電流的測量方法圖解

　　1．電流表直接測量法

　　直接測量電流的方法通常是在被測電流的通路中串入適當量程的電流表，讓被測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電流值或被測電流分流值。

　　對于圖1（a）所示電路，被測電流實際值為

　　　　　　　　　　�。�1）

　　式中，R₀、R_L分別為信號源內阻和負載電阻。R=R₀+R_L為電流回路電阻。

圖1　用電流表測量電流

　　在電路中串接一個內阻為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）

　　相對測量誤差為

　　　　　　　　　（3）

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

　　在串入電流表不方便或沒有適當量程的電流表時，可以采取間接測量的方法，即把電流轉換成電壓、頻率、磁場強度等物理量，直接測量轉換量后根據(jù)該轉換量與被測電流的對應關系求得電流值。下面介紹幾種間接測量電流的轉換方法。

　　2．電流-電壓轉換法

　　可以采用在被測電流回路中串入很小的標準電阻r（稱之為取樣電阻），將被測電流轉換為被測電壓U_x

U_x=·r 　　　　　　　　　　　　　　　�。�4）

　　當滿足條件r《R時，由式（2）、式（4）可得

　　　　　　　　　�。�5）

　　若被測電流I_x很大，可以直接用高阻抗電壓表測量標準電阻兩端電壓U_x；若被測電流I_x較小，應將U_x。放大到接近電壓表量程的適當值后再由電壓表進行測量，為了減小U_x，的測量誤差，要求該放大電路應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)負反饋放大電路。

　　3．電流-磁場轉換法

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

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

　　　　　　　　　　　　　　�。�6）

　　式中，K_B為電磁轉換靈敏度。

　　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。

　　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，測得電路中的電流。電流互感器的結構如圖3所示，它是在磁環(huán)上（或鐵心）上繞一些線圈而構成的，假設被測電流（一次側電流）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-被測電流引腳導線；3-霍爾元件；4-霍爾元件

圖3　電流互感器

　　可見，只要測得二次側電流i₂，就可得知被測電流（一次側電流）的大小。

　　由于電流互感器二次繞組匝數(shù)遠大于一次繞組匝數(shù)，在使用時二次側絕對不允許開路，否則會使一次側電流完全變成勵磁電流，鐵心達到高度飽和狀態(tài)，使鐵心嚴重發(fā)熱并在二次側產(chǎn)生很高的電壓，引起互感器的熱破壞和電擊穿，對人身造成傷害。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，測量時，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

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