电流的测量方法图解

　　1．电流表直接测量法

　　直接测量电流的方法通常是在被测电流的通路中串入适当量程的电流表，让被测电流的全部或一部分流过电流表。从电流表上直接读取被测电流值或被测电流分流值。

　　对于图1（a）所示电路，被测电流实际值为

　　　　　　　　　　　（1）

　　式中，R₀、R_L分别为信号源内阻和负载电阻。R=R₀+R_L为电流回路电阻。

图1　用电流表测量电流

　　在电路中串接一个内阻为r的电流表，如图1（b）所示，则流过电流表的电流即电流表读数值为

　　　　　　　　　　　（2）

　　相对测量误差为

　　　　　　　　　（3）

　　由上式可见，为使电流表读数值尽可能接近被测电流实际值L_x，就要求电流表的内阻r尽可能接近于零，也就是说，电流表内阻越小越好。

　　在串入电流表不方便或没有适当量程的电流表时，可以采取间接测量的方法，即把电流转换成电压、频率、磁场强度等物理量，直接测量转换量后根据该转换量与被测电流的对应关系求得电流值。下面介绍几种间接测量电流的转换方法。

　　2．电流-电压转换法

　　可以采用在被测电流回路中串入很小的标准电阻r（称之为取样电阻），将被测电流转换为被测电压U_x

U_x=·r 　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

　　当满足条件r《R时，由式（2）、式（4）可得

　　　　　　　　　　（5）

　　若被测电流I_x很大，可以直接用高阻抗电压表测量标准电阻两端电压U_x；若被测电流I_x较小，应将U_x。放大到接近电压表量程的适当值后再由电压表进行测量，为了减小U_x，的测量误差，要求该放大电路应具有极高的输入阻抗和极低的输出阻抗，为此，一般采用电压串联负反馈放大电路。

　　3．电流-磁场转换法

　　无论用电流表直接测量电流还是用上述转换法间接测量电流，都需要切断电路接入测量装置。在不允许切断电路或被测电流太大的情况下，可采取通过测量电流所产生的磁场的方法来间接测得该电流的值。

　　图2为采用霍尔传感器的钳形电流表结构示意图。冷轧硅钢片圆环的作用是将被测电流I_x产生的磁场集中到霍尔元件上，以提高灵敏度，作用于霍尔片的磁感应强度B为

　　　　　　　　　　　　　　　（6）

　　式中，K_B为电磁转换灵敏度。

　　线性集成霍尔片的输出电压U₀为

　　（7）

　　式中，I为霍尔片控制电流；K_H为霍尔片灵敏度；K为电流表灵敏度，K=K_HK_BI。

　　若I_x为直流，则U₀亦为直流；若I_x为交流，则U₀亦为交流。霍尔式钳形电流表可测的最大电流达100k_A以上，可用来测量输电线上的电流，也可用来测量电子束、离子束等无法用普通电流表直接进行测量的电流。（http://www.ippipp.com/版权所有）图2中被测电流导线如果在硅钢片圆环上绕几圈，电流表灵敏度便会减小几倍。用这种办法可调整霍尔式钳形电流表的灵敏度和量程。

　　4．电流互感器法

　　除上述方法外，采用电流互感器法也可以在不切断电路的情况下，测得电路中的电流。电流互感器的结构如图3所示，它是在磁环上（或铁心）上绕一些线圈而构成的，假设被测电流（一次侧电流）为i₁，一次绕组匝数为N₁，二次绕组匝数为N₂，则二次侧电流为

图2　霍尔式钳形电流表钢片圆环；
1-冷轧硅；2-被测电流引脚导线；3-霍尔元件；4-霍尔元件

图3　电流互感器

　　可见，只要测得二次侧电流i₂，就可得知被测电流（一次侧电流）的大小。

　　由于电流互感器二次绕组匝数远大于一次绕组匝数，在使用时二次侧绝对不允许开路，否则会使一次侧电流完全变成励磁电流，铁心达到高度饱和状态，使铁心严重发热并在二次侧产生很高的电压，引起互感器的热破坏和电击穿，对人身造成伤害。此外，为了人身安全，互感器二次绕组一端必须可靠地接地（安全接地）。

　　电流互感器输出的是电流，测量时，互感器二次绕组接一电阻R，从R上取得电压接到放大器或交直流变换器上，R的大小由互感器的容量决定（一般常用电流互感器为10V·A或5V·A），R上输出电压U₀为

　　　　　　　　（8）