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高頻電流測量方法及設(shè)備介紹
閱讀：532 發(fā)布時間：2024-7-19一、概述
電流：是基本物理量之一，也是工程應(yīng)用中測量較多的物理量之一。電磁學(xué)上把單位時間里通過導(dǎo)體任一橫截面的電量叫做電流強度，簡稱電流，電流符號為I，單位是安培（A）。
二、測量方法
高頻電流測量方法有很多種，每種方法適用不同的場合，本文介紹幾種目前比較常見的電流測量設(shè)備，比較各自的特點和適用的場景。
（1）羅氏線圈
柔性羅氏線圈(Rogowski Coil)又稱為羅柯夫斯基線圈（柔性電流探頭），是一種空心線圈。一般由線圈和信號處理電路兩部分組成。由若干匝導(dǎo)線均勻?qū)ΨQ地繞制在一定形狀和尺寸的非鐵磁材料上制成，一次側(cè)導(dǎo)體垂直穿過骨架中心，當(dāng)導(dǎo)體中流過變化的電流，導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生變化的磁場，由電磁感應(yīng)原理可知線圈輸出端產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。
① 能測量從0.1Hz~幾十MHz的交流電流信號，電流范圍廣，從幾毫安(mA)到百萬安培(1200KA)。
② 傳感器部分是空心線圈，可以做到柔性且纖細。
③ 只能測量交流/單次脈沖，無法測量直流。
④ 測量靈敏度受空心線圈橫截面以及長度的影響，因此容易受到導(dǎo)體位置的影響或外來干擾的影響，測量精度不高。
剛性羅氏線圈分為開環(huán)和閉環(huán)兩種，相比柔性羅氏線圈擁有更高的測試精度，且無需電池供電或外部供電，主要用于雷電波形、浪涌電流的檢測。
① 能測量從幾Hz~幾百MHz的脈沖電流信號，電流范圍廣，從幾毫安(mA)到百萬安培(1200KA)。
② 剛性羅氏線圈的孔徑一般為100毫米以內(nèi)，沒辦法像柔性羅氏線圈一樣定制更大的孔徑，且無法測量元器件等間隙較小的設(shè)備電流。
③ 只能測量交流/單次脈沖，無法測量直流。
（2）交直流電流鉗
電流鉗的工作原理是霍爾效應(yīng)，當(dāng)被測導(dǎo)線穿過霍爾元件，有電流通過時，半導(dǎo)體的載流子在磁場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)磁場的洛倫茲力與電場力相平衡時，電子不再偏轉(zhuǎn)，半導(dǎo)體的兩側(cè)會有一個電勢差，即霍爾電動勢?；魻栯妱觿莸拇笮?，反應(yīng)了被測電流的大小?；魻栯娏鱾鞲衅魇悄壳笆褂幂^多的非接觸式電流傳感器。
① 具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)特性好、體積小等優(yōu)點。
② 直流和交流電流都可以測量。
③ 霍爾器件的本質(zhì)是半導(dǎo)體材料，溫度對其影響很大，會導(dǎo)致霍爾元件的電子濃度、電阻率以及霍爾系數(shù)發(fā)生變化，從而使得精度受到很大影響，需要通過溫度補償電路進行改善。
④ 如果是持續(xù)高頻信號，應(yīng)該用羅氏線圈或者交流鉗進行測試，否則霍爾元件會發(fā)熱燒壞。
（3）電流互感器
磁通門互感器是利用被測磁場中高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下，其磁感應(yīng)強度與磁場強度的非線性關(guān)系來測量弱磁場的。這種物理現(xiàn)象對被測環(huán)境磁場來說好像是一道“門"，通過這道“門"，相應(yīng)的磁通量即被調(diào)制，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。利用這種現(xiàn)象來測量電流所產(chǎn)生的磁場，從而間接達到測量電流的目的。目前磁通門技術(shù)是高性能電流傳感器較好的解決方案。
① 工作磁通量電平小，因此插入阻抗低。
② 磁通門元件上在廣泛溫度范圍內(nèi)偏移都非常之小，實現(xiàn)了高精度和高穩(wěn)定。
③ 良好的線性特性，測量小電流也能維持高精度
（4）同軸分流器
分流器又稱為分流電阻，采樣電阻，英文名為：Shunt或CVR。分流器是基于基本的歐姆定律，它作為一個非常小的已知阻抗，串聯(lián)到被測電路中，測量電流流過分流器兩段產(chǎn)生的壓降，根據(jù)I=U/R，計算出該電路中的電流。分流器屬于接觸式測量方法，一般用于電壓不高、電流相對較小、頻率較高的情況。
① 分流測量簡單，直流測量精度可以達到比較高的程度。
② 分流器輸入與輸出之間沒有電隔離。
③ 分流器如果電流太大，在電阻上就會產(chǎn)生很高的熱量，需要測量電阻具有很高的精度和溫度穩(wěn)定性。
④ 分流器檢測高頻或大電流時，不可避免地帶有電感性，因此分流器的接入會影響被測電流波形。
