Odběry vysoké, pásmo široké. Proudové sondy Hioki vidí dál

Klešťový senzor, připojovací modul, výstupní konektor BNC, sloužící k přímému spojení se vstupem osciloskopu nebo jiného měřicího přístroje a samozřejmě nezbytné napájení. Ve společnosti Hioki představili v půli června [1] proudové sondy nové generace, nesoucí hrdě označení CT6704, resp. CT6705. Co to bude v praxi znamenat? Rostoucí šířku pásma, vyšší amplitudy, ale také jistotu, že výsledky odpovídají skutečnosti.

Když na pravdě záleží

Obě nové sondy CT6704 a CT6705, navržené ke sledování průběhů elektrického proudu (na stránkách DPS Elektronika od A do Z jste mohli číst v [2]), poslouží při výzkumu, vývoji a také testování ve světě výkonové elektroniky – u obnovitelných zdrojů energie, elektromobility, průmyslových zařízení nebo např. technologií pro datová centra. Ukázkové aplikace zde tvoří střídače s moderními tranzistory na bázi karbidu křemíku nebo nitridu galia, spínané DC/DC měniče, řídicí obvody motorů, záložní bateriové zdroje UPS apod. Zkrátka systémy, které musí pracovat stále efektivněji, svižněji a ještě přitom zabírat méně prostoru.

A přesně v takto náročném prostředí potřebujeme nyní důsledně sledovat strmé změny proudu, vf oscilace či překmity (tzv. ringing) z titulu obvodových rezonancí mezi parazitní kapacitou a indukčností při zapínání / vypínání tranzistoru, přechodové děje, odezvy, ale i další projevy, související nejčastěji se spínanou povahou zapojení. Analyzujeme přitom výkonové ztráty, teplotní záležitosti, opatření proti rušení z pohledu elektromagnetické kompatibility a hodnotíme i samotnou spolehlivost výkonové elektroniky.

Hodnověrnému pozorování velkých (a do určité míry též vysokofrekvenčních) proudů však stojí v cestě řada faktorů, včetně teplotního driftu způsobeného teplem, které generuje samotné proudové čidlo, a omezení použitelného rozsahu v důsledku indukčního ohřevu. Význam stabilního a opakovatelného měření však nelze při dlouhodobém sledování průběhů a testování za náročných podmínek s nestálou teplotou brát na lehkou váhu. Sondy CT6704 a CT6705 zde proto vystupují coby univerzální nástroje nové generace pro měření vysokých odběrů s rostoucí šířkou pásma, to vše poplatně technologii Fluxgate, vytěsňující Hallův jev. A logo Hioki? Výrobce má za sebou dlouhou cestu, o čemž svědčí i jeho současná nabídka [3]. Vždyť svůj první (magnetický) proudový senzor datuje již do roku 1971.

Zvládne víc a nemusí hřát

Co přesně na poli precizního měření proudů nově dostaneme? V případě první verze CT6704 počítejme s kmitočty, definovanými pro pokles o -3 dB, od stejnosměrných úrovní až po 30 MHz a jmenovitým rozsahem proudu 200 A. Pětkový model pak sice vidí „pouze“ do 15 MHz, ale výměnou zase počítá s průtoky až 500 A. K tomu si přičtěte vhodně zvolený standardní výstup s konektory BNC, takže systém provážeme s nejrůznějšími osciloskopy, bez ohledu na konkrétní značku, ale třeba i paměťovým HiCorderem MR6000 od stejného výrobce. Svůj první model zmíněného typu zařízení společnost Hioki zase představila v roce 1983 a pro více informací k výše uvedené „vlajkové lodi“ vede na webu DPS cesta přes [4], zatímco s nedávnou novinkou MR8848 se ještě pojí [5].

Trvale použitelné vstupní hladiny měřeného proudu 200 A či 500 A zde chápeme jako hodnoty RMS, stejnosměrné úrovně nebo i sinusovky, ovšem s nezbytným ponížením výkonu (Derating) v závislosti na rostoucí frekvenci. Výsledná křivka je ale v porovnání se staršími modely naštěstí posunuta o dost výše, takže poděkujte přepracovanému jádru. A to po dobu dvou vteřin máme ještě k dobru špičkových ±400 A, resp. i jejich dvojnásobek.

S tím jde ruku v ruce přesnost při stanovení amplitudy, dosahující pro stejnosměrné úrovně či sinusové průběhy o kmitočtu 45 Hz až 66 Hz v celém proudovém rozsahu ±0,5 % z měřené hodnoty ±1,0 mV (±0,5 mV u modelu CT6704, pracujícího do 200 A_RMS). U krátkodobých špičkových měření (Peak) dále za stejných podmínek pokaždé uvažujeme souměrně vyjádřenou nejistotu jednoho procenta. Z dokumentace rovněž plyne doba náběhu, nepřekračující 11,6 ns, resp. 23,3 ns nebo i typické rušení v pásmu 20 MHz na úrovni 25 mA_RMS. Počítejme vždy s převodem 0,01 V/A, průměrem jádra dvacet milimetrů a samozřejmě souměrným napájením z vnějšího zdroje 12 V, kdy v úvahu připadá čtyřkanálový model č. 3269. A hmotnost našeho systému? Ta nepřesahuje půl kilogramu. Samotný senzor zvládá teploty od -10 °C do +50 °C, připojovací modul o deset stupňů méně.

Aby výrobce názorně demonstroval celý posun vpřed, postavil proti oběma novinkám CT6704 a CT6705 starší klešťový model 3274. A namířil termokameru. Výsledky pro ilustraci srovnává na kmitočtu 100 kHz, kde s novinkou při pokojové teplotě stále, a trvale, definuje výchozích 200 A, což ale nelze říct o sondě 3274, která již stačila z původních 150 A klesnout na jednu třetinu. Při navození totožných podmínek, tedy 100 kHz a 70 A, nám nové proudové kleště nejenže stále fungují, ale ještě na nich naměříme zhruba o 40 stupňů nižší teplotu. Z těchto 30,6 °C navíc při plném zatížení proudem 200 A vyšplháme jen k 66,6 °C. A zapomenout nesmíme ani na offset, který již se změnami teploty kopíruje nulu o poznání lépe. Takže výstraha před nebezpečím, kterou najdeme na každé nové sondě? Ano, stále platí, ale určitě se nebude týkat způsobu, jak výrobce nakládá s cennými informacemi o elektrickém proudu v jeho nejrůznější podobě [6],[7].

Odkazy:

[1] Tisková zpráva, https://www.hioki.com/news/detail/id_n1393566

[2] Desítky MHz i stovky ampér s novými sondami Hioki, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:105327/desitky-mhz-i-stovky-amper-s-novymi-sondami-hioki

[3] Hioki High-Precision Current Sensors, https://www.hioki.com/global/download/38427

[4] HiCorder MR6000 od Hioki: vlajkové lodi zná i měřicí technika, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:47437/hicorder-mr6000-od-hioki-vlajkove-lodi-zna-i-merici-technika

[5] Memory HiCorder MR8848. Souběžně a po dlouhou dobu, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:104039/memory-hicorder-mr8848-soubezne-a-po-dlouhou-dobu

[6] Proudová sonda CT6704, https://www.hioki.com/global/products/current-probes/wide-band/id_1390466

[7] Proudová sonda CT6705, https://www.hioki.com/global/products/current-probes/wide-band/id_1390607

robenek@dps-az.cz