不同场合下的电流测量指南

2022-04-25 09:55:27

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电的应用非常广泛，因此在测量时需要根据不同的场合对应不同的方法。科学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流。一般用字母I表示，它的单位是安培（A），测量方法有很多种，今天整理的是当前经常使用的几类对应着适用场景。正确的测量方法一起来学习下吧！

01、磁电式电流表

物理学实验中经常用到测量电流大小的仪器。当电流通过线圈时，导线因为安培力的作用，促使线圈左右两边所受安培力的方向相反，然后安装在轴上的线圈便将转动。测量时指针偏转的角度和电流的大小成正比，此时可利用指针的偏转角度来指示电流的大小，此类电流计的刻度是均匀的。

在此需要注意的是：

■磁电式仪表灵敏度高，可以测很弱的电流。

■但弱点则是绕制线圈的导线非常细，允许通过的电流很弱，被烧坏的可能性很大。

■这种磁电式电流表主要在教学实验室中使用，研发和现场几乎不用。

02、分流器

另一种叫法称为——分流电阻/采样电阻(Shunt或CVR)分流器是基于基本的欧姆定律，其体积是一个十分小巧的已知阻抗，串联进被测电路中，测量电流流经分流器两段所产生的压降，可按照I=U/R的计算公式，运算得出该电路中的电流。分流器属于接触式测量方法，通常应用在电压不高、电流相对较小的场合中。

在此需要注意的是：

■分流测量较为简单，直流测量精度能够达到比较高的程度。

■分流器输入与输出两者间没有电隔离。

■分流器假如电流过大，那么电阻上就会产生非常高的热量，此时应要测量电阻兼备很高的精度和温度稳定性。

■分流器检测高频或大电流时，无法避免地带有电感性，所以分流器的接入将影响被测电流波形。

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03、电磁式电流互感器

电流互感器是基于电磁感应原理的一种电流传感器，利用主级与次级线圈的匝比，将一次侧的电流按照匝比转换成二次侧电流，进而完成测量。电流互感器是采用铁心及绕组构成的（构成图如下所示）。电流互感器在电力系统中是使用多的测量设备，其具备技术成熟、成本低廉、精度非常高等特性。

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在此需要注意的是：

■电流互感器在规定的工作频率下具有较高的精准度，缺点则是其可以适应的频率范围很窄，特别是不能测量直流；

■动态范围小，电流较大时，CT会出现饱和现象；

■CT开路会产生高压，危及人身和设备安全；

常见产品：

脉冲电流互感器:脉冲电流互感器主要应用在测量高频交流电流，高脉冲电流等情况下。

04、罗氏线圈

罗氏线圈(Rogowski Coil)，另外也可称为罗柯夫斯基线圈，是一种空心线圈。通常是由线圈和信号处理电路两部分构成（结构图如下所示）。采用若干匝导线均匀对称地绕制在一定形状和尺寸的非铁磁材料上制造完成的，一次侧导体垂直穿过骨架中心，当导体中流过变化的电流，导体周围将产生变化的磁场，之后再利用电磁感应原理则可得出线圈输出端产生的感应电动势。

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在此需要注意的是：

■可以测量从0.1Hz~几十MHz的交流电流信号，电流范围广，从几毫安(mA)至百万安培(1000KA)。

■传感器部分则是空心线圈，其具备柔性且纤细的特性。

■只能测量交流，没办法测量直流。

■测量灵敏度受空心线圈横截面以及长度的影响，所以容易遭受导体位置的影响或外来干扰的影响，测量精度不高。

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05、霍尔电流传感器

霍尔（Hall）电流传感器的工作原理是霍尔效应，在被测导线穿过霍尔元件，有电流通过时，半导体的载流子在磁场的作用下会发生偏转，在磁场的洛伦兹力和电场力互相平衡时，电子将不再偏转，半导体的两侧会出现一个电势差，此为霍尔电动势。霍尔电动势的大小，即可反应出被测电流的大小。霍尔电流传感器是当前使用多的非接触式电流传感器。

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在此需要注意的是：

■其具备结构简单、动态特性好、体积小等特性。

■直流以及交流电流皆可测量。

■霍尔器件的本质是半导体材料，温度对其影响十分大，能够直接导致霍尔元件的电子浓度、电阻率或是霍尔系数发生变化，进而导致精度遭受到很大影响，需要通过温度补偿电路进行改善。

■测量灵敏度受空心线圈横截面以及长度的影响，所以容易遭受导体位置的影响或外来干扰的影响，测量精度不高。

06、磁通门零磁通电流传感器

磁通门传感器是采用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度和磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。此类物理现象对被测环境磁场来说譬如是一道“门”，踏进这道“门”之后，对应的磁通量即被调制，且会产生感应电动势。通过这种现象来测量电流所产生的磁场，进而间接完成测量电流的目的。当前磁通门技术是高性能电流传感器好的解决方案。

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