電流的測(cè)量方法圖解

　　1．電流表直接測(cè)量法

　　直接測(cè)量電流的方法通常是在被測(cè)電流的通路中串入適當(dāng)量程的電流表，讓被測(cè)電流的全部或一部分流過電流表。從電流表上直接讀取被測(cè)電流值或被測(cè)電流分流值。

　　對(duì)于圖1（a）所示電路，被測(cè)電流實(shí)際值為

　　　　　　　　　　　（1）

　　式中，R₀、R_L分別為信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻。R=R₀+R_L為電流回路電阻。

圖1　用電流表測(cè)量電流

　　在電路中串接一個(gè)內(nèi)阻為r的電流表，如圖1（b）所示，則流過電流表的電流即電流表讀數(shù)值為

　　　　　　　　　　�。�2）

　　相對(duì)測(cè)量誤差為

　　　　　　　　�。�3）

　　由上式可見，為使電流表讀數(shù)值盡可能接近被測(cè)電流實(shí)際值L_x，就要求電流表的內(nèi)阻r盡可能接近于零，也就是說(shuō)，電流表內(nèi)阻越小越好。

　　在串入電流表不方便或沒有適當(dāng)量程的電流表時(shí)，可以采取間接測(cè)量的方法，即把電流轉(zhuǎn)換成電壓、頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度等物理量，直接測(cè)量轉(zhuǎn)換量后根據(jù)該轉(zhuǎn)換量與被測(cè)電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系求得電流值。下面介紹幾種間接測(cè)量電流的轉(zhuǎn)換方法。

　　2．電流-電壓轉(zhuǎn)換法

　　可以采用在被測(cè)電流回路中串入很小的標(biāo)準(zhǔn)電阻r（稱之為取樣電阻），將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換為被測(cè)電壓U_x

U_x=·r 　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

　　當(dāng)滿足條件r《R時(shí)，由式（2）、式（4）可得

　　　　　　　　　�。�5）

　　若被測(cè)電流I_x很大，可以直接用高阻抗電壓表測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端電壓U_x；若被測(cè)電流I_x較小，應(yīng)將U_x。放大到接近電壓表量程的適當(dāng)值后再由電壓表進(jìn)行測(cè)量，為了減小U_x，的測(cè)量誤差，要求該放大電路應(yīng)具有極高的輸入阻抗和極低的輸出阻抗，為此，一般采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

　　3．電流-磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換法

　　無(wú)論用電流表直接測(cè)量電流還是用上述轉(zhuǎn)換法間接測(cè)量電流，都需要切斷電路接入測(cè)量裝置。在不允許切斷電路或被測(cè)電流太大的情況下，可采取通過測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法來(lái)間接測(cè)得該電流的值。

　　圖2為采用霍爾傳感器的鉗形電流表結(jié)構(gòu)示意圖。冷軋硅鋼片圓環(huán)的作用是將被測(cè)電流I_x產(chǎn)生的磁場(chǎng)集中到霍爾元件上，以提高靈敏度，作用于霍爾片的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為

　　　　　　　　　　　　　　　（6）

　　式中，K_B為電磁轉(zhuǎn)換靈敏度。

　　線性集成霍爾片的輸出電壓U₀為

　�。�7）

　　式中，I為霍爾片控制電流；K_H為霍爾片靈敏度；K為電流表靈敏度，K=K_HK_BI。

　　若I_x為直流，則U₀亦為直流；若I_x為交流，則U₀亦為交流�；魻柺姐Q形電流表可測(cè)的Z大電流達(dá)100k_A以上，可用來(lái)測(cè)量輸電線上的電流，也可用來(lái)測(cè)量電子束、離子束等無(wú)法用普通電流表直接進(jìn)行測(cè)量的電流。（http://www.diangon.com/版權(quán)所有）圖2中被測(cè)電流導(dǎo)線如果在硅鋼片圓環(huán)上繞幾圈，電流表靈敏度便會(huì)減小幾倍。用這種辦法可調(diào)整霍爾式鉗形電流表的靈敏度和量程。

　　4．電流互感器法

　　除上述方法外，采用電流互感器法也可以在不切斷電路的情況下，測(cè)得電路中的電流。電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是在磁環(huán)上（或鐵心）上繞一些線圈而構(gòu)成的，假設(shè)被測(cè)電流（一次側(cè)電流）為i₁，一次繞組匝數(shù)為N₁，二次繞組匝數(shù)為N₂，則二次側(cè)電流為

圖2　霍爾式鉗形電流表鋼片圓環(huán)；
1-冷軋硅；2-被測(cè)電流引腳導(dǎo)線；3-霍爾元件；4-霍爾元件

圖3　電流互感器

　　可見，只要測(cè)得二次側(cè)電流i₂，就可得知被測(cè)電流（一次側(cè)電流）的大小。

　　由于電流互感器二次繞組匝數(shù)遠(yuǎn)大于一次繞組匝數(shù)，在使用時(shí)二次側(cè)絕對(duì)不允許開路，否則會(huì)使一次側(cè)電流完全變成勵(lì)磁電流，鐵心達(dá)到高度飽和狀態(tài)，使鐵心嚴(yán)重發(fā)熱并在二次側(cè)產(chǎn)生很高的電壓，引起互感器的熱破壞和電擊穿，對(duì)人身造成傷害。此外，為了人身安全，互感器二次繞組一端必須可靠地接地（安全接地）。

　　電流互感器輸出的是電流，測(cè)量時(shí)，互感器二次繞組接一電阻R，從R上取得電壓接到放大器或交直流變換器上，R的大小由互感器的容量決定（一般常用電流互感器為10V·A或5V·A），R上輸出電壓U₀為

　　　　　　　�。�8）