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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(guò)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、RL分別為信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻。R=R0+RL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(guò)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(jiàn),為使電流表讀數(shù)值盡可能接近被測(cè)電流實(shí)際值Lx,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(méi)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(chēng)之為取樣電阻),將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換為被測(cè)電壓Ux

Ux=·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Ix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Ux;若被測(cè)電流Ix較小,應(yīng)將Ux。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Ux,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(guò)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Ix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,KB為電磁轉(zhuǎn)換靈敏度。

  線性集成霍爾片的輸出電壓U0

 。7)

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

  若Ix為直流,則U0亦為直流;若Ix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)100kA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(jiàn),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(kāi)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

       。8)

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