แคล้มป์มิเตอร์ (Clamp Meter)

ทำความรู้จักแคล้มป์มิเตอร์

ตั้งแต่ที่ โทมัส อัลวา เอดิสัน ประดิษฐ์ หลอดไฟได้สำเร็จ เมื่อปีค.ศ. 1879 ชีวิตของพวกเราก็เปลี่ยนไป เราได้มีเครื่องมือเครื่องไม้อุปกรณ์ไฟฟ้า สิ่งอำนวยความสะดวกมากมาย ซึ่งอุปกรณ์พวกนั้นบริโภคพลังงานไฟฟ้าเป็นหลัก

การใช้ไฟฟ้าที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ ถ้าหากระบบไฟฟ้าไม่ได้มาตรฐาน หรือการติดตั้งไม่ดีพอ ก็อาจจะทำให้เกิดอุบัติเหตุต่างๆ ได้ง่าย ดังนั้นเราจึงต้องมีการตรวจวัด ตรวจสอบระบบไฟฟ้า เพื่อให้ได้ระบบไฟฟ้าที่อยู่ในมาตรฐานที่กำหนด เพื่อเป็นส่วนหนึ่งของการป้องกันอุบัติเหตุ
เครื่องมือวัดที่เรานำมาใช้ในการวัดและทดสอบทางไฟฟ้า ประกอบไปด้วย:

• Clamp Meter
• Leakage Clamp Meter
• Insulation Tester
• Earth Resistance Tester
• Loop Tester
• PSC, RCD Tester
• Multi-function Tester
• Portable Infrared Thermometer
• Recorder

แต่ตอนนี้เราจะนำทุกท่านให้ไปทำความรู้จักกับ Clamp meter ก่อนเป็นลำดับแรก และหวังว่าจะมีแรงเขียนเครื่องมือวัดอื่นๆ ต่อไป

---

แคล้มป์มิเตอร์ (Clamp Meter) เป็นเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าอีกชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับเปลี่ยนปริมาณทางไฟฟ้า ให้อยู่ในรูปที่เราสัมผัสได้ เช่น ตัวเลขแสดงผล หรือให้อยู่ในรูปของเข็มชี้ค่าแสดงผล โดยจะสามารถตรวจวัดค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรได้อย่างรวดเร็ว และแม่นยำโดยไม่ต้องดับไฟ หรือหยุดการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าในขณะที่ทำการวัด (รูปที่1) จึงกล่าวได้ว่าแคล้มป์มิเตอร์เป็นเครื่องมือวัดอีกชนิดหนึ่งที่มีความจำเป็น มากในงานด้านไฟฟ้าต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นระบบปรับอากาศ เครื่องทำความเย็น หรืองานซ่อมบำรุง ระบบไฟฟ้าภายในรถยนต์ เป็นต้น
ซึ่งถ้าหากเราสามารถใช้งานแคล้มป์มิเตอร์ได้อย่างถูกวิธี และมีความชำนาญอยู่แล้ว จะสามารถช่วยให้ท่านทำงานได้อย่างรวดเร็ว และมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น และในขณะเดียวกันก็ยังจะสามารถช่วยลดอุบัติเหตุต่าง ๆ ที่จะเกิดขึ้นจากระบบไฟฟ้าได้อีกด้วย (รูปประกอบในบทความนี้เป็นผลิตภัณฑ์ของ Kyoritsu)

รูปที่ 1: เปรียบเทียบการวัดกระแสไฟฟ้าระหว่างมัลติมิเตอร์ กับแคล้มป์มิเตอร์

ประเภทของแคล้มป์มิเตอร์
แคล้มป์มิเตอร์จะแบ่งออกตามลักษณะการใช้งาน ดังนี้:

• Analog AC Clamp Meter
  (มิเตอร์วัดค่าทางไฟฟ้าแบบเข็ม)
• Digital AC Clamp Meter
  (มิเตอร์วัดค่าทางไฟฟ้าแบบตัวเลข)
• Digital AC/DC Clamp Meter
  (มิเตอร์วัดค่าทางไฟฟ้าทั้ง AC/DC แบบตัวเลข)
• Digital AC/DC Clamp Meter RMS
  (มิเตอร์วัดค่าทางไฟฟ้าทั้ง AC/DC แบบ RMS)
• Leakage Current Clamp Meter
  (มิเตอร์วัดค่ากระแสรั่วไหล)
• AC Power Clamp Meter
  (มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า)

ประโยชน์ของแคล้มป์มิเตอร์
แคล้มป์มิเตอร์โดยทั่วไปแล้ว จะถูกนำมาใช้งานในการวัดกระแสไฟฟ้าในระบบไฟฟ้าต่างๆ โดยการนำแคล้มป์มิเตอร์ไฟคล้องกับสายไฟที่ต้องการวัด ก็จะทำให้สามารถทราบค่ากระแสไฟฟ้าได้จากจอแสดงผลบน แคล้มป์มิเตอร์

รูปที่ 2: การนำแคล้มป์มิเตอร์ไปใช้งานด้านต่างๆ

ในปัจจุบันแคล้มป์มิเตอร์ได้มีการพัฒนาให้มีขีดความสามารถในการวัดได้ ทั้ง ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) และไฟฟ้ากระแสตรง (DC) นอกจากนั้นแคล้มป์มิเตอร์ที่มีการใช้ในปัจจุบันนี้ยังมีความสามารถในการวัด กำลังไฟฟ้า (Power) ต่อเข้ากับเครื่องบันทึกกราฟ (Recorder) หรือเครื่องออสซิลโลสโคป (Oscilloscope) เพื่อใช้ในการตรวจสอบ และวิเคราะห์รูปคลื่นไฟฟ้าได้อีกด้วย
ขอขอบคุณสำหรับข้อมูลจาก บริษัท KEW (Thailand) Limited

ครงสร้างและส่วนประกอบของแคล้มป์มิเตอร์ (Clamp Meter)
รูปร่างของแคล้มป์มิเตอร์โดยทั่วๆ ไปในปัจจุบันจะมีลักษณะดังรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่ารูปร่างของแคล้มป์มิเตอร์ถูกออกแบบให้เหมาะสมพอดีกับการใช้มือจับขณะทำการวัด จึงสะดวกต่อการใช้งานมาก

• 
  รูปที่ 1 แสดงรูปร่างและลักษณะของแคล้มป์มิเตอร์

รูปที่ 2 ส่วนประกอบต่างๆ ของแคล้มป์มิเตอร์

1. ก้ามปู (Transformer Jaws)
2. ปุ่มกดสำหรับเปิดก้ามปู (Jaw Trigger)
3. สวิทช์เลือกย่านการวัด (Function Selector Switch)
4. ปุ่มกดสำหรับคงค่าที่วัดไว้ (Data Hold Button)
5. ปุ่มล็อคย่านวัดไฟ AC/DC (AC/DC Button)
6. ปุ่มกดเลือกโหมด (Mode Button)
7. ปุ่มกดปรับศูนย์ (Zero ADJ.RESET Button)
8. จอแสดงผล (LCD Display)

9. ฝาครอบขั้วต่อย่านวัด (Terminal Cover)
10. ขั้วต่อเอาท์พุท (OUTPUT Terminal)
11. ขั้วคอมมอน (COM Terminal)
12. ขั้ววัดแรงดันไฟฟ้าและโอห์ม (V/ΩTerminal)
13. สายคล้องแขน (Safety hand Strap)
14. สายวัด (Test Leads (7107))
15. ช่องเสียบเอาท์พุท (Output Plug (8201))

ก้ามปู (Transformer Jaws)

เครื่องมือวัดทุกชนิดจะมีส่วนของตัวเซ็นเซอร์ (Sensor) สำหรับวัด แคล้มป์มิเตอร์ก็เช่นเดียวกัน ก็จะมีก้ามปู หรือ Transformer Jaws เป็นตัวเซ็นเซอร์สำหรับตรวจวัดกระแส ซึ่งรูปร่างลักษณะของก้ามปูจะมีหลายแบบด้วยกัน เช่น แบบสี่เหลี่ยม แบบวงกลม แบบหยดน้ำ ดังรูปที่ 3

                                         รูปที่ 3 รูปร่างและลักษณะของก้ามปูแบบต่าง ๆ

โครงสร้างภายในของก้ามปูจะประกอบด้วยแผ่นเหล็กที่ทำมาจากโลหะผสมพิเศษที่ มีผลต่อสนามแม่เหล็กน้อย นำมาตัดเป็นรูปร่างที่กำหนดไว้เป็นแผ่นบางๆ วางซ้อนกัน และจะมีขดลวดทองแดงพันอยู่รอบๆ แผ่นเหล็กที่ประกบกัน
จากความแตกต่างของลักษณะของแกนเหล็ก และขดลวดทองแดงของก้ามปู (Transformer Jaws) ทำให้มีข้อดี ข้อเสีย และเหมาะกับการใช้งานต่างกันออกไป ดังนั้นในการเลือกใช้งานแคล้มป์มิเตอร์ ควรจะพิจารณาในจุดนี้ด้วย

รูปที 4 แสดงโครงสร้างของก้ามปูแบบวัดกระแสรั่วไหลได้

สำหรับก้ามปูของแคล้มป์มิเตอร์แบบวัดกระแสรั่วไหลได้ นอกจากกจะประกอบด้วยแผ่นเหล็กที่ประกบกัน และขดลวดทองแดงแล้ว ยังมีชีลด์สำหรับป้องกันสนามแม่เหล็กจากภายนอกครอบอยู่อีกชั้นหนึ่งทำให้ ก้ามปูแบบนี้มีความเที่ยงตรงสูงมาก

หลักการทำงานเบื้องต้น

ในขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟฟ้าอยู่นั้น รอบๆ สายไฟจะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น ถ้าหากนำเอาก้ามปูของแคล้มป์มิเตอร์ไปคล้องกับสายไฟฟ้าแล้ว จะทำให้ตัวตรวจจับ (Sensor) ที่อยู่ตรงก้ามปูส่งค่าที่ได้ไปแสดงผลที่ภาคแสดงผลของแคล้มป์มิเตอร์ต่อไป ซึ่งวิธีการตรวจจับ (Sensor) มีด้วยกันอยู่หลายวิธี จะอธิบายเฉพาะวิธีที่นิยมใช้กันมากเท่านั้นคือ

1. วิธีตรวจจับโดยใช้ CT (Current Transformer)
2. วิธีตรวจจับโดยใช้ Hall Device

วิธีการตรวจจับโดยใช้ CT (Current Transformer)

เมื่อเรานำเอาแคล้มป์มิเตอร์คล้องเข้ากับสายไฟในขณะที่มีกระแสไหลอยู่ภาย ในสายเส้นนั้น สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบๆ สายไฟจะเกิดการเหนี่ยวนำไปตัดกับขดลวดทองแดงที่พันอยู่รอบแกนเหล็กของก้ามปู ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นที่ขดลวดบนแกนเหล็ก

                         รูปที่ 5 ไดอะแกรมของแคล้มป์มิเตอร์แบบ CT (Current Transformer)

ซึ่งหลักการดังกล่าวนี้จะคล้ายกับหลักการของการเหนี่ยวนำภายในหม้อแปลง ไฟฟ้า (Transformer) โดยกระแสไฟฟ้าที่ได้จากกการเหนี่ยวนำของขดลวดนี้จะถูกส่งผ่านไปยังวงจร เปลี่ยนกระแสให้เป็นแรงดัน และผ่านการลดทอนสัญญาณเพื่อให้ได้สัญญาณขนาดที่พอเหมาะ ในขณะนี้สัญญาณที่ได้รับจะเป็นสัญญาณ AC ดังนั้นเพื่อให้ง่ายต่อการนำไปแสดงผล เราจึงต้องทำการเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณ DC ด้วยวงจร Rectifier แล้วส่งสัญญาณให้ภาค A/D converterเพื่อเปลี่ยนสัญญาณ Analog แรงดันที่ได้จากวงจร Rectifier เป็นสัญญาณดิจิตอล ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังภาคแสดงผลแบบดิจิตอลต่อไป

วิธีตรวจจับด้วย Hall Device

Hall Device จะมีหลักการดังนี้ คือ เมื่อป้อนกระแสไบอัสทางด้าน Input ของ Hall Device และมีความเข้มของสนามแม่เหล็กอยู่ใกล้ Hall Device แล้ว จะมี Output ของ Hall Device ออกมาเป็นแรงดัน โดยแรงดันที่ได้ จะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของสนามแม่เหล็ก และกระแสไบอัส
การใช้ Hall Device สำหรับวัดกระแสนี้ไม่เพียงแต่จะวัดไฟกระสลับได้เท่านั้น ยังสามารถวัดไฟกระแสตรงได้อีกด้วย
แคล้มป์มิเตอร์แบบที่ใช้ตัวตรวจจับแบบ Hall Device นี้จะมี Hall Device อยู่ที่ช่องว่างเล็กๆ (GAP) เมื่อเรานำแคล้มป์มิเตอร์มาวัดกระแสไฟฟ้าแล้ว จะทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กไหลในก้ามปูเป็นผลให้ Hall Device ส่งแรงดันOutput ออกมา ผ่านวงจรชดเชยสัญญาณ แล้วผ่านวงจรขยายสัญญาณเพื่อให้ได้ขนาดสัญญาณที่พอเหมาะ จากนั้นสัญญาณจะถูกนำไปกรองให้เป็นไฟ DC และส่งต่อไปยังวงจร A/D เพื่อแสดงผลแบบดิจิตอลต่อไป

                            รูปที่ 6 ไดอะแกรมของแคล้มป์มิเตอร์แบบ HALL DEVICE

วิธีการวัดแบบนี้ วงจรชดเชยสัญญาณ (Compensator) จะมีความสำคัญเนื่องจากวิธีการวัดวิธีนี้เมื่อใช้กับไฟกระแสตรงจะเกิดแรงดัน ไฟที่ไม่สมดุล (Unbalanced Voltage) จากแรงดันไฟออฟเซทของวงจรและอื่นๆ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีวงจรชดเชยเข้าช่วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิจะมีผลกระทบต่อ Hall Device ในขณะที่ใช้วัดไฟกระแสตรง จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณออกจากตำแหน่งศูนย์ได้
ขอขอบคุณสำหรับข้อมูลจาก บริษัท KEW (Thailand) Limited
 
ที่มา  http://www.sangchaimeter.com/faqs/content/ทำความรู้จักแคล้มป์มิเตอร์-ตอนที่-2