摘要：電流的準(zhǔn)確測量對測試結(jié)果至關(guān)重要，但想要準(zhǔn)確測量電流就需要選用合適的電流探頭與正確的測試方法,。本文跟您說說電流測量那些事兒,，并帶您了解ZLG致遠(yuǎn)電子的測試方案。

　　在日常的計量測試工作中,，電流是一個相當(dāng)重要的測量值,。和使用采樣電阻產(chǎn)生壓降的方式測量電流相比，電流探頭只需把導(dǎo)線完全繞在探頭磁芯上就可以實現(xiàn)電流測試,。這種方式不需要斷開電源來連接,，可以在不破壞導(dǎo)線的情況下測量流經(jīng)導(dǎo)線的電流，使用十分便捷,。此外,，電流探頭與電壓探頭配合使用能夠測試功率、相位等數(shù)據(jù),，這對于電氣設(shè)計來說是非常有意義的,。

　　一、電流探頭的原理

　　常用電流探頭有霍爾傳感器和測量電流磁場兩種類型,。

　　霍爾效應(yīng)傳感器是一種根據(jù)磁場變化輸出電壓的換能器,，其電流探頭一般是測量直流或低頻信號的。此類電流探頭是利用補償原理實現(xiàn)測量的,，測量范圍可借助于補償放大器, 通過改變轉(zhuǎn)移阻抗加以改變,。

　　電流互感器類型的電流探頭只能用于測量交流電流，常用于高頻測量,?；ジ衅骱诵膬?nèi)的交流電流在核心內(nèi)產(chǎn)生磁場，然后在第二繞組電路中引出電流,，并被饋送至測量儀,。第二繞組的感應(yīng)電壓將與主要繞組電流成正比。電流卡環(huán)是將線圈繞組繞制在導(dǎo)磁率較高的磁性材料上, 當(dāng)被測電流較大時, 存在磁飽和問題,。為了進(jìn)行精確測量,，需要偶爾對探頭進(jìn)行消磁，并在消磁后補償探頭上保留的任何直流偏移,。

　　現(xiàn)在常見的技術(shù)是混合交流/直流電流探頭,，在一個探頭內(nèi)整合了用于測量直流和低頻的霍爾效應(yīng)傳感器元件以及測量交流的電流互感器,。

　　圖1霍爾效應(yīng)傳感器類型

　　圖2 電流互感器類型

　　圖3 混合霍爾效應(yīng)傳感器和電流互感器類型

　　二、ZCP0030-50電流探頭

　　我司研發(fā)的ZCP0030-50電流探頭是混合交流/直流型,，可以測量直流/交流電流，測量模擬帶寬50MHz,，測量精度可達(dá)1%,。這款探頭有30A和5A兩個量程，電流傳輸比分別為0.1V/A 和 1V/A,，主要用于測量馬達(dá),、開關(guān)電源、逆變器,、控制器,、傳感器、放大器的瞬時電流等,。

圖4ZCP0030-50外觀圖

　　三,、ZCP0030-50電流探頭性能測試

　　ZCP0030-5電流探頭性能參數(shù)測試包括17項功能指標(biāo)和1項性能指標(biāo)，綜合精度,、帶寬,、上升時間、分辨率和噪聲等測試,。測試結(jié)果如下表所示,。

　　圖5 ZCP0030-50 測試結(jié)果表

　　1、直流精度測試

　　校準(zhǔn)源輸出不同的被測電流值,，使用六位半萬用表讀取電流探頭的響應(yīng)電壓值,。從測試的數(shù)據(jù)可知，ZCP0030-50在量程范圍內(nèi)的直流精度為±1%±1mV,。

　　圖6 直流精度測試表

　　2,、上升時間測試

　　信號發(fā)生器輸出上升時間5ns的方波，示波器測量經(jīng)過電流探頭后的上升波形時間,。測試結(jié)果顯示為8.5ns,，這個測試時間包括信號發(fā)生器本身的上升時間和示波器探頭的上升時間。電流探頭實際的上升時間利用以下公式計算,。

　　圖7ZCP0030-50上升時間

　　3,、方波響應(yīng)測試

　　方波響應(yīng)主要用來測試電流探頭幅頻響應(yīng)特性。電流探頭能夠完整的重現(xiàn)方波波形,，不出現(xiàn)畸變,，說明探頭的幅頻響應(yīng)平坦。

　　信號發(fā)生器輸出電流峰峰值100mA,，頻率分別100KHz,、1MHz的方波,，示波器顯示相對應(yīng)的方波波形。從圖中可知,，在測試1MHz的電流方波時,，探頭的整體方波響應(yīng)的波形基本上沒有畸變，波形比較平坦,，沒有發(fā)生傾斜,。

　　 圖8 100kHz方波響應(yīng)測試

　　圖91MHz方波響應(yīng)測試

　　4,、噪聲測試

　　噪聲是電流探頭的重要參數(shù)，噪聲的大小直接影響到探頭的分辨率,，噪聲越小,，分辨率越高。使用示波器測試電流探頭的實際噪聲,，測試結(jié)果峰峰值小于10mA,，交流有效值小于1mArms。

　　圖10電流探頭噪聲測試

　　四、正確使用電流探頭

　　1,、電流探頭最大量程

　　電流探頭有兩個最大額定電流：連續(xù)電流,，峰值電流。測試電流超過任何一個都會使電流探頭飽和并磁化探頭從而導(dǎo)致測量結(jié)果錯誤,。

　　需要注意的是最大電流會隨著頻率的增加而減小,，連續(xù)測試超過對應(yīng)頻率的最大電流會導(dǎo)致探頭損壞。我司ZCP0030-50電流探頭可測最大連續(xù)電流為30Arms,，在測試帶寬50MHz處為2Arms,。

　　圖9測試頻率與最大額定電流關(guān)系

　　2、測試不連續(xù)電流

　　測試不連續(xù)電流時要留意電流探頭的安全測試最大時間,，需考慮以下幾個因素：最大峰值電流,、環(huán)境溫度、測試帶寬,。注意：當(dāng)測試電流大小等于峰值電流或者接近峰值電流時探頭的頭部會發(fā)熱,。

　　3、探頭進(jìn)行在線消磁

　　由于電流互感器存在磁飽和問題,，探頭消磁可以有效地對由殘留的直流磁場引起的失調(diào)電壓進(jìn)行補償,。當(dāng)沒有電流流過的導(dǎo)線嵌在鉗口中時，在大部分情況下,，都可以進(jìn)行在線消磁,。

　　4,、提高測量靈敏度

　　使用電流探頭測試小電流的精度與示波器垂直噪聲大小有關(guān)。示波器可以進(jìn)行以下設(shè)置減少垂直噪聲：開啟帶寬限制濾波器,、設(shè)置高分辨率采集模式或者平均模式,。

　　此外，通過在探頭上纏繞多匝被測導(dǎo)體來提高測量靈敏度,。此時信號的強度將按照被測導(dǎo)體在探頭上纏繞的匝數(shù)倍增,。由于多纏繞幾圈會增加探頭的插入阻抗，探頭的帶寬也會降低,，此方法適合測量直流信號或小幅度的低頻交流信號。

　　五,、總結(jié)

　　在計量測試,、電子設(shè)計中，電流探頭的作用是其他探頭無法代替的,。使用電流探頭和示波器可以非常簡便地測量電流,，正確、規(guī)范地使用電流探頭對于測量精度是十分重要的,，此外示波器的垂直噪聲也會妨礙進(jìn)行精確的低電平電流測量,。