電流是基本物理量之一,也是工程應用中測量最多的物理量之一。電磁學上把單位時間里通過導體任一橫截面的電量叫做電流強度,簡稱電流,電流符號為I,單位是安培(A)。
電流測量方法有很多種,每種方法適用不同的場合,本文介紹幾種目前比較常見的電流測量方法,比較各自的特點和適用的場景。
磁電式
磁電式電流表:物理學實驗中常用的測量電流大小的儀器。當電流通過線圈時,導線受到安培力的作用,線圈左右兩邊所受安培力的方向相反,安裝在軸上的線圈就會轉動。測量時指針偏轉的角度與電流的大小成正比,可以用指針的偏轉角度來指示電流的大小,這種電流計的刻度是均勻的。
· 磁電式儀表靈敏度高,可以測很弱的電流。
· 缺點是繞制線圈的導線很細,允許通過的電流很弱,容易被燒壞。
這種磁電式電流表主要在教學實驗室中使用,研發和現場幾乎不用。
分流器
分流器:又稱為分流電阻,采樣電阻,英文名為:Shunt或CVR。分流器是基于最基本的歐姆定律,它作為一個非常小的已知阻抗,串聯到被測電路中,測量電流流過分流器兩段產生的壓降,根據I=U/R,計算出該電路中的電流。分流器屬于接觸式測量方法,一般用于電壓不高、電流相對較小的情況。
· 分流測量簡單,直流測量精度可以達到比較高的程度。
· 分流器輸入與輸出之間沒有電隔離。
· 分流器如果電流太大,在電阻上就會產生很高的熱量,需要測量電阻具有很高的精度和溫度穩定性。
· 分流器檢測高頻或大電流時,不可避免地帶有電感性,因此分流器的接入會影響被測電流波形。
常見產品:東京精電(TOKYO-SEIDEN)、Verivolt(Encore系列同軸分流器)
互感器
電磁式電流互感器:電流互感器是基于電磁感應原理的一種電流傳感器,通過主級和次級線圈的匝比,將一次側的電流按照匝比轉換成二次側電流,從而進行測量。電流互感器是由鐵心和繞組構成。電流互感器是電力系統使用最多的測量設備,技術成熟、成本低廉、精度非常高。
· 電流互感器在規定的工作頻率下有較高的精確度,但是它能適應的頻率范圍很窄,尤其不能測量直流;
· 動態范圍小,電流較大時,CT會出現飽和現象;
· CT開路會產生高壓,危及人身和設備安全;
常見產品:國產各品牌互感器
脈沖電流互感器:脈沖電流互感器主要用于測量高頻交流電流,高脈沖電流等。
常見產品:美國皮爾遜(Pearson Electronic)
羅氏線圈
羅氏線圈:羅氏線圈(Rogowski Coil)又稱為羅柯夫斯基線圈,是一種空心線圈。一般由線圈和信號處理電路兩部分組成。由若干匝導線均勻對稱地繞制在一定形狀和尺寸的非鐵磁材料上制成,一次側導體垂直穿過骨架中心,當導體中流過變化的電流,導體周圍會產生變化的磁場,由電磁感應原理可知線圈輸出端產生的感應電動勢。
· 能測量從0.1Hz~幾十MHz的交流電流信號,電流范圍廣,從幾毫安(mA)到百萬安培(1000KA)。