Hoe kan een amperetang gelijkstroom meten?

Als er stroom loopt door een geleider, wordt er een magnetisch veld opgewekt. Met een Hall sensor kan dit magnetisch veld gemeten worden, en hieruit wordt de stroom berekend. Bij een gelijkstroom is dit een "statisch" veld, daarom moet je ook "statisch" kunnen meten. Elk ander magneetveld gaat natuurlijk ook deze meting beinvloeden (aard magnetisme), daarom moet je altijd de stroomtang "nullen" vooraleer te starten met meten.

Op 23 juli 2023 18:53:51 schreef RP6conrad:
Als er stroom loopt door een geleider, wordt er een magnetisch veld opgewekt. Met een Hall sensor kan dit magnetisch veld gemeten worden, en hieruit wordt de stroom berekend. Bij een gelijkstroom is dit een "statisch" veld, daarom moet je ook "statisch" kunnen meten. Elk ander magneetveld gaat natuurlijk ook deze meting beinvloeden (aard magnetisme), daarom moet je altijd de stroomtang "nullen" vooraleer te starten met meten.

Klopt, maar dat is geen antwoord op de vraag...

Op 23 juli 2023 17:58:34 schreef swieberd:
Wie kan uitleggen hoe de knappe koppen dit voor mekaar hebben gekregen??

Dat hoeven knappe koppen niet voor elkaar te krijgen. Het is gewoon een natuurwet die daar voor zorgt. Als ik het goed heb zijn dat de wetten die door Maxwell zijn geformuleerd. De stroom wordt door het magneetveld omvat en waar de stroom zich binnen het magnetisch circuit bevindt maakt niet uit. Hoe het precies zit is een beetje weggezakt, maar ik weet dat het zo is.

Ik denk dat het veld ongeacht de exacte draadpositie ongeveer gelijk blijft.
(als je naar links gaat wordt het gemeten veld daar sterker, en rechts wordt het evenredig zwakker, dus overall blijft het ongeveer gelijk)

Een stroomtang is ook niet nauwkeurig. Dat geldt voor AC en DC. Naast de gewone specs (nauwkeurigheid, frequentie bereik, tempco, luchtvochtigheid, EMI, crest factor (AC) etc is er de plaats van de draad in de loop. Dan is er nog AC+DC (AC met een DC offset) Goede clamps hebben een vlakke overgang van AC naar DC. Een Hall sensor zorgt voor lage frequenties en DC, de trafo voor AC vanaf een bepaalde frequentie. Er is overlap waardoor AC+DC niet eenvoudig is. Meestal hebben ze een aparte AC en een aparte DC mode, ik ken er zo geen die AC+DC zijn, tenminste geen hand-clamp meters. Mijn Tek scoop stroomprobe is AC+DC. Maar ik heb er ook nooit naar gezocht. De tang sluitvlakken moeten zo dun en vlak mogelijk zijn. Bij mijn Tek zit er niks tussen, het is gepolijst ferriet op ferriet (P6042, ranges: 1mA-1A, max 10A, tot iets van 80 MHz) Mijn TTi iprober gaat tot 5MHz, ook AC+DC maar is een fluxgate. Er bestaat ook nog een Rogowski stroom meter maar dat werkt weer heel anders.

Het beste gebruik je een tang die zo dicht mogelijk om de draad zit, houdt de draad op de door de fabrikant aanbevolen positie en meet rond de 80% van de range. Dus niet verwachten dat een clamp met een 60A range en een 5cm diameter betrouwbaar 1A gaat meten. Die kan er zo een paar ampere naast zitten.

Door een extra wikkeling op de tang die het te meten veld compenseert tot nul. Uit de wikkelverhouding laat zich dan de werkelijke stroom berekenen.
Met zonodig twee extra wikkelingen waarvan een gevoed wordt met een kleine wisselstroom, uit de vervorming van de andere wikkeling laat zich het equilibrium nauwkeurig bepalen (geen hall sensor nodig). Dit principe (flux gate) werd/wordt ook gebruikt bij electronische kompassen.

Het punt waar ik afhaak is dat het niet uitmaakt wààr de draad zich bevind in dat grote gat!

Ja, ik weet het ook niet, maar bij wisselstroom maakt het toch ook niet uit waar de draad in de bek van de tang ligt? Ik heb met een amperetang gewerkt, zo'n ding waarvan je de bek kan openen, 20cm doorsnee. Maakt niet uit waar de geleider ligt of hangt.

zo'n ding waarvan je de bek kan openen

Deze zin was overbodig..

Maar luister naar de uitleg van fred101..

In het kaklibratie manual van een Fluke tang staat, als ik het goed onthouden heb, dat de positie wel wat uitmaakt. Lijkt me zeker voor een hall sensor van belang. Het magnetisch veld neemt volgens mij af met de afstand (kwadratisch ? ). Zal voor grote stromen in dikke geleiders geen grote fout geven maar onderaan de schaal wel.

Op 23 juli 2023 19:24:45 schreef fred101:...als ik het goed onthouden heb, dat de positie wel wat uitmaakt.

Dat heb je goed onthouden. Bij een stroomtang staat het "hart" normaal ook aangegeven.

Ik kan maar één reden verzinnen waarom de positie van de draad binnen de tang iets uitmaakt. Dat is dat het ijzer verzadigt raakt op de plek waar de draad het dichtst bij ligt. Maar als het ijzer onverzadigbaar zou zijn, dan maakt het theoretisch niks uit.

Op 23 juli 2023 19:24:45 schreef fred101:
In het kaklibratie manual van een Fluke tang staat, als ik het goed onthouden heb, dat de positie wel wat uitmaakt. Lijkt me zeker voor een hall sensor van belang. Het magnetisch veld neemt volgens mij af met de afstand (kwadratisch ? ). Zal voor grote stromen in dikke geleiders geen grote fout geven maar onderaan de schaal wel.

Alleen bij slechte Hall sensoren die ook op veld aan de zijkant reageren is er een positie-afhankelijke fout.

Bij goede die alleen in de luchtspleet meten is de fout t.g.v. positioneren heel klein. Ervaring hier met goede sensoren.

De ring omvat het magneetveld en in de luchtspleet komt dus het omvatte veld. Zie Maxwell. Dat mag in theorie niet afhankelijk zijn van de positie van de kabel in de ring. En dat klopt dus ook aardig bij goede magnetische materialen, geen verzadiging en een goede sensor.

De eerste keer dat we in Duitsland dit bij een klant demonstreerden in hun apparatuur begon de technicus allemaal de kabel te bewegen en op de apparatuur te tikken. Het werkt niet want er veranderde niets in de weergave, best grappig als je echt weet wat er gebeurt. Het was wel sterk overtuigend.

Als je met een stroomtang een kleine stroom wil meten die normaal te klein is, doe ik soms enkele wikkelingen errond, en dat werkt wel goed.

Geinig feit; als je de stroomtang in de negatieve en of de positieve kant inrijgt krijg je soms verschillende metingen.

Houben, is dat onafhankekijk van de stroom ?

Veel klampmeters hebben enorme stroombereiken. Ik kan me voorstellen dat bij 600A meten in de 800A range het weinig uitmaakt, maar als dezelfde clamp ook een 400A en 40A range heeft en een 10mA resolutie (bv mijn Extech die niks bakt van 1A DC ) dan lijkt me een optimale positionering toch belangrijk (in ieder geval bij calibratie)

Dit is jou vakgebied, maar dit is wat ik denk, correct me if I'm wrong, het lijkt me dat je wilt dat zoveel mogelijk van het veld gevangen wordt. Dat gebeurd bij een zo hoog mogelijke koppelfactor. Lagere k is minder inkoppeling is een lager magneetveld in de ferriet clamp en dus minder voor de hall sensor. Dan kenk ik dat de positie ook van belang is. Fluke denkt in ieder geval van wel Mijn calibrator staat nu niet hier, anders ging ik het testen

De reden dat de plek in het gat van de tang weinig uitmaakt (wel een ebetje) is dat het materiaal dat gebruikt wordt een veel grotere permeabiliteit heeft voor magnetische velden dan lucht. Het verschil is zo groot dat het metaal als het ware de magnetische veldlijnen aantrekt. Mu-metalen hebben zo veel als 100.000 keer de permeabiliteit van vacuüm (lucht is praktisch gelijk aan vacuüm). Ik weet niet zeker of ze er mu-metaal in gebruiken, maar transformatorstaal is al 4.000x lucht. De nauwkeurigheid van stroomtangen blijft hooguit medium.

Met mijn simpele UNI-T 210E maakt de positie in het 2 Ampère bereik verschil. Dat kan zomaar tientallen milli-Ampères schelen.

Het gehele magneetveld wordt omvat. In theorie maakt positie niet uit, zolang eea lineair blijft. Maar niets is perfect natuurlijk.

We hebben getest met een stroom van een paar honderd Ampere, dikke kabel, dikke ring van 3 of 4 cm diameter of zo, uitmuntend magneetmateriaal (kan helaas niet zeggen welk). Van verandering van positie in de ring was niets te zien met een 4,5 digit multimeter.

Het gaat niet zozeer om koppeling omdat de ring gewoon alle veld omvat. Daar lekt niets - als je even niet naar de luchtspleet kijkt. Als je magnetisch materiaal goed genoeg en de ring echt volledig om de kabel zit werkt dat perfect.

De ring omvat het magneetveld, integreert in feite naar de luchtspleet waar het veld zich concentreert (vergelijk maar als analogie met weerstand, de ring heeft een lage weerstand, de luchtspleet een hoge dus daar meet je spanning).

Voor hogere frequenties gebruik je magnetisch minder goede materialen als ferriet, dat hebben we niet getest. Ik verwacht dat je daar wel wat gaat zien.

Het verschil wat wij maakten was dat we van het zijdelings magneetveld (vanuit de sensor gezien) we een restje van hooguit 20 ppm hebben. Waar andere sensoren het over een paar procent hadden.

Op 23 juli 2023 21:05:22 schreef weardguy:
Met mijn simpele UNI-T 210E maakt de positie in het 2 Ampère bereik verschil. Dat kan zomaar tientallen milli-Ampères schelen.

Klopt, je kunt er ook het aardmagnetische veld mee detecteren, dus dan kan je wel raden dat een 'medium' absolute nauwkeurigheid het hoogst haalbare is.

Een hoop informatie en kennis.

Alleen kan ik er zo 123 nog geen direct antwoord uit halen.
Ik begrijp dat het belangrijk is dat het hele veld wordt omvat, maar dat de afstand tot de betreffende geleider niet uitmaakt. Maar mijn vraag is waarom dat het niet uitmaakt.

Is het misschien zo dat het totale magnetische veld, cirkelvormig om de geleider altijd dezelfde totale waarde heeft dan? Vlak om de geleider heb je veel veldlijnen verdeeld over een kleine diameter, maar verder van de geleider af heb je dezelde hoeveelheid veld, maar verdeeld over een grotere omtrek zodat het ter plaatse zwakker is?
Dat er dus geen veld verloren gaat hoe verder je van de geleider af komt?
Dan zou je dus zelfs op een meter afstand met een gesloten magnetische ring, nog steeds dezelfde totale hoeveelheid magnetisme hebben als in een gesloten ring op een centimeter afstand?

De reden dat de plek in het gat van de tang weinig uitmaakt (wel een ebetje) is dat het materiaal dat gebruikt wordt een veel grotere permeabiliteit heeft voor magnetische velden dan lucht.

Een hoop informatie en kennis.
Alleen kan ik er zo 123 nog geen direct antwoord uit halen.

Kruimel heeft toch al het goede antwoordt gegeven?
Door de hoge permeabiliteit van de omsloten kern, en daardoor de zeer lage magnetische weerstand, gaat daar het leeuwendeel van de magnetische krachtlijnen lopen. In de lucht loopt alleen het lekveld, en dat is gering. Dat geldt voor een stroomtang, maar ook voor elke trafo.

Piet

Wet van Ampère.

Het is wat Kruimel zegt. Wet van Ampere zegt niets over de verdeling van de magnetische krachtlijnen in de ruimte.

Op 24 juli 2023 00:43:12 schreef swieberd:
Een hoop informatie en kennis.

Alleen kan ik er zo 123 nog geen direct antwoord uit halen.
Ik begrijp dat het belangrijk is dat het hele veld wordt omvat, maar dat de afstand tot de betreffende geleider niet uitmaakt. Maar mijn vraag is waarom dat het niet uitmaakt.

Wat snap je niet dan? Je kunt vragen om een direct antwoord, maar dat werkt niet echt als het geen gesloten vraag is, de vrije vorm van het antwoord is nu eenmaal het gevolg van een open vraag. Als de vraag was of het uitmaakte had ik in essentie "nee" gezegd, want dat is het antwoord.

Als ik nu met een bak vergelijkingen en simulaties kom die aantonen dat het erg weinig uitmaakt (wat ik niet ga doen), wat heb je dan gewonnen? Als je die vergelijkingen zelf niet kan produceren zit je er toch nog steeds aan vast dat je dan alsnog gewoon moet aannemen dat het zo is? Is het misschien iets anders dat je eigenlijk wil weten?

Ik denk dat het wel wat uitmaakt maar alleen aan de ondergrens van de laagste range is dat merkbaar. Je moet bij calibratie/justeren er rekening mee houden omdat de basis zo optimaal mogelijk moet zijn. In het manual van mijn i-prober staat dat calibreren voor stroom met de ringkern erop moet gebeuren door de draad recht tegen over de sensor en zo ver mogelijk er van af te houden en extra vermeld dat de positie van de kabel in de ringkern steeds het zelfde moet zijn. Bij het hoofdstuk over meten wordt daar niets over geschreven. Ook in het Fluke manual wordt over de positie bij justeren/calibreren geschreven.

Het moet in theorie wat uitmaken want anders zou je een 10 meter clamp ook kunnen gebruiken om 1A te meten. Er komt een punt waarbij het signaal te klein wordt en de positie volgens mij wel wat gaat uitmaken. Het is alleen de vraag of je dan het ding nog moet gebruiken. Je moet ook niet proberen 1 mV te meten met een meter die maar 1mV resolutie heeft en 100V als laagste range.

Ik denk dat het ding zo gemaakt is qua grote dat het voor het gebruik niks uitmaakt waar je de draad houdt voor het gemiddelde gebruik. (muv helemaal onderin de laagste range) De doelgroep is voornamelijk elektriciens, dat zijn geen meterologen.

Tangen met lagere ranges, die bv mA kunnen meten hebben hele kleine klampen. Ik heb een 1 gHz stroomprobe, dat gaatje is zo klein dat er alleen hele dunne draadjes doorkunnen. Dat zorgt voor een optimale locatie en een lagere kans op het meten van stoorsignalen zoals het aardmagnetisch veld. Ik heb een HP DC probe die 100 uA kan meten en net als bij mijn P6042 zie je de meetwaarde verlopemn als je de klamphelften harder op elkaar duwt, dan weet je dat het weer tijd is om hem schoon te maken.

Amprobe: draad zo ver mogelijk naar boven in deklamp.

Owon clampmeter serie manual

Voltcraft:

bv mijn Extech die niks bakt van 1A DC

Dat komt dacht ik dat je dan nog ne niet boven de ruisdrempel uitkomt. Hallsensoren hebben een relateif hoge ruisdrempel als functie van het hoogste bereik.
Een 600A tang zal bv 1A ruisdrempel hebben en een 60A zo rond de 100mA.

Jaren geleden kon je met een amperetang alleen wisselstroom meten.

Ik had 15 jaar geleden al een DC stroomtang. Maar ze zijn volgens mij een heel stuk ouder.
Maar ook zonder hall sensor kan je via een trafo DC meten, deden ze dacht ik met een 3 de wikkeling waarin ze DC injectie deden en een chopper schakeling, maar dat was meer voor een scope en lage stroom mA's.