小知識(shí)，其他幾種電流測(cè)量方式介紹

其他幾種電流測(cè)量方式介紹

1 磁電流傳感器分類(lèi)和工作原理

磁電流傳感器的種類(lèi)很多，按照測(cè)試原理可以劃分為：羅氏（Rogowski）線圈、電流互感器、分流器、巨磁阻效應(yīng)（GMR）、巨磁阻抗（GMI）各向異性（AMR）、隧道效應(yīng)（TMR）、光學(xué)效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等等。

Rogowski 線圈測(cè)量電流的基本原理是電磁感應(yīng)和安培環(huán)路定律，又叫電流測(cè)量線圈或者微分電流傳感器，如下圖所示。根據(jù)線圈上的感應(yīng)電流信號(hào)與通過(guò)線圈的額電流變化率成正比的顧慮，通過(guò)積分還原一次回路電流值。這是一種交流電流的測(cè)量方法。

Rogowski 線圈不含磁性材料，所以沒(méi)有磁滯效應(yīng)和磁飽和現(xiàn)象，測(cè)量的范圍從數(shù)安培到幾千安培，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量回路與被測(cè)電流之間沒(méi)有直接的關(guān)系，具有測(cè)量范圍廣、精度高、穩(wěn)定性高、響應(yīng)頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)測(cè)量交流、直流和瞬態(tài)電流，用在繼電保護(hù)、可控硅整流、變頻調(diào)速等場(chǎng)合。

電流互感器是用來(lái)測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)控用電設(shè)備的重要器件，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，電流互感器的可靠性與整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行非常緊密。

電流互感器的基本原理圖如下圖所示。通過(guò)設(shè)計(jì)原邊與副邊的繞組匝數(shù)關(guān)系，用副邊的感應(yīng)電流值的大小去反應(yīng)原邊電流值的大小。由于電流互感器的特性，二次負(fù)載阻抗很小，接近于零，所以，對(duì)外部電路的要求較低。這是一種常見(jiàn)的交流測(cè)量方式。準(zhǔn)確度高、工藝成熟、制造方便，能滿(mǎn)足一般測(cè)量要求。

分流器測(cè)量電流的基本原理是歐姆定律，是通過(guò)被測(cè)電流電路中串聯(lián)電阻兩端的電壓來(lái)測(cè)量直流電流。

它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在低頻小電流測(cè)量中，具有非常高的精度和快的響應(yīng)時(shí)間，在大電流測(cè)量中，會(huì)有很大的誤差。因?yàn)榉至髌鞯牟牧弦话闶倾~的合金，為了測(cè)量準(zhǔn)確，導(dǎo)體電阻不宜過(guò)小，但大電流會(huì)產(chǎn)生大量歐姆熱；如果減小導(dǎo)體電阻，又勢(shì)必增加分流器的尺寸，降低精度，提高生產(chǎn)的成本。一般分流器更適合于偏小的電流測(cè)量，其實(shí)物圖如下圖所示。

各向異性磁電阻（簡(jiǎn)稱(chēng) AMR）電流傳感器，敏感元件的材料是坡莫合金。鐵磁材料具備一種特別的屬性，鐵磁材料的電阻率隨自身磁化強(qiáng)度和電流方向夾角的改變而變化。外部磁場(chǎng)施加到鐵磁性材料上，鐵磁材料的長(zhǎng)度方向上施加一個(gè)垂直于磁場(chǎng)的電流，鐵磁材料自身阻值的變化，可以轉(zhuǎn)化為元件端電壓的變化。如下圖所示。各向異性磁電阻，靈敏度高，對(duì)平行磁場(chǎng)的響應(yīng)迅速，主要應(yīng)用在伺服系統(tǒng)、變速傳動(dòng)裝置、過(guò)載電流保護(hù)等領(lǐng)域。

AMR 磁阻電流傳感器工作原理

巨磁電阻效應(yīng)（GMR），與 AMR 效應(yīng)相比， GMR 效應(yīng)具有更大的磁電阻變化率。磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)，較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化。這種現(xiàn)象在坡莫合金和鐵磁性材料中非常明顯。這種電流檢測(cè)手段，單從理論上描述，情形與前面的“各向異性磁電阻”非常近似，但其具體結(jié)構(gòu)形式相差很大。巨磁阻元件對(duì)微弱磁場(chǎng)的敏感性更高，可以精確的測(cè)量直流和交流電流，具有尺寸小、寬響應(yīng)頻率、無(wú)殘余磁場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但是工藝相對(duì)復(fù)雜，成本也較高。主要用于高精度小電流的測(cè)量。

光纖電流傳感器，是基于法拉第效應(yīng)來(lái)檢測(cè)電流大小的傳感器。通過(guò)測(cè)量光波在通過(guò)磁光材料時(shí)，其偏振面由于電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度的大小，來(lái)確定電流的大小。光纖電流傳感器，體積小、質(zhì)量輕、測(cè)量帶寬、準(zhǔn)確度高、無(wú)飽和現(xiàn)象、抗電磁能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中電流的測(cè)量。