Ngày nay, đồng hồ vạn năng kỹ thuật số thường được sử dụng để đo các đặc tính như dòng điện, điện áp và điện trở. Tuy nhiên, để đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số người dùng phải tắt mạch điện để có thể kết nối thiết bị. Từ nhược điểm này, đầu dòng dòng điện đã trở nên hữu ích vì chúng không yêu cầu kết nối điện với mạch đang được đo nên các đầu dò dòng điện cung cấp một tùy chọn dễ dàng và thuận tiện cho công việc bảo trì và khắc phục sự cố. Bài viết sẽ tập trung giới thiệu chi tiết về các đầu dò dòng điện.

Đầu dò dòng điện là gì?

Thay vì đo dòng điện riêng lẻ như đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, đầu dò dòng điện được sử dụng kết hợp với máy hiện sóng. Chúng là các bộ phận tùy chọn, nhưng một số có thể tốn kém như chính máy hiện sóng. Đặc điểm đáng chú ý nhất của đầu dò dòng điện là khả năng đo dòng điện AC và DC theo cách không tiếp xúc, mà không cần phải tắt mạch điện.

Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số rất tiện lợi khi tiến hành đo dòng điện và mạch điện bị hở, ví dụ như trong quá trình sản xuất thiết bị điện tử. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp người dùng không thể tắt mạch để có thể đo, ví dụ như khi thực hiện kiểm tra bảo dưỡng thiết bị điện tử đang hoạt động hoặc cố gắng xác định vị trí trục trặc hoặc hỏng hóc. Trong những tình huống như vậy, một dụng cụ như đầu dò dòng điện có thể cho phép đo dòng điện chỉ bằng cách kẹp nó quanh một sợi dây mà không cần ngắt mạch điện.

Cơ chế hoạt động của đầu dò dòng điện

Các đầu dò dòng điện sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để phát hiện từ trường xảy ra xung quanh dòng điện đang được đo. Các thiết bị này có nhiều kiểu máy khác nhau, bao gồm một số được thiết kế để đo riêng dòng điện AC và một số khác có thể đo cả dòng điện AC và DC. Chúng có thể chuyển đổi dòng điện thành điện áp và đo dòng điện đang chạy. Hiện nay, có bốn phương pháp chính mà dùng để do dòng điện bằng đầu dò. Người dùng có thể dựa trên ứng dụng để lựa chọn phương pháp phù hợp.

A. Cảm biến dòng điện bằng phương pháp CT

Cảm biến dòng điện có giá thành tương đối rẻ và không cần nguồn điện, nhưng chúng chỉ có thể đo dòng điện xoay chiều.

B. Cảm biến dòng điện loại phần tử Hall

Các cảm biến dòng điện này có thể đo dòng điện DC cũng như dòng điện AC ở tần số lên đến vài kilohertz (kHz). Tính tuyến tính của phần tử Hall và các hiệu ứng của lõi từ ngăn cản chúng cung cấp độ chính xác rất cao. Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là không phù hợp để đo trong thời gian dài vì các đặc điểm của phần tử Hall bao gồm sự trôi dạt do nhiệt độ và trôi qua theo thời gian.

C. Cảm biến dòng điện loại cuộn Rogowski

Vì không có lõi từ, các cảm biến dòng điện loại cuộn Rogowski có thể phát hiện dòng điện AC mà không bị bão hòa từ. Các đầu dò này chuyển đổi điện áp được tạo ra trong cuộn dây lõi không khí bởi từ trường AC bao quanh dòng điện đang được đo. Chúng có trở kháng thấp và không có hiện tượng sinh nhiệt, bão hòa và trễ do mất từ.

D. Cảm biến dòng điện loại không thông lượng AC

Các thiết bị này cải thiện đặc điểm của phương pháp CT trong dải tần số thấp. Chúng có dải tần số rộng và lỗi pha thấp khiến chúng phù hợp với phép đo công suất. Tuy nhiên, chúng không thể được sử dụng để đo dòng điện DC.

E. Cảm biến dòng điện loại không thông lượng AC/DC (loại phát hiện phần tử Hall)

Các cảm biến này kết hợp phương pháp CT với phần tử Hall, cho phép chúng đo cả dòng điện DC và AC.

F. Cảm biến dòng điện loại không thông lượng AC/DC (loại phát hiện fluxgate)

Các cảm biến này kết hợp phương pháp CT với một thành phần FG (fluxgate), cho phép chúng đo cả dòng điện DC và AC. Vì fluxgate thể hiện độ trôi lệch cực nhỏ trên một phạm vi nhiệt độ rộng nhờ nguyên lý hoạt động của nó, nên có thể đạt được các phép đo cực kỳ chính xác và ổn định, khiến loại cảm biến dòng điện này trở nên lý tưởng để ghép nối với các đồng hồ đo công suất có độ chính xác cao.

Các ứng dụng của đầu dò dòng điện

Đầu dò dòng điện được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau được cụ thể như sau.

Đo dòng điện trong các bộ phận được sử dụng trong thiết bị ô tô

Đầu dò dòng điện được sử dụng để đo dòng điện điều khiển cho các bộ phận ô tô như động cơ nhỏ và van điện từ. Chúng được phân biệt bằng cách cho phép quan sát dòng điện theo thứ tự vài miliampe (mA). Có nhiều ứng dụng liên quan, bao gồm đo dòng điện điều khiển cho công tắc và rơle, quan sát thời điểm đánh lửa động cơ, giám sát dòng điện điều khiển cho van điện từ và xác nhận phản hồi trong quá trình chuyển mạch điều khiển.

Đánh giá đặc tính dòng điện của các linh kiện mạch điện tử

Đầu dò dòng điện được sử dụng để đo dòng điện điều khiển cho rơ le trong mạch điện tử và trong thử nghiệm đánh giá các đặc tính dòng điện của tụ điện. Khi thử nghiệm các thiết bị có mạch điện tử để đảm bảo chúng hoạt động theo thiết kế, điều quan trọng là không bỏ qua dạng sóng nhiễu trong dải tần số cao. Ngoài ra, đầu dò dòng điện có thể được sử dụng để đo dạng sóng dòng điện trong quá trình thử nghiệm ngắn mạch, đánh giá cách pin trong xe điện (EV) phản ứng với những thay đổi đột ngột về tải và đo dạng sóng dòng điện đột biến, trong số các ứng dụng khác.

Đánh giá các thành phần chuyển mạch tốc độ cao

Đầu dò dòng điện được sử dụng để đánh giá các thành phần chuyển mạch được thiết kế để điều khiển mạch trong các thiết bị điện tử như đèn LED và động cơ. Chúng có thể đo chu kỳ bật/tắt, dạng sóng gợn và tổn thất chuyển mạch trong các thiết bị bán dẫn được điều khiển ở tốc độ cao.

Kết luận

Không giống như đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, yêu cầu phải ngắt mạch điện để có thể kết nối nối tiếp, đầu dò dòng điện là công cụ tiện lợi có thể đo dòng điện chỉ bằng cách kẹp quanh dây. Vì chúng được sử dụng làm bộ phận tùy chọn cho máy hiện sóng nên chúng cần có máy hiện sóng. Và vì có nhiều phương pháp sử dụng chúng để đo dòng điện, nên điều quan trọng là phải xem xét kỹ lưỡng các phương pháp đó theo ứng dụng đo lường cụ thể.

‍