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电流测量方法大揭秘

发布日期:2023-07-04     1071 次

电流

是基本物理量之一,也是工程应用中测量最多的物理量之一。电磁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,电流符号为I,单位是安培(A)。

 

电流测量方法有很多种,每种方法适用不同的场合,本文介绍几种目前比较常见的电流测量方法,比较各自的特点和适用的场景。

 

磁电式

磁电式电流表:物理学实验中常用的测量电流大小的仪器。当电流通过线圈时,导线受到安培力的作用,线圈左右两边所受安培力的方向相反,安装在轴上的线圈就会转动。测量时指针偏转的角度与电流的大小成正比,可以用指针的偏转角度来指示电流的大小,这种电流计的刻度是均匀的。

 

  • 磁电式仪表灵敏度高,可以测很弱的电流。

  • 缺点是绕制线圈的导线很细,允许通过的电流很弱,容易被烧坏。

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。

 

分流器

又称为分流电阻,采样电阻,英文名为:Shunt或CVR。分流器是基于最基本的欧姆定律,它作为一个非常小的已知阻抗,串联到被测电路中,测量电流流过分流器两段产生的压降,根据I=U/R,计算出该电路中的电流。分流器属于接触式测量方法,一般用于电压不高、电流相对较小的情况。

 

  • 分流测量简单,直流测量精度可以达到比较高的程度。

  • 分流器输入与输出之间没有电隔离。

  • 分流器如果电流太大,在电阻上就会产生很高的热量,需要测量电阻具有很高的精度和温度稳定性。

  • 分流器检测高频或大电流时,不可避免地带有电感性,因此分流器的接入会影响被测电流波形。

常见产品:

东京精电(TOKYO-SEIDEN)、Verivolt(Encore系列同轴分流器)
 

 

互感器

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,通过主级和次级线圈的匝比,将一次侧的电流按照匝比转换成二次侧电流,从而进行测量。电流互感器是由铁心和绕组构成。电流互感器是电力系统使用最多的测量设备,技术成熟、成本低廉、精度非常高。
 

 

  • 电流互感器在规定的工作频率下有较高的精确度,但是它能适应的频率范围很窄,尤其不能测量直流;

  • 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:

国产各品牌互感器

 

脉冲电流互感器:脉冲电流互感器主要用于测量高频交流电流,高脉冲电流等。

 

常见产品:美国皮尔逊(Pearson Electronic)

罗氏线圈

罗氏线圈(Rogowski Coil)又称为罗柯夫斯基线圈,是一种空心线圈。一般由线圈和信号处理电路两部分组成。由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成,一次侧导体垂直穿过骨架中心,当导体中流过变化的电流,导体周围会产生变化的磁场,由电磁感应原理可知线圈输出端产生的感应电动势。
 

 

  • 能测量从0.1Hz~几十MHz的交流电流信号,电流范围广,从几毫安(mA)到百万安培(1000KA)。

  • 传感器部分是空心线圈,可以做到柔性且纤细。

  • 只能测量交流,无法测量直流。

  • 测量灵敏度受空心线圈横截面以及长度的影响,因此容易受到导体位置的影响或外来干扰的影响,测量精度不高。

 

常见产品:英国PEM、日置(HIOKI)、国产知用(Cybertek)

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,当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发生偏转,当磁场的洛伦兹力与电场力相平衡时,电子不再偏转,半导体的两侧会有一个电势差,即霍尔电动势。霍尔电动势的大小,反应了被测电流的大小。霍尔电流传感器是目前使用最多的非接触式电流传感器。
 

 

 

  • 具有结构简单、动态特性好、体积小等优点。

  • 直流和交流电流都可以测量。

  • 霍尔器件的本质是半导体材料,温度对其影响很大,会导致霍尔元件的电子浓度、电阻率以及霍尔系数发生变化,从而使得精度受到很大影响,需要通过温度补偿电路进行改善。

 

常见产品:LEM、横河、日置、国产知用(cybertek)


磁通门零磁通电流传感器

磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下,其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”,通过这道“门”,相应的磁通量即被调制,并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场,从而间接达到测量电流的目的。目前磁通门技术是高性能电流传感器最好的解决方案。
 


 

  • 工作磁通量电平小,因此插入阻抗低。

  • 磁通门元件上在广泛温度范围内偏移都非常之小,实现了高精度和高稳定。

  • 优秀的线性特性,测量小电流也能维持高精度

 

常见产品:横河/LEM(CT系列)、日置、Danisense、Hitec(PMSMS)

 

 

 

磁阻传感器

GMR、TMR电流传感器:GMR、TMR传感器是近年开始在工业上应用的新型磁电阻效应传感器,利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应,这些产品最早应用于磁带和硬盘等磁记录媒介的读出头,最近开始拓展到电流测量的应用领域。

 

  • 功耗更低,电阻率大、工作电流小,工作电压低;

  • 精度高,灵敏度高、信噪比好、分辨率高、线性好、线性范围宽

  • 体积小,工艺性好,磁藕合、非接触、抗干扰能力强、稳定性好,可在油污、灰尘、雨水等恶劣环境下工作

  • 温度稳定性好,工作温度范围宽,可达200摄氏度。

 

各种电流测量方法对比

 

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广州绿测电子科技有限公司(简称:绿测科技)成立于2015年11月,是一家专注于耕耘测试与测量行业的技术开发公司。绿测科技以“工程师的测试管家”的理念向广大客户提供专业的管家服务。绿测科技的研发部及工厂设立于广州番禺区,随着公司业务的发展,先后在广西南宁、深圳、广州南沙、香港等地设立了机构。绿测科技经过深耕测试与测量领域多年,组建了一支经验丰富的团队,可为广大客户提供品质过硬的产品及测试技术服务等支持。

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