimetru w miliwoltach podzielić przez 100, czyli, gdy np. multimetr wskaże napięcie równe 50 mV, to będzie to znaczyć, że przez przewód płynie prąd równy 0,5 A. Przystawkę cęgową można też łączyć oscyloskopem lub diagnoskopem samochodowym i oglądać na nim przebieg prądu, a gdy przebieg ten jest impulsowy, oceniać kształt i amplitudę impulsów, identyfikować impulsy zakłócające nałożone na sygnał użyteczny itd.

Zanim przejdziemy do przedstawienia przyrządów dedykowanych do pomiaru małych prądów stałych, warto jeszcze poruszyć kwestię, kiedy mierzony prąd można określić jako mały, a kiedy jako duży. Warto pamiętać, że większość przyrządów cyfrowych spotykanych na rynku zachowuje dokładność pomiaru wyspecyfikowaną przez producenta poczynając dopiero od 10%, rzadziej 5% aktualnie włączonego podzakresu pomiarowego. Ta zasada dotyczy też amperomierzy cęgowych. Przyrządy tego typu przeznaczone do pomiaru prądów małych są wyposażone zwykle w dolny podzakres kilkudziesięciu amperów. Gdy przyrząd ma dolny podzakres 10 A, to mierzy dokładnie poczynając od 1 A, a w najlepszym wypadku od 0,5 A. Nie znaczy to oczywiście, że przyrząd taki nie będzie mierzyć i wskazywać prądów mniejszych. Będzie, lecz dokładność pomiaru będzie dużo gorsza od podanej w jego danych technicznych. Niestosowane w diagnostyce samochodowej amperomierze cęgowe prądu przemiennego mogą mierzyć prądy nawet tysiąc razy mniejsze, tzw. upływowe, lecz – niestety – tylko przemienne. Dla takiego przyrządu prąd 1 A, to prąd duży, a nie mały. Jak z tego wynika termin „mały prąd” ma charakter wyłącznie umowny i zależy od typu przyrządu, rodzaju mierzonego prądu, zastosowania pomiarowego itd.

Oferta rynkowa przyrządów cęgowych mierzących małe prądy stałe nie jest szeroka, choć popyt na nie jest duży. Stąd też przedstawiamy trzy takie przyrządy: multimetr cęgowy CENTER 223 produkcji firmy Center i dwie przystawki cęgowe – HR30 produkcji firmy Fine oraz CP-10 produkcji firmy Standard Instruments. Wszystkie te przyrządy dystrybuuje firma Labimed Electronics.

Multimetr cęgowy CENTER 223
Przyrząd ten jest dedykowany do pomiaru małych prądów stałych i przemiennych, na co wskazuje już na pierwszy rzut oka charakterystyczny kształt jego cęgów (fot. 1), przy czym wyróżnia się wysoką jakością wykonania i niezawodnością działania. Zakres pomiarowy prądów rozciąga się od ok. 0,5 A do 100 A. Na uwagę zasługuje unikatowa funkcja - wyjście sygnału analogowego. Po połączeniu tego wyjścia z oscyloskopem lub diagnoskopem można oglądać przebiegi, podobnie jak po dołączeniu przystawki. W tablicy 1 przedstawiono dane techniczne multimetru.

- Wyświetlacz
Multimetr CENTER 223 ma niewielki, choć czytelny wyświetlacz ciekłokrystaliczny o maksymalnym wskazaniu 9999, co odpowiada długości 4 cyfr. Jego wskazanie, odświeżane co 2 sekundy, można w razie potrzeby „zamrozić” naciskając przycisk „HOLD” i zanotować je później w wygodnym do tego miejscu i czasie.

- Cęgi prądowe
Multimetr CENTER 223 ma dość długie i cienkie cęgi zakończone otworem na przewód z mierzonym prądem. Taka konstrukcja cęgów ułatwia założenie ich na przewodzie w wiązce lub umieszczenie cęgów w trudno dostępnym miejscu. Wewnętrzna średnica cęgów jest stosunkowo niewielka, wynosi tylko 12,5 mm, co wynika z ograniczeń konstrukcyjnych omówionych we wstępie do niniejszego artykułu.

- Wybór funkcji i podzakresów pomiarowych
Potrzebną funkcję pomiarową wybiera użytkownik ustawiając w odpowiedniej pozycji przełącznik obrotowy multimetru. Potrzebny podzakres wybiera już automatycznie sam przyrząd, dostosowując go do wartości mierzonej wielkości.

- Pomiar prądów
Multimetr cęgowy CENTER 223 mierzy małe prądy stałe i przemienne na podzakresach 10, 80 i 80-100 A z rozdzielczością wskazania wynoszącą odpowiednio: 1, 10 i 10 mA. Do zerowania przed pomiarem prądu stałego szczątkowego wskazania wyświetlacza służy przycisk „Δ ZERO”.

- Pomiar napięć przemiennych i stałych
Mierząc napięcie korzysta się z dwóch gniazd pomiarowych znajdujących się w dolnej części płyty czołowej multimetru oraz kompletu przewodów pomiarowych zakończonych sondami szpilkowymi. W tym przypadku ma się do dyspozycji jeden zakres 600 V, na którym rozdzielczość wskazania wynosi 0,1 V.

- Pomiar wartości szczytowej
W trybie tym multimetr próbkuje co 10 ms, czyli znacznie częściej niż w przypadku pozostałych funkcji pomiarowych. Po wykryciu i pomiarze wartości szczytowej, przyrząd zamraża jej wskazanie na wyświetlaczu. Aby móc je odczytać, wystarczy tylko nacisnąć przycisk z napisem „PEAK”.

- Pomiar rezystancji i test ciągłości obwodu
CENTER 223 mierzy rezystancję na jednym zakresie 10 kΩ, po czym wskazuje ją z rozdzielczością równą 1 Ω. W tej samej pozycji obrotowego przełącznika funkcyjnego można też wykonać test ciągłości obwodu. Gdy rezystancja testowanego obwodu jest mniejsza od wartości progowej (ok. 100 Ω), to stan ciągłości jest sygnalizowany dźwiękiem.

- Zasilanie
Do zasilania multimetru CENTER 223 służą dwie 1,5-woltowe baterie typu LR03. Producent zaleca używanie baterii alkalicznych, które wystarczają na 45 h pomiarów. Czas pracy baterii wydłuża funkcja automatycznego wyłączania zasilania po 30 minutach braku naciśnięcia przycisku lub przekręcenia przełącznika obrotowego.

- Wymiary i masa
Przyrząd ma wymiary: 202 x 70 x 34 mm i masę 180 g (włącznie z baterią).

- Akcesoria
Wraz z przyrządem producent dostarcza dwa przewody pomiarowe zakończone sondami szpilkowymi, niewielki futerał, dwie baterie LR03 i instrukcję obsługi.

Przystawka cęgowa HR30
Przystawkę HR30 (fot. 2) zaprojektowano specjalnie do współpracy z oscyloskopami, diagnoskopami i multimetrami samochodowymi różnych producentów. Można nią mierzyć prądy stałe i przemienne, na jednym zakresie 30 A, czyli teoretycznie od 3 do 30 A. Dokładność pomiaru przystawki HR30 wynosi ±1%, a rozdzielczość odczytanego i przeliczonego wyniku - 1 mA. Przekładnia przystawki jest ustawiona na stałe na 100 mV/A. Wydłużone cęgi przystawki ułatwiają wsunięcie ich między przewody wiązki i szybkie dotarcie do przewodu znajdującego się w trudno dostępnym miejscu. Średnica wewnętrzna otworu cęgów wynosi 19 mm, czyli stosunkowo duża. Poza własnością pomiaru małych prądów, ważną cechą przystawki HR30 jest dokładne i szybkie odwzorowywanie na ekranie oscyloskopu lub diagnoskopu przebiegów sygnałów prądowych, w tym impulsowych. Własność ta przydaje się m.in. przy obserwowaniu i regulowaniu małych prądów w elektronicznych wtryskiwaczach paliwa. Parametry przystawki HR30 przydatne w takich i podobnych zastosowaniach to szerokie pasmo pomiaru (do 20 kHz) oraz duża szybkość śledzenia di/dt większa od 20 A/µs. Sygnał z przystawki HR30 jest wyprowadzany ekranowanym przewodem koncentrycznym, połączonym z przystawką na stałe i zakończonym wtykiem typu BNC. Dzięki czemu można łatwo dołączyć przystawkę do większości oscyloskopów spotykanych na rynku. Gdy jednak oscyloskop ma gniazda banankowe lub, gdy przystawka ma współpracować z multimetrem, to na wtyk BNC przewodu przystawki trzeba założyć specjalną przejściówkę. Jest w komplecie fabrycznym z przystawką. Przy pomiarze prądu stałego multimetr połączony z przystawką wskaże napięcie szczątkowe związane z pozostałością magnetyczną w jej cęgach. Wskazanie to trzeba przed pomiarem wyzerować pokrętłem „DC ZERO”. Przystawka HR30 jest zasilana z 9-woltowej baterii typu 6F22. Bateria alkaliczna wystarcza na ok. 100 h pomiarów. Konieczność wymiany zużytej baterii na nową sygnalizuje czerwony LED. Zasilanie przystawki włącza się przełącznikiem przesuwnym. Służy on też do wyboru typu mierzonego prądu (stały, przemienny). W komplecie fabrycznym z przystawką HR30 jest przejściówka, bateria i instrukcja.

Przystawka cęgowa CP-10
Jest to tania przystawka (fot. 3) o zdecydowanie gorszych parametrach niż przystawka HR30 (patrz tablica 2), a jej cęgi charakteryzują się niewielkim otworem o średnicy równej 12,5 mm. Konstruktorom przystawki udało się uzyskać dokładność i czułość pomiaru wystarczającą w wielu zastosowaniach, przy zachowaniu przystępnej ceny. Przystawka mierzy prądy stałe i przemienne na podzakresach 20 i 80 A, przy czym odpowiadające tym podzakresom wartości przekładni wynoszą odpowiednio 100 mV/A i 10 mV/A. Potrzebny podzakres wybiera się przełącznikiem przesuwnym, a wskazanie szczątkowe zeruje przyciskiem „DC ZERO”. Sygnał z przystawki jest wyprowadzany przewodem połączonym z nią na stałe i zakończonym podwójnym wtykiem banankowym, tzw. bezpiecznym, czyli ze specjalnymi tulejkami osłaniającymi metalowe bolce. Przystawka CP-10 charakteryzuje się szerokim zakresem pomiaru (od 40 Hz do 20 kHz), stąd też jest zalecana do pomiarów z użyciem oscyloskopu. Dysponując oscyloskopem z wejściami kanałów zakończonymi gniazdami BNC, trzeba do dołączenia przystawki użyć specjalnej przejściówki zakończonej z jednej strony wtykiem BNC, a z drugiej dwoma gniazdami banankowymi (np. XM-BB firmy Muli-Contact). Choć nie ma jej w komplecie fabrycznym, to można ją zakupić wraz z przystawką u jej dystrybutora. Dokładność pomiaru prądu stałego przystawki CP-10 zależy od wartości mierzonego prądu, a przy pomiarze prądu przemiennego od jego częstotliwości. Przy pomiarze prądów stałych mniejszych od 40 A dokładność wynosi ±3%, a przy prądach większych od 40 A pogarsza się do ±8%. Przy pomiarze prądów przemiennych dokładność zmienia się w przedziale od ±2 do ±8%. Należy pamiętać, że dokładność ta sumuje się z dokładnością współpracującego z nią przyrządu. Stąd wypadkowa dokładność jest gorsza. Przystawka CP-10, podobnie jak HR30, jest zasilana z 9-woltowej baterii 6F22. Gdy użyje się baterii alkalicznej, to wystarczy ona na ok. 80 h pomiarów. Na płycie czołowej umieszczono dwie diody LED. Zielona sygnalizuje włączone zasilanie, a czerwona informuje użytkownika o konieczności wymiany zużytej baterii na nową. W komplecie z przystawką jest futerał, bateria i instrukcja obsługi.

mgr inż. Leszek Halicki
Labimed Electronics Sp. z o.o.