Przyrządy obu typów różnią się nieco wyglądem i szczegółami konstrukcyjnymi. W poprzednim numerze „Nowoczesnego Warsztatu” przedstawiliśmy multimetry i przystawki cęgowe przeznaczone do pomiaru małych prądów, w niniejszym zostaną opisane mierniki prądów dużych. Rynkowa oferta tych przyrządów jest na tyle zróżnicowana, że przyszły użytkownik bez trudu może wybrać przyrząd odpowiedni do swoich potrzeb. Mierniki dużych prądów to przede wszystkim multimetry cęgowe. Na rynku są też dostępne przystawki cęgowe będące tylko źródłami sygnału analogowego, przetwarzające prąd na napięcie i współpracujące z multimetrem, woltomierzem, oscyloskopem lub rejestratorem. Rzadko można spotkać amperomierze cęgowe, tj. przyrządy mierzące tylko prąd.

Cęgi
Współczesne mierniki prądu wykorzystują do pomiaru metodę pośrednią, wygodną i bezpieczną zarówno dla użytkownika, jak i samego przyrządu. Mierząc prąd wystarczy tylko założyć cęgi na przewód z mierzonym prądem i odczytać na wyświetlaczu wynik pomiaru. Cęgi to element charakterystyczny dla każdego przyrządu mierzącego prąd tą metodą. Rozmiary cęgów przyrządu pomiarowego dużych prądów stałych są dostosowane rozmiarami do górnej, granicznej wartości mierzonego prądu, stąd też mają grubość i średnicę wewnętrzną dużo większą niż cęgi przyrządu przeznaczonego do pomiaru prądów małych. Z reguły im większa maksymalna wartość mierzonego prądu, tym większa wewnętrzna średnica i grubość cęgów. Z kolei im większa wewnętrzna średnica cęgów, tym grubszy przewód z prądem mogą one objąć. Do najwygodniejszych należą cęgi cienkie i o wydłużonym kształcie, gdyż można je łatwo wsunąć między przewody w wiązce. W cęgach przyrządu cęgowego mierzącego prądy stałe i przemienne mieści się przetwornik hallotronowy przekształcający mierzony prąd na napięcie. W porównaniu z przetwornikiem montowanym w cęgach przyrządu mierzącego prądy małe nie musi on spełniać aż tak wygórowanych wymagań odnośnie czułości pomiaru. Stąd też cena cęgowych multimetrów i przystawek mierzących prądy duże jest niższa od ich odpowiedników mierzących prądy małe. Wewnętrzna średnica cęgów to ważny parametr każdego przyrządu cęgowego. Znając ją można z dużym prawdopodobieństwem określić maksymalną wartość prądu mierzonego przez przyrząd. Średnica wewnętrzna cęgów multimetru lub przystawki mierzącej prądy do 1000 A może nawet przekroczyć 50 mm. Cęgi są delikatnym elementem każdego przyrządu cęgowego. W razie upuszczenia ich na twardą powierzchnię ulegają uszkodzeniu. Pęka zwykle rdzeń magnetyczny w nich się znajdujący. Stąd też należy dbać, aby takiego przyrządu nie upuścić, tym bardziej, że koszt naprawy w skrajnym przypadku może przekroczyć koszt przyrządu nowego.

Zakres pomiaru i wybór podzakresu pomiarowego prądu
Granica dzieląca przyrządy cęgowe mierzące prądy małe i duże nie jest dokładnie wyznaczona i zależy od konkretnego zastosowania. W przypadku diagnostyki samochodowej można założyć, że do tej drugiej grupy można zaliczyć przyrządy cęgowe o maksymalnym prądzie mierzonym większym od 400 A. Zakres pomiaru prądu przyrządu cęgowego jest z reguły podzielony na dwa lub trzy podzakresy. Właściwy podzakres wybiera sam użytkownik, biorąc pod uwagę przewidywaną wartość mierzonego prądu. Służy do tego w multimetrze obrotowy przełącznik funkcyjny, a w większości przystawek - przełącznik przesuwny. Właściwy podzakres pomiarowy prądu wybiera się w przyrządzie cęgowym zawsze ręcznie, choć podzakresy wielu innych funkcji można często wybierać, zależnie od potrzeby, ręcznie lub automatycznie.

Zerowanie wskazania przed pomiarem prądu stałego
Jest to funkcja, którą musi mieć każdy przyrząd cęgowy mierzący prąd stały. Nie ma jej tylko przyrząd cęgowy mierzący wyłącznie prąd przemienny. Po włączeniu pomiaru prądu stałego można zauważyć na wyświetlaczu przyrządu niewielkie wskazanie cyfrowe różne od zera. Jest to pozostałość po poprzednim pomiarze lub efekt oddziaływania na przyrząd zewnętrznych sygnałów zakłócających. Aby zapewnić wymaganą dokładność pomiaru prądu, trzeba wskazanie to sprowadzić do zera. Służy do tego pokrętło lub przycisk. Skuteczność operacji zerowania warto sprawdzić przy zakupie każdego przyrządu cęgowego mierzącego prąd stały.

Inne funkcje pomiarowe
Podzakresy pomiarowe funkcji innych niż prąd wybiera domyślnie sam przyrząd, dostosowując je automatycznie do wartości mierzonej wielkości. Jest to tzw. automatyczna zmiana podzakresu pomiarowego. Użytkownik niektórych multimetrów cęgowych może w razie potrzeby „przejść” na zmianę ręczną i samemu ustawić potrzebny podzakres przyciskiem oznaczonym najczęściej napisem „RANGE”. Potrzebną funkcję pomiarową (zakres) wybiera się przełącznikiem obrotowym zajmującym zwykle centralną część płyty czołowej miernika, pod wyświetlaczem. Czasem niektóre pozycje przełącznika są przyporządkowane kilku funkcjom pomiarowym i testowym, np. pomiarowi rezystancji oraz testom diody i ciągłości obwodu. Wyboru potrzebnej funkcji dokonuje się wtedy osobnym przyciskiem. Od jakości przełącznika obrotowego zależy w dużym stopniu niezawodność całego przyrządu cęgowego.

Wyświetlacz
Mierząc cyfrowym multimetrem cęgowym, wynik pomiaru odczytuje się na wyświetlaczu, również w postaci cyfrowej. Przystawka cęgowa jest pozbawiona własnego wyświetlacza. Gdy jest połączona z wejściem pomiarowym multimetru, to wynik pomiaru odczytuje się na wyświetlaczu tego multimetru, niestety w jednostkach napięcia, a nie prądu. Aby uzyskać wtedy wynik pomiaru w jednostkach prądu, trzeba wskazanie multimetru w miliwoltach podzielić przez przekładnię przystawki. Choć jest to dość uciążliwe, to warto pamiętać, że przystawka w przeciwieństwie do większości multimetrów jest też tanim źródłem mierzonego sygnału, który można oglądać na ekranie diagnoskopu lub oscyloskopu, a także zapisywać na rejestratorze. Ciekłokrystaliczne wyświetlacze współczesnych multimetrów cęgowych to często elementy wielofunkcyjne mające nawet kilka sekcji cyfrowych oraz sekcję analogową, czyli tzw. bargraf zbudowany z kilkudziesięciu segmentów i charakteryzujący się dużą szybkością działania. Bieżący wynik pomiaru wskazuje jednocześnie główna sekcja cyfrowa i bargraf. Analogowy, szybki bargraf zastępuje wskazówkę miernika analogowego. Można na nim obserwować wielkości szybko zmieniające się oraz określać trendy zmian mierzonych wielkości. Do ważnych funkcji wyświetlacza zalicza się podświetlenie (wyłączane przyciskiem lub automatycznie po określonym czasie), zapamiętywanie bieżącego wskazania (funkcja DATA HOLD) oraz zapamiętywanie wartości szczytowej (MAX HOLD, PEAK HOLD). Ta ostatnia funkcja przydaje się przy pomiarze prądów rozruchowych. Inną ważną własnością jest maksymalne wskazanie oraz rozdzielczość wskazania wyświetlacza. Znając wartość rozdzielczości, można określić ile cyfr po przecinku można będzie odczytać, przy czym najważniejsza jest rozdzielczość na dolnym podzakresie pomiarowym. Wartość rozdzielczość wskazania dla danego podzakresu pomiarowego można łatwo określić, gdy wartość podzakresu jest podana zgodnie z konwencją stosowaną np. przez firmę Hioki. Na przykład, gdy w danych technicznych przyrządu jako wartość podzakresu poda się 4 000 V (zamiast 4 V), to z liczby podanych zer występujących po przecinku można będzie określić, że rozdzielczość wskazania na tym podzakresie wynosi 0,001 V, czyli 1 mV. Istotnym parametrem każdego wyświetlacza, a także każdego przyrządu cyfrowego jest też szybkość odświeżania wskazania sekcji cyfrowej. Dla typowego multimetru cęgowego wynosi ona ok. 2 razy na sekundę i jest dużo mniejsza od szybkości odświeżania bargrafu. Oczywiście, im szybkość odświeżania jest większa, tym lepiej.

Dokładność pomiaru
Multimetr cęgowy jest przyrządem cyfrowym. Stąd też dokładność pomiaru może być dla każdej jego funkcji i każdego podzakresu inna. Aby umożliwić porównywanie dokładności pomiaru danego przyrządu cyfrowego z innymi przyjęło się podawać w zestawieniach tzw. dokładność podstawową. Jest to dokładność pomiaru dla napięcia stałego (gdyż każda wielkość pomiarowa jest przetwarzana w przyrządzie cyfrowym na napięcie stałe) i dla podzakresu, na którym jest ona najlepsza.

Zasilanie
Multimetry i przystawki cęgowe są zwykle zasilane z baterii. Najlepiej nadają się do tego celu baterie alkaliczne, gdyż wystarczają na dłużej niż np. baterie węglowo-cynkowe. Czas pracy baterii przedłużają funkcje automatycznego wyłączania zasilania przyrządu i podświetlania wyświetlacza, przy czym czasy wyłączenia są różne (patrz tablica). Na wyświetlaczu jest też sygnalizowana konieczność wymiany zużytej baterii na nową (przez wyświetlenie stosownego symbolu), a w przyrządach nowszej konstrukcji bieżący jej stan (na wskaźniku kilkusegmentowym).

Wyposażenie
Producenci multimetrów cęgowych dostarczają je zwykle z kompletem przewodów pomiarowych zakończonych sondami szpilkowymi. Korzysta się z nich przy wszystkich pomiarach i testach z wyjątkiem pomiaru prądu. Z kolei producenci przystawek cęgowych zaopatrują je w przewody połączeniowe, zakończone po obu stronach wtykami banankowymi, chyba że przystawka ma przewód pomiarowy połączony z nią na stałe, wtedy w komplecie przewodu nie ma. Gdy multimetr cęgowy mierzy temperaturę, to w wyposażeniu fabrycznym jest też zwykle sonda temperaturowa. W zależności od typu gniazda w multimetrze wykorzystywanego do pomiaru temperatury i typu wtyku przewodu sondy producent dostarcza przejściówkę umożliwiającą dołączenie sondy do multimetru.

W komplecie z multimetrem i przystawką cęgową może też być etui lub futerał.

mgr inż. Leszek Halicki
Labimed Electronics