高頻電流測量方法及設備介紹

一、概述

       電流：是基本物理量之一，也是工程應用中測量較多的物理量之一。電磁學上把單位時間里通過導體任一橫截面的電量叫做電流強度，簡稱電流，電流符號為I，單位是安培（A）。

二、測量方法

       高頻電流測量方法有很多種，每種方法適用不同的場合，本文介紹幾種目前比較常見的電流測量設備，比較各自的特點和適用的場景。

（1）羅氏線圈

       柔性羅氏線圈(Rogowski Coil)又稱為羅柯夫斯基線圈（柔性電流探頭），是一種空心線圈。一般由線圈和信號處理電路兩部分組成。由若干匝導線均勻對稱地繞制在一定形狀和尺寸的非鐵磁材料上制成，一次側導體垂直穿過骨架中心，當導體中流過變化的電流，導體周圍會產生變化的磁場，由電磁感應原理可知線圈輸出端產生的感應電動勢。

① 能測量從0.1Hz~幾十MHz的交流電流信號，電流范圍廣，從幾毫安(mA)到百萬安培(1200KA)。

② 傳感器部分是空心線圈，可以做到柔性且纖細。

③ 只能測量交流/單次脈沖，無法測量直流。

④ 測量靈敏度受空心線圈橫截面以及長度的影響，因此容易受到導體位置的影響或外來干擾的影響，測量精度不高。

       剛性羅氏線圈分為開環和閉環兩種，相比柔性羅氏線圈擁有更高的測試精度，且無需電池供電或外部供電，主要用于雷電波形、浪涌電流的檢測。

① 能測量從幾Hz~幾百MHz的脈沖電流信號，電流范圍廣，從幾毫安(mA)到百萬安培(1200KA)。

② 剛性羅氏線圈的孔徑一般為100毫米以內，沒辦法像柔性羅氏線圈一樣定制更大的孔徑，且無法測量元器件等間隙較小的設備電流。

③ 只能測量交流/單次脈沖，無法測量直流。

（2）交直流電流鉗

       電流鉗的工作原理是霍爾效應，當被測導線穿過霍爾元件，有電流通過時，半導體的載流子在磁場的作用下發生偏轉，當磁場的洛倫茲力與電場力相平衡時，電子不再偏轉，半導體的兩側會有一個電勢差，即霍爾電動勢?；魻栯妱觿莸拇笮?，反應了被測電流的大小。霍爾電流傳感器是目前使用較多的非接觸式電流傳感器。

① 具有結構簡單、動態特性好、體積小等優點。

② 直流和交流電流都可以測量。

③ 霍爾器件的本質是半導體材料，溫度對其影響很大，會導致霍爾元件的電子濃度、電阻率以及霍爾系數發生變化，從而使得精度受到很大影響，需要通過溫度補償電路進行改善。

④ 如果是持續高頻信號，應該用羅氏線圈或者交流鉗進行測試，否則霍爾元件會發熱燒壞。

（3）電流互感器

       磁通門互感器是利用被測磁場中高導磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下，其磁感應強度與磁場強度的非線性關系來測量弱磁場的。這種物理現象對被測環境磁場來說好像是一道“門"，通過這道“門"，相應的磁通量即被調制，并產生感應電動勢。利用這種現象來測量電流所產生的磁場，從而間接達到測量電流的目的。目前磁通門技術是高性能電流傳感器較好的解決方案。

① 工作磁通量電平小，因此插入阻抗低。

② 磁通門元件上在廣泛溫度范圍內偏移都非常之小，實現了高精度和高穩定。

③ 良好的線性特性，測量小電流也能維持高精度

（4）同軸分流器

       分流器又稱為分流電阻，采樣電阻，英文名為：Shunt或CVR。分流器是基于基本的歐姆定律，它作為一個非常小的已知阻抗，串聯到被測電路中，測量電流流過分流器兩段產生的壓降，根據I=U/R，計算出該電路中的電流。分流器屬于接觸式測量方法，一般用于電壓不高、電流相對較小、頻率較高的情況。

① 分流測量簡單，直流測量精度可以達到比較高的程度。

② 分流器輸入與輸出之間沒有電隔離。

③ 分流器如果電流太大，在電阻上就會產生很高的熱量，需要測量電阻具有很高的精度和溫度穩定性。

④ 分流器檢測高頻或大電流時，不可避免地帶有電感性，因此分流器的接入會影響被測電流波形。