
電気・電子工学において、電流クランプ(電流プローブとも呼ばれる)は、電気導体を挟み込むために開閉するジョーを備えた電気機器です。これにより、導体に直接接触したり、プローブを挿入するために導体を切断したりすることなく、導体内の電流を測定することができます。
電流クランプは通常、交流(AC)の電流値を測定するために使用されます。追加の計測機器を使用すれば、位相や波形も測定できます。クランプメーターの中には、1000A 以上の電流を測定できるものもあります。ホール効果式クランプやベーン式クランプは、直流(DC)の測定にも使用できます。
ホール効果型は感度が高く、DCとACの両方を測定でき、一部の用途ではキロヘルツの範囲まで測定できます。[ 1 ]このタイプは当初オシロスコープやハイエンドのコンピュータ化されたデジタルマルチメータで使用されていましたが、現在では一般用途でも一般的になっています。
一般的な交流電流クランプは、フェライトまたは軟鉄製の分割リングで構成されています。ワイヤーコイルがリングの片側または両側に巻き付けられ、電流トランスの一方の巻線を形成します。クランプされる導体がもう一方の巻線となります。他のトランスと同様に、このタイプのクランプは交流またはパルス波形のみに対応し、メガヘルツ帯まで対応するものもあります。
電流を測定する際、測定対象の導体は一次巻線となり、コイルは二次巻線となる。
このタイプは、逆方向にも使用でき、例えば電磁両立性試験において干渉電流を誘起するために、導体に電流を注入するのに用いられる。通常、注入プローブはこの目的のために特別に設計されている。このモードでは、コイルが一次側、試験導体が二次側となる。
鉄羽根型では、コア内の磁束が可動鉄羽根に直接影響を与え、交流と直流の両方を測定でき、非正弦波交流波形に対して真の実効値(RMS)が得られます。物理的なサイズのため、一般的に電力伝送周波数は最大で約1000MHzまでに制限されます。100 Hz。
ベーンは通常、アナログ式(可動指針式)クランプメーターの表示機構に直接固定される。この計器の校正は明らかに非線形である。
外観と機能が電流クランプに似ているのが、ロゴウスキーコイル電流センサです。このコアレス変圧器は、クランプメータや電力監視ロガーで使用されています。コアが飽和しないため直線性が優れているという利点があり、柔軟性を持たせることができ、開口端に磁気的または電気的な接触を必要としません。 [ 2 ]ロゴウスキーコイルは、一次ケーブルの電流の変化率に比例した電圧を出力するため、検出された値を表示する前に、より多くの信号処理が必要です。


交流電流クランプが一体化された電気計器は、クランプメーター、クランプオン式電流計、トングテスター、または俗にアンペアクランプと呼ばれます。
クランプメーターは、プローブを通過するすべての導体に流れる電流のベクトル和を測定します。このベクトル和は、電流の位相関係に依存します。通常、プローブには1本の導体のみが通されます。特に、機器に電力を供給する2芯ケーブルにクランプを締め付けると、一方の導体を下向きに流れ、もう一方の導体を上向きに流れる電流は同じです。そのため、メーターは正味電流がゼロであると正しく読み取ります。機器用の電気ケーブルは、絶縁された2本の導体(場合によってはアース線も)が束ねられているため、クランプメーターは、実質的に2本の導体が分離された短い延長コードと組み合わせて使用されることがよくあります。これにより、クランプを延長コードの一方の導体のみに取り付けることができます。
比較的最近の開発では、クランプのジョーの周りに複数のセンサーコイルを備えたマルチコンダクタークランプメーターがあります。これは、標準的な2芯または3芯の単相ケーブルにクランプして、導体を分離する必要なく負荷を流れる電流を読み取ることができます[ 3 ] 。
非常に低い電流が流れる導体によって生成される読み取り値は、導体をクランプに数回巻き付けることで増加させることができます。メーターの読み取り値を巻き数で割った値が電流値になりますが、誘導効果により精度が多少低下します。[ 4 ]
クランプメーターは電気技師が使用するもので、汎用マルチメーターにクランプが組み込まれている場合もある。
適切な変流器を使用すれば、非常に大きな電流(数百アンペア)の測定は容易です。一方、変流器クランプを使用して小さな電流(数ミリアンペア)を正確に測定するのはより困難です。電流計の測定範囲は、導線をクランプの芯に複数回通すことで拡張できます。例えば、0~200 アンペアの電流計は、 導線をクランプの芯に10回巻き付けることで、0~20アンペアの電流計にすることができます。

安価なクランプメーターは、実際には平均電流を読み取る整流回路を使用していますが、測定された平均電流に対応する実効値電流を表示するように校正されているため、電流が正弦波の場合にのみ正しい実効値が得られます。その他の波形の場合、読み取り値は不正確になります。これらのシンプルなメーターを、蛍光灯や高輝度放電ランプ、あるいは最新のコンピューターや電子機器のほとんどで使用されるバラストなどの非正弦波負荷で使用すると、読み取り値は非常に不正確になる可能性があります。平均電流ではなく真の実効値に反応するメーターは、「真の実効値」メーターと呼ばれます。
一般的な携帯型ホール効果電流計は200mA程度の低電流まで測定可能で 、1mAまで測定可能な機種も 市販されている。
コロンビア社のトング式電流計(図示)は、最大 1000 アンペアまでの大電流交流を測定するために使用される鉄ベーン型の一例です。メーターの鉄製のジョーは、導体の周囲の磁場をメーターの針に取り付けられた鉄ベーンに向けます。鉄ベーンは磁場の強さに比例して動き、それによって電流に比例したメーター表示が得られます。このタイプの電流計は交流電流と直流電流の両方を測定でき、非正弦波または歪んだ交流波形の真の実効値電流測定を提供します。クランプアセンブリには交換可能なメータームーブメントを取り付けることができ、最大 1000 アンペアまでのさまざまなフルスケール電流値を提供できます。鉄ベーンは、クランプジョーのヒンジ端のスペースに挿入される小さな円筒の中にあります。最大4 + 1/2インチ ( 110 mm)幅の大きな導体やバスバーをクランプするために、いくつかのジョーサイズが用意されています。 [ 4 ]図に示すように、目盛りは非常に非線形であり、低電流の測定には適していません。フルスケール偏向の半分以下の電流がダイヤルの短いセクションに詰め込まれています。
クランププローブは、一部のメーターで電力やエネルギーを測定するために使用されます。クランプは電流を測定し、他の回路は電圧を測定します。真の電力は、瞬時電圧と電流を1サイクルにわたって積分した値です。電力の多くのパラメータ(力率、歪み、時間関数としての瞬時電力、位相関係など)を測定するように設計された総合メーターは、この原理を利用しています。単相測定には単一のクランプが使用されます。3つのクランプを備えた適切な機器を使用すれば、三相電力システムでの測定も可能です。