電流

是基本物理量之一，也是工程應(yīng)用中測量最多的物理量之一。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）。

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方法，比較各自的特點和適用的場景。

磁電式

磁電式電流表：物理學(xué)實驗中常用的測量電流大小的儀器。當(dāng)電流通過線圈時，導(dǎo)線受到安培力的作用，線圈左右兩邊所受安培力的方向相反，安裝在軸上的線圈就會轉(zhuǎn)動。測量時指針偏轉(zhuǎn)的角度與電流的大小成正比，可以用指針的偏轉(zhuǎn)角度來指示電流的大小，這種電流計的刻度是均勻的。

• 磁電式儀表靈敏度高，可以測很弱的電流。

• 缺點是繞制線圈的導(dǎo)線很細，允許通過的電流很弱，容易被燒壞。

這種磁電式電流表主要在教學(xué)實驗室中使用，研發(fā)和現(xiàn)場幾乎不用。

分流器

又稱為分流電阻，采樣電阻，英文名為：Shunt或CVR。分流器是基于最基本的歐姆定律，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、電流相對較小的情況。

• 分流測量簡單，直流測量精度可以達到比較高的程度。

• 分流器輸入與輸出之間沒有電隔離。

• 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。

• 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。

常見產(chǎn)品：

東京精電（TOKYO-SEIDEN）、Verivolt（Encore系列同軸分流器）
 

互感器

電磁式電流互感器：電流互感器是基于電磁感應(yīng)原理的一種電流傳感器，通過主級和次級線圈的匝比，將一次側(cè)的電流按照匝比轉(zhuǎn)換成二次側(cè)電流，從而進行測量。電流互感器是由鐵心和繞組構(gòu)成。電流互感器是電力系統(tǒng)使用最多的測量設(shè)備，技術(shù)成熟、成本低廉、精度非常高。
 

• 電流互感器在規(guī)定的工作頻率下有較高的精確度，但是它能適應(yīng)的頻率范圍很窄，尤其不能測量直流；

• 動態(tài)范圍小，電流較大時，CT會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象；

• CT開路會產(chǎn)生高壓，危及人身和設(shè)備安全；

常見產(chǎn)品：

國產(chǎn)各品牌互感器

脈沖電流互感器:脈沖電流互感器主要用于測量高頻交流電流，高脈沖電流等。

常見產(chǎn)品：美國皮爾遜（Pearson Electronic）

羅氏線圈

羅氏線圈(Rogowski Coil)又稱為羅柯夫斯基線圈，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。
 

• 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(1000KA)。

• 傳感器部分是空心線圈，可以做到柔性且纖細。

• 只能測量交流，無法測量直流。

• 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。

常見產(chǎn)品：英國PEM、日置（HIOKI）、國產(chǎn)知用（Cybertek）

霍爾電流傳感器

霍爾（Hall）電流傳感器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米疃嗟姆墙佑|式電流傳感器。
 

• 具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)特性好、體積小等優(yōu)點。

• 直流和交流電流都可以測量。

• 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。

常見產(chǎn)品：LEM、橫河、日置、國產(chǎn)知用（cybertek）

磁通門零磁通電流傳感器

磁通門傳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最好的解決方案。
 

• 工作磁通量電平小，因此插入阻抗低。

• 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。

• 優(yōu)秀的線性特性，測量小電流也能維持高精度

常見產(chǎn)品：橫河/LEM（CT系列)、日置、Danisense、Hitec（PMSMS）

磁阻傳感器

GMR、TMR電流傳感器：GMR、TMR傳感器是近年開始在工業(yè)上應(yīng)用的新型磁電阻效應(yīng)傳感器，利用磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應(yīng)對磁場進行感應(yīng)，這些產(chǎn)品最早應(yīng)用于磁帶和硬盤等磁記錄媒介的讀出頭，最近開始拓展到電流測量的應(yīng)用領(lǐng)域。

• 功耗更低，電阻率大、工作電流小，工作電壓低；

• 精度高，靈敏度高、信噪比好、分辨率高、線性好、線性范圍寬

• 體積小，工藝性好，磁藕合、非接觸、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好，可在油污、灰塵、雨水等惡劣環(huán)境下工作

• 溫度穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬，可達200攝氏度。

各種電流測量方法對比