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电流的测量

发布日期:2017-12-14 09:46:56 【关闭】
摘要:电流的测量一般按电流的强弱分为大、中、小三个范围。直流电流:105 ~102 A 为大电流; 10-2 ~10-6 A 为中等电流;10-6 ~10-17 A 为小电流。交流电流:105 ~103 A 为大电流;103 ~ 10-3 A 为中等电流;10-3 ~10-7 A 为小电流。

   电流的测量一般按电流的强弱分为大、中、小三个范围。直流电流:10~10A 为大电流;10-2~10-6 A 为中等电流;10-6~10-17 A 为小电流。交流电流:10~10 A 为大电流;10~10-3 A 为中等电流;10-3~10-7 A 为小电流。

   直流大电流的测量常用以下几种方法:

   (1)分流器法。这种方法常用于10kA 以下电流的测量,具有结构简单、牢固可靠、抗干扰能力强等特点。现已有准确度为0.1% ~0.5%,测量范围达100kA 的分流器。但分流器与被测电路有电的联系,所以安装使用不便,且体积庞大,笨重。

   (2)直流互感器法。这种方法与被测电路无直接电的联系,安装较为方便,测量准确度一般可达0.5% ~1%。近来出现了各种补偿式直流互感器使测量准确度提高(可达0.02%),测量范围达到200kA。

   (3)直流比较仪法。这种方法测量范围可达20kA,测量准确度高达10-7。但要求被测电流稳定,且仪器中所用磁心的要求较高,所以一般用于校验仪器。

     (4)霍尔效应法。用被测电流产生的磁场在霍尔元件片上感应的电势确定被测电流,或用霍尔元件作为直流比较仪中的零磁通检测器。后者测量范围可达200kA,准确度可达0.2%,且抗干扰能力强,是一种很有前途的方法。

   (5)磁位计法。这是一种较轻巧的测量装置,被测电流范围几乎不受限制,抗外磁场干扰能力强,测量准确度可达0.5%。、

   (6)核磁共振法。把被测电流转换成磁感应强度,再转换为核磁共振频率,测量装置可直接用数字频率表读数,属于绝对测量的范畴,是测量技术发展的方向。目前已有准确度可达0.05%,可测35kA 的装置。

   交流大电流的测量常用以下三种方法:

   (1)互感器法。在工频范围内多采用互感器。近年来新研制出的零磁通补偿型电流互感器准确度达到0.01%,测量范围达10kA。

   (2)磁位计法。使被测电流的变化在磁位计里产生感应电势,再由积分、放大、存储等环节组成电 子 测 量 设 备。可 测 稳 态 及 暂 态 大 电 流,测 量 范 围 由 几 百 安 培 至 几 万 安 培,准 确 度可达0.5%。

   (3)磁光效应法。利用线性偏振光穿过在磁场作用下的介质时,其偏振方向会旋转,旋转角正比于磁场沿光线路径的线积分原理确定被测电流。这种方法适于测高压大电流,因为只需将磁光物质置于被测电流附近,其他装置均可远离测量点,所以安全、方便。这种测量方法的频率响应好,可用于高频大电流的测量,但准确度不高,一般仅达1% ~5%。

   对微电流(10-9 A 以下)的测量也采用微小电压测量所用的方法。

  本温主要讨论中等量值范围电流的测量方法。测量电流使用仪器仪表的范围和误差情况如表6.2所示(供参考)。

 

 

gooxian-测量电流用仪器仪表的范围和误差

   以下具体讨论几种常用中等电流的测量方法。

   1.在被测电路中直接串入电阻的方法

   图6.3为在被测电路中直接串入电阻取样的方法之一。取样电压一般要经过放大器放大再接到测量装置上。

gooxian-电路中直接串电阻

   为达到一定的测量准确度,对电阻 R 有一些特殊的要求:

   (1)电阻R 的数值选择要合理,要与R 所通过的电流相适应。R 过大,会对被测电流产生较大影响。但从R上取得的电压值也不能太微弱,否则也会影响测量准确度。一般使电阻上的电压在40~100mV 左右。

   (2)电阻R 的热稳定性要好,须采用电阻温度系数小的材料制成。同时,结构上要注意满足电阻 R 的允许功耗和散热条件,一般应使R 的允许功耗比实际功耗大几倍。

   (3)在交流电路中,特别是频率较高的情况下,电阻R 必须选择无感电阻,并且在线路的连接上要注意减小电感和分布电容。

   (4)电阻R 最好是四端钮电阻,即具有一对电流接点串联到电路,一对电位接点引出电压,以降低接触电阻对准确度的影响;对于大电流测量,最好采用标准化的分流器。

   (5)为了避免对测量电路产生不良影响和危险,放大器通常采用隔离放大器。

   2.电流互感器法

   图6.4表示,交流电路中串接一电流互感器(原边)。互感器的副边接一电阻R,从R 上取得电压接到放大器或交直流变换器上。电阻R除其数值大小由互感器的容量伏安值决定外(一般常用电流互感器为10V·A 或5V·A),同样也要考虑图6.3线路对R 的要求。

gooxian-电流互感器

  由图6.5可知:

 

gooxian-电流测量

   从测量准确度的要求来看,应该是I′2 =-I1。从式(6.4)看,要做到这一点必须是激磁阻抗Zm 足够大,副边漏抗Z2 足够小,负载阻抗Zf 不能大于规定的数值。这对电流互感器的设计制造工艺都提出了较高的要求:

  (1)必须采用高导磁材料,并工作在低磁密状态下,在整个量程内不出现饱和,保证Zm 足够大。

  (2)在工艺上保证原副边耦合好,使Z2 尽量减少。

   由于电流互感器副边匝数远大于原边,在使用时副边绝对不允许开路。否则,会使原边电流完全变成激磁电流,铁芯达到高度饱和状态,使铁芯严重发热并在副边产生极高的电压,引起互感器的热破坏和电击穿,并对人身及设备造成伤害。此外,为了人身安全互感器副边一端必须可靠接地(安全接地)。

   对直流大电流的测量也广泛采用直流互感器,关于直流互感器的工作原理请参看有关资料,不再赘述。

   

  

 

  

  

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