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10 aprile 2012

[Solved] Lab trivia: the clamp-on ammeter

The clampWelcome to the second episode of our unico-lab trivia, the first one in English language. The pilot episode was unexpectedly successful, so we decided to go ahead with the series and to enlarge the audience and the fun we followed a colleague advice to write it in English.

The rules are very easy. Look at the picture here below, it is a detail of lab instrument / equipment, try to guess what it is. Write your guess in a comment and for each good one you will get a little help. The winner will be mentioned in the explanation post where the full picture will be revealed along with an explanation of what it is and how it works.

The solution is after the jump...

The current clamp 

The real clamp-on ammeter
Ok, I've to admit that you were too fast and Roberto, again, was answering correctly a minute or two after the publication. He was kind to edit the winning reply with something else to allow also other people to play, but again Paolo and Mattia got it right in no time. This is telling me that I've to make things more difficult and hopefully still exciting if we want to make the game longer lasting and possibly we have to find a way to hide the right reply to others. I'll try to find a technical way out for this, for example, enabling moderation of comments.

But back to the subject. What you see in the picture is the clamp of a current probe, an instrument that is able to measure the amount of electrical current passing through a wire. During the laboratory lessons at the university, you learn that voltages have to be measured in parallel, while currents in series. This means that if you want to measure the voltage drop between two points in a circuit, you can touch these points with the voltmeter leads and read the value on the display. But, if you want to measure the current flowing in a wire, you need the break the wire and let the current pass through your ammeter. Breaking the circuit is not always easy or not even possible, and what you want is something less invasive.
Principio di funzionamento di una pinza amperometrica
Immagine da Biezl

The solution is to use a transformer as sketched in figure. The red rod is the conductor where the unknown current I is flowing. The ring is the schematic representation of the two halves of the clamp. The alternating current I is generating a magnetic field B into the clamp ring and consequently a given amount of current is generated on the coil windings. This "secondary" current is directly proportional to the unknown one and inversely proportional to the number of turns.

Measuring the secondary current with a standard ammeter (included into the clamp) reveals the value of the unknown current flowing in the conductor.

This is the working principle of the simplest available current probe that is suitable only for alternating currents (AC). To measure DC (direct) current you need a slightly more complicated version that is beyond the scope of this simple post.

A final word. Be aware that playing with the electrical current is deadly dangerous, so in case of trouble call an expert!


ps. per gli amici e lettori italiani: anche se non avete capito nulla dell'introduzione, sapete già come funziona il gioco. Se volete potete lanciarvi e lasciare il vostro commento in inglese, tanto non può essere peggio del mio, oppure scrivete in italiano che va bene lo stesso :)

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11 commenti:

  1. così di primo acchitto sembra una pinza amperometrica...

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  2. sono i terminali di un interruttore ad arco voltaico!!!

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  3. Allora, diciamo che abbiamo già un vincitore, ma che concorre per un campionato a parte. Adesso vediamo se troviamo un vincitore anche per il secondo posto!

    RispondiElimina
  4. E così abbiamo anche piazzato il secondo posto (Roberto aveva risposto un secondo dopo la pubblicazione, ma abbiamo oscurato la risposta!).

    Devo trovare domande più difficili.

    RispondiElimina
  5. Pinza amperometrica / current probe

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  6. cazzo, mi hanno battuto sul tempo.

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  7. questa volta è stato decisamente troppo facile! Cmq complimenti anche a te!

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  8. Avete vinto tutti, il più veloce e fortunato ad essere in linea mentre pubblicavo è stato Roberto.
    Probabilmente non vi serve, ma qui trovate la soluzione con una spiegazione.

    Per il prossimo trivia, oltre a scattare la foto di qualcosa che sarà altamente irriconoscibile (tié) attiverò la moderazione dei commenti, così che chi risponde giusto non pregiudica il divertimento degli altri.

    Alla prossima settimana.

    RispondiElimina
  9. Salve,

    Visito unico-lab dagli avvenimenti di Fukushima, complimenti (anche se spesso si va oltre le mie conoscenze) mi sembra ben fatto.

    Non ho trovato modo migliore di "postare" che questo.

    Vorrei chiedere:
    1) L'anno scorso a maggio c'e' stato l'open day all'Ispra, quest'anno non se ne parla, quindi non e' un evento annuale?

    2) Rimanendo in tema di curiosita', e' un po' che mi chiedo come fanno le figure 3d nel vetro (http://www.fantascienza.com/magazine/notizie/7697/immortalati-nel-cristallo/) da cui:

    Vi sarà senz'altro capitato di vedere in vendita dei cubi di cristallo con all'interno delle figure tridimensionali. Magari vi siete chiesti come fosse possibile creare questi disegni, dopo aver appurato che non potevano essere semplicemente due pezzi incollati insieme. Inventata da un russo e portata a conoscenza del mondo intero da un israeliano, la tecnica della scultura all'interno di cristalli ha negli ultimi anni invaso il mondo. La tecnologia che sta alla base è il laser, questa fonte luminosa che l'uomo ha imparato a sfruttare in tutti i campi, da quello ludico a quello medicale, con risultati sorprendenti.
    ......
    Ma come fa il laser a incidere la parte "interna" del vetro senza
    intaccare la superficie? Lo fa grazie alla combinazione di due tecniche:
    una che concentra il raggio e una che "trattiene" la luce,
    rilasciandola improvvisamente a una intensità maggiore. Il paragone più
    semplice è quello dell'innaffiatore da giardino che interrompe il flusso
    d'acqua, aumenta la pressione e rilascia il getto d'acqua a una
    distanza maggiore. La combinazione di queste due tecniche produce un
    fascio luminoso di corto raggio (6/10cm) ma di intensità tale da
    "tagliare"  materiali durissimi con estrema precisione perché gestito da
    una lente che cambia inclinazione, spostando il raggio d'azione.
    Tornando alla domanda, il raggio laser incide il vetro solo quando
    raggiunge la sua massima intensità non un momento prima, non un momento
    dopo. Ecco che crea una microfusione, visibile come un punto bianco.


    Ho cercato un po' in giro ma non ho travato una spiegazione piu' dettagliata.


    Grazie
    Gianluca

    RispondiElimina
  10. Ciao Gianluca, grazie per le visite e i commenti!

    Ti rispondo velocemente perché sono piuttosto incasinato.
    Per quanto riguarda l'open day del JRC, è un evento in genere a scadenza biennale. Nell'anno intermedio, in genere c'è un evento per la scuola.

    Per quanto riguarda le immagini 3D nei vetri, ero convinto si trattasse di un qualche fenomeno olografico, anzi, visto che può interessare, prendo l'occasione per chiamare un'amica, ex-collega all'università, che si occupa di olografia e possiamo scrivere un bel post divulgativo.

    A presto...

    RispondiElimina

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