電流表

電流表是一種測(cè)量?jī)x器，用于在電路中測(cè)量電流強(qiáng)度，當(dāng)它與被測(cè)電路部分串聯(lián)連接時(shí)。

我們?cè)谏弦粋€(gè)教程中看到，永磁動(dòng)圈（PMMC）檢流計(jì)是一種儀器，其中載流線(xiàn)圈放置在永磁場(chǎng)中。

當(dāng)電流（I）通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)反應(yīng)，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)扭矩，使其移動(dòng)。連接到線(xiàn)圈的指針或針指示偏轉(zhuǎn)量（Φ）。

我們還了解到，永磁動(dòng)圈表可以通過(guò)串聯(lián)連接的倍增電阻轉(zhuǎn)換為有效的直流電壓表。但我們也可以使用PMMC表通過(guò)將電阻與表并聯(lián)而不是串聯(lián)來(lái)測(cè)量電流，這構(gòu)成了電流表的基礎(chǔ)。

顧名思義，電流表是一種用于測(cè)量電流（I）的儀器，其名稱(chēng)來(lái)源于測(cè)量單位是“安培”，或更準(zhǔn)確地說(shuō)，安培。

但為了測(cè)量電流，電流表必須連接，以便感興趣的總電流可以通過(guò)它。換句話(huà)說(shuō)，電流表應(yīng)始終與被測(cè)電路或組件串聯(lián)連接。

電流表

但這里存在問(wèn)題。正如我們?cè)谏弦粋€(gè)關(guān)于電壓表的教程中看到的，標(biāo)準(zhǔn)PMMC表的滿(mǎn)量程偏轉(zhuǎn)（FSD）非常小，因此它們只能承載小電流，0到IFSD，以微安（uA）或毫安（mA）給出，這主要是由于PMMC動(dòng)圈繞組中使用的小線(xiàn)徑。

如果我們想測(cè)量比這更大的電路電流或高達(dá)10安培的電流，更高的電流將迫使表的指針超出其最大FSD偏轉(zhuǎn)，這可能會(huì)過(guò)熱或損壞線(xiàn)圈繞組，更不用說(shuō)彎曲指針了。那么我們?nèi)绾问褂脴?biāo)準(zhǔn)PMMC表來(lái)測(cè)量比FSD額定值更大的電流。

為了測(cè)量電路電流，檢流計(jì)必須串聯(lián)連接，并且由于它具有相當(dāng)大的線(xiàn)圈電阻RG，這將對(duì)被測(cè)電流的值產(chǎn)生影響。

當(dāng)使用PMMC表作為電流表時(shí)，其測(cè)量范圍可以通過(guò)并聯(lián)連接的“分流電阻”進(jìn)一步擴(kuò)展，從而允許它測(cè)量比其正常滿(mǎn)量程偏轉(zhuǎn)電流額定值大許多倍的直流電流，因?yàn)橹挥锌傠娏鞯囊恍〔糠謺?huì)通過(guò)表。

電流表分流電阻

電流表的電流靈敏度由表線(xiàn)圈產(chǎn)生所需FSD指針運(yùn)動(dòng)所需的電流量決定。線(xiàn)圈移動(dòng)的量，稱(chēng)為“偏轉(zhuǎn)”（Φ），與通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)針?biāo)璐艌?chǎng)的電流強(qiáng)度成正比，以每安培的度數(shù)（或弧度）給出，o/A（或rad/A）。

因此，產(chǎn)生所需偏轉(zhuǎn)所需的電流量越小，表的靈敏度越高。然后電流表的指針響應(yīng)電流而移動(dòng)，因此如果表運(yùn)動(dòng)僅需要100uA進(jìn)行滿(mǎn)量程偏轉(zhuǎn)，它將比需要1mA進(jìn)行FSD的表運(yùn)動(dòng)具有更高的靈敏度。

通過(guò)將外部分流電阻與表并聯(lián)連接，而不是像電壓表那樣串聯(lián)連接，我們可以擴(kuò)展其運(yùn)動(dòng)的使用范圍。這是因?yàn)椴⒙?lián)連接的電阻形成電流分配網(wǎng)絡(luò)，顧名思義，根據(jù)其電阻值分配被測(cè)電流，如圖所示。

電流表電路

電流表電路

這里，低電阻分流器與PMMC表端子并聯(lián)（分流）連接，設(shè)計(jì)用于承載大部分電路電流，因此只有一小部分電流流過(guò)表的繞線(xiàn)線(xiàn)圈。

因此，分流電阻增加了電流表的范圍，表的電流IG與總電路電流IT成正比，產(chǎn)生所需的電壓降以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)量程偏轉(zhuǎn)。

讓我們假設(shè)我們希望使用100uA，200Ω檢流計(jì)來(lái)測(cè)量高達(dá)1.0安培的電路電流。顯然，我們不能直接將表連接到電路中測(cè)量一安培。

但通過(guò)使用歐姆定律，我們可以計(jì)算出分流電阻RS的值，當(dāng)用于測(cè)量高達(dá)一安培的電路電流時(shí)，該電阻將產(chǎn)生滿(mǎn)量程表運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)的IG x RG電壓降。

使用歐姆定律的電流表

因此，如果檢流計(jì)給出滿(mǎn)量程偏轉(zhuǎn)的電流為100uA，則所需的分流電阻RS計(jì)算為0.02Ω。對(duì)于20mV（V = I*R = 100μA x 200Ω）的電壓降，100uA將通過(guò)PMMC表流動(dòng)，999.9mA通過(guò)低電阻分流電阻。

因此，幾乎所有的電路電流（IT）都通過(guò)分流電阻，只有非常小的一部分電流用于FSD通過(guò)動(dòng)圈，從而通過(guò)簡(jiǎn)單地并聯(lián)一個(gè)足夠小的電阻將檢流計(jì)轉(zhuǎn)換為電流表，如圖所示。

電流表分流電阻

電流表分流電阻

注意，這個(gè)分流電阻RS將始終低于線(xiàn)圈的內(nèi)部電阻RG，以將電路電流從線(xiàn)圈繞組中分流出去。然后，表的運(yùn)動(dòng)與這個(gè)外部分流電阻的組合形成一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬電流表的基礎(chǔ)，無(wú)論特定表的FSD是多少。

例如，相同的檢流計(jì)可以用于測(cè)量0到1安培，0到5安培或0到10安培等的電流，只需使用不同值的分流電阻與相同的表運(yùn)動(dòng)并相應(yīng)地修改表的刻度。

電流表示例No1

一個(gè)檢流計(jì)的內(nèi)部動(dòng)圈電阻為100Ω，并在3mA時(shí)產(chǎn)生滿(mǎn)量程偏轉(zhuǎn)。計(jì)算將PMMC表轉(zhuǎn)換為范圍為0到5安培的直流電流表所需的分流電阻值。

給定數(shù)據(jù)：RG = 100Ω，IG = 3mA和IT(max) = 5安培

檢流計(jì)分流電阻

因此，需要0.06Ω或60毫歐（60mΩ）的電阻來(lái)測(cè)量最大5安培的電流強(qiáng)度。

電流表示例No2

一個(gè)PMMC表的線(xiàn)圈電阻為200Ω，線(xiàn)性指針刻度標(biāo)記為25個(gè)分度。如果表的靈敏度為每分度4mA，計(jì)算測(cè)量最大20安培電流所需的分流電阻。

如果4mA = 1分度，則25分度 = 25*4mA = 100mA，或0.1安培。因此，PMMC表的FSD為100mA。

電壓表串聯(lián)電阻

然后希望我們可以看到，電流表給出的總電阻大約等于連接的分流電阻RS的值，并且隨著被測(cè)電路電流的增加而明顯變小。

因此，當(dāng)電流表與要測(cè)量電流的電路組件串聯(lián)連接時(shí)，其負(fù)載效應(yīng)大大降低。理想情況下，電流表的總電阻為零。

由于用于電流表的分流電阻的電阻值非常低，通常它們必須由相對(duì)較大直徑的導(dǎo)線(xiàn)或?qū)嵭你~條制成。高電流分流器通常作為校準(zhǔn)的銅條出售，以產(chǎn)生特定的毫伏（mV）電壓降。

電流測(cè)量

正如我們之前在關(guān)于電壓表的教程中看到的，使用檢流計(jì)的測(cè)量?jī)x器可以通過(guò)添加適當(dāng)范圍的電阻和選擇開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換為多量程表。我們的簡(jiǎn)單直流電流表可以通過(guò)具有多個(gè)分流電阻進(jìn)一步擴(kuò)展，每個(gè)電阻針對(duì)特定電流范圍大小。

通過(guò)使用單個(gè)多極4或5位開(kāi)關(guān)逐一選擇每個(gè)電阻，將允許我們的電流表用單個(gè)運(yùn)動(dòng)測(cè)量更廣泛的電流范圍。這種類(lèi)型的電流表配置稱(chēng)為多量程電流表。

直接多量程電流表配置

在這種電流表配置中，多量程電流表的每個(gè)分流電阻RS如前所述與表并聯(lián)（分流）連接，以提供所需的安培范圍。

因此，如果我們假設(shè)上述100uA FSD表需要測(cè)量以下電流范圍1mA，10mA，100mA和1A，則所需的分流電阻如前所述計(jì)算為：

電流表電阻值

給出一個(gè)直接多量程電流表電路：

直接多量程電流表方法

雖然這種直接電壓表配置可以工作，但其設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要問(wèn)題是使用的多位置選擇開(kāi)關(guān)類(lèi)型。大多數(shù)開(kāi)關(guān)具有“先斷后通”（B-M）動(dòng)作，這意味著當(dāng)開(kāi)關(guān)從一個(gè)位置旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)位置以讀取不同的電流時(shí)，在一個(gè)小瞬間，分流電阻實(shí)際上與表斷開(kāi)連接，因此所有被測(cè)電路電流都通過(guò)表的動(dòng)圈分流，這可能會(huì)或可能不會(huì)損壞它。

克服這個(gè)問(wèn)題的一種方法是使用更昂貴的“先通后斷”（M-B）動(dòng)作開(kāi)關(guān)，或者以這樣一種方式配置分流電阻的連接，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們?nèi)匀槐３衷陔娐分?，從而保護(hù)精密的表運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方法是使用間接直流電流表方法。

間接多量程電流表配置

一個(gè)更實(shí)用的設(shè)計(jì)是間接電流表配置，其中一個(gè)或多個(gè)分流電阻串聯(lián)連接在表上以提供所需的電流范圍。這里的優(yōu)勢(shì)是，除了使用標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選值作為分流電阻外，任何時(shí)候精密的表運(yùn)動(dòng)都被電阻值分流。

因此，如果我們?cè)俅渭僭O(shè)我們的50mV FSD表和電流范圍1mA，10mA，100mA和1A如前所述，則所需的電阻值重新計(jì)算為：

間接分流電阻值

給出一個(gè)間接多量程電流表電路：

間接多量程電流表方法

然后我們?cè)谶@里看到，在這種間接4位模擬電流表配置中，要測(cè)量的電流越高，開(kāi)關(guān)選擇的分流電阻值越低。與PMMC表并聯(lián)的總電阻將是電阻的總和，因?yàn)镽TOTAL = RS1 + RS2 + RS3 + RS4。

顯然，雖然兩種電路，直接和間接電流表配置都能夠讀取相同的電流強(qiáng)度，但間接電流表配置是首選，因?yàn)樗谶x擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)時(shí)保護(hù)PMMC表免受過(guò)流條件的影響。

模擬電流表提供快速準(zhǔn)確的電路電流讀數(shù)，并且相同的檢流計(jì)運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)改變分流電阻的電阻值來(lái)顯示一系列電流強(qiáng)度。零中心電流表可用，并且對(duì)于顯示電流方向有用，即它們可以指示“正”電流或“負(fù)”電流流動(dòng)。

分流電阻值的選擇最終將取決于用作電流表的檢流計(jì)的FSD以及被測(cè)電流水平，無(wú)論表的刻度是以安培，毫安還是微安校準(zhǔn)。

但如果我們想測(cè)量10安培甚至100安培的電流呢。同樣的原則適用，只是電流分流器需要是一個(gè)極低值的電阻，通常在毫歐（mΩ）或更小的值。

高電流直流電流表配有校準(zhǔn)的分流器，以提供分流器上的必要電壓降，為PMMC表供電。低至10mV或20mV的電壓降可用于提供主要直流電流的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，以便表顯示滿(mǎn)量程讀數(shù)，達(dá)到數(shù)百安培。

但也要記住，當(dāng)為承載大量電流的電流表分流電阻大小時(shí)，需要考慮其I2R功率耗散，否則電阻可能會(huì)過(guò)熱并遭受損壞。

測(cè)量大交流電流需要使用電流互感器。正如我們?cè)陉P(guān)于電流互感器的教程中討論的那樣，5A滿(mǎn)量程電流表可以與適當(dāng)?shù)碾娏骰ジ衅饕黄鹗褂?，并與所選變壓器一起校準(zhǔn)。