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如何進(jìn)行電流測量

摘要： 如何進(jìn)行電流測量

關(guān)鍵詞： 電流檢測 NI

Abstract：

Key words :

電流簡介

電流是電荷的流動,。電流的標(biāo)準(zhǔn)單位是安培(A),，它等于每秒內(nèi)一庫侖電荷的流量。

雖然有多種方法測量電流，但最常用的方法是進(jìn)行間接測量，即根據(jù)歐姆定律，通過測量精密電阻器上的電壓來測量流過電阻器的電流,。

電流基礎(chǔ)

在固體導(dǎo)電金屬中，有大量的電子是移動的或是自由的,。當(dāng)金屬導(dǎo)線被連接到直流電壓源（如電池）的兩端時,，電壓源會在導(dǎo)體的兩端加上一個電場。一旦連接完成,，在電場的作用下,，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子會被迫流向正極端。

因此,，在典型的固體導(dǎo)體中,，自由電子是電流的載體。對于1安培的電流率而言,，每秒鐘有1庫侖的電荷（即約6.242 × 10¹⁸個電子）流過假想的導(dǎo)體平面,。

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在電學(xué)的早期歷史中,，常規(guī)電流被定義為正電荷的流動。在固體金屬(如導(dǎo)線)中,，正電荷載體是不移動的,，只有帶負(fù)電荷的電子流動。因?yàn)殡娮訑y帶負(fù)電荷,，所以電子流動的方向與常規(guī)電流的方向是相反的。

在解決電路問題時,，流經(jīng)特定電路元件的實(shí)際電流方向通常是未知的,。因此，每個電路元件被分配一個電流變量和一個任意選定的參考方向,。當(dāng)電路問題被解決時,，電路元件的電流值可能為正也可能為負(fù)。負(fù)值意味著流經(jīng)電路元件的實(shí)際電流方向與選定的參考方向是相反的,。

如何進(jìn)行電流測量

電流的測量方法

測量電流主要有兩種方法：一種是基于電磁學(xué)的,，與早期的動圈式（達(dá)松伐爾）儀表有關(guān)，另一種是基于電學(xué)的主要理論歐姆定律的,。

達(dá)松伐爾電流計

達(dá)松伐爾電流計是一種電流表,，是用于檢測和測量電流的儀器。它是一個模擬機(jī)電傳感器,，當(dāng)有電流流過它的線圈時,，它會在有限的表弧上產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)變形。

今天使用的達(dá)松伐爾電流計是用小型旋轉(zhuǎn)線圈繞在永磁體外面制成的,。線圈被系到繞校正刻度盤旋轉(zhuǎn)的薄指針上,。一個小型的扭轉(zhuǎn)彈簧將線圈和指針拉到零的位置。

當(dāng)有直流電流過線圈時,，線圈會產(chǎn)生磁場,。這個磁場與永磁體的磁場方向相反。線圈發(fā)生扭曲,，推動彈簧,，使指針發(fā)生移動。指針指到顯示當(dāng)前電流值的刻度上,。精心設(shè)計的磁極片使磁場均勻,，這樣指針偏轉(zhuǎn)的角度就與電流成比例了。

其它電流表

基本上,，今天的大多數(shù)安培表都是根據(jù)電學(xué)基本理論歐姆定律設(shè)計的?，F(xiàn)代電流表基本上由電壓表和精密電阻組成，利用歐姆定律,，就可以進(jìn)行精確而且具有成本效益的測量了,。

歐姆定律 —— 歐姆定律指出,，在電路中，流過導(dǎo)體兩點(diǎn)間的電流與兩點(diǎn)間的電勢差成正比(或者說,，壓降或電壓),，與兩點(diǎn)間的阻抗成反比。

描述這種關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

I = V/R

其中I為以安培為單位的電流,，V是以伏特為單位的兩點(diǎn)間的電勢差,，R是電路參數(shù)，它以歐姆為單位(相當(dāng)于伏特每安培),，被稱為電阻,。

電流表工作原理—— 今天的電流表通過一個內(nèi)部電阻來測量特定信號的電流。然而,，當(dāng)內(nèi)部的電阻不能測量更大的電流時,，就需要外部的配置了。

為了測量更大的電流,，可以在電流表上并聯(lián)一個被稱為分流電阻的精密電阻,。大部分電流流過分流電阻，只有一小部分電流經(jīng)過電流表,。這就使得電流表可以測量更大的電流,。

只要期望的最大電流乘上電阻的值不會超過電流表或數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入范圍，那么任意的電阻都是可以接受的,。

在使用這種方法測量電流時,，你應(yīng)該使用最小的電阻值，因?yàn)檫@對現(xiàn)有電路造成的干擾最小,。然而,，阻抗越小，造成的電壓降越小,，所以你必須在分辨率和電路干擾間做一個折中 ,。

圖1顯示了通常的利用分流電阻的電流測量原理圖。

圖1. 將分流電阻連接到測量電路中

使用這種方法,，電流不會被直接輸入給安培表或數(shù)據(jù)采集電路板上,，而是要經(jīng)過外部的分流電阻。因而,，只要分流電阻上的電壓降不會超過電流表或數(shù)據(jù)采集電路板的工作電壓范圍,，那么理論上可以測量的電流值是無限大的。

電流公約

常規(guī)電流

常規(guī)電流是今天的電子電路,、傳輸線等中常見的電流測量度量,。它們不符合傳輸標(biāo)準(zhǔn)，而且它們的范圍可以從零到很大的安培數(shù)。

電流環(huán)/4-20mA公約

當(dāng)設(shè)備需要通過一對導(dǎo)體進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測或控制時,，那么需要使用模擬電流環(huán),。在任意的時刻，只存在有一個電流級別,。

“4到20毫安的電流環(huán)”或者4-20mA是工業(yè)儀器和通信的模擬電器傳輸標(biāo)準(zhǔn),。對于電流環(huán)信號而言，4mA表示沒有信號存在,，20mA表示信號100%存在[1],。mA是毫安培的縮寫，即千分之一安培,。

4毫安的"帶電零位" 允許接收儀器區(qū)分零信號和損壞的導(dǎo)線或壞的儀器【1】,。雖然開發(fā)于20世紀(jì)50年代，今天這個標(biāo)準(zhǔn)仍然被廣泛用于工業(yè),。4-20mA公約的好處包括制造商的廣泛使用、相對較低的實(shí)現(xiàn)成本以及對抗電氣噪聲的能力,。此外,，利用帶電零位，你可以直接利用電流環(huán)為低功耗儀器供電,，節(jié)省了額外電線的成本,。

精確度考慮

分流電阻在電路中的放置位置是很重要的。如果外部電路與帶有電流表或數(shù)據(jù)采集電路板的計算機(jī)共地,，那么你應(yīng)該把分流電阻放置在盡可能接近電路的地端的位置上,。如果不這樣的話，由分流電阻產(chǎn)生的共模電壓可能處在電流表或數(shù)據(jù)采集板規(guī)格外,，這將導(dǎo)致不精確的讀數(shù),，甚至可能損壞電路板。圖2顯示了分流電阻正確和不正確的放置位置,。