高频电流测量方法及设备介绍

一、概述

       电流：是基本物理量之一，也是工程应用中测量较多的物理量之一。电磁学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流，电流符号为I，单位是安培（A）。

二、测量方法

       高频电流测量方法有很多种，每种方法适用不同的场合，本文介绍几种目前比较常见的电流测量设备，比较各自的特点和适用的场景。

（1）罗氏线圈

       柔性罗氏线圈(Rogowski Coil)又称为罗柯夫斯基线圈（柔性电流探头），是一种空心线圈。一般由线圈和信号处理电路两部分组成。由若干匝导线均匀对称地绕制在一定形状和尺寸的非铁磁材料上制成，一次侧导体垂直穿过骨架中心，当导体中流过变化的电流，导体周围会产生变化的磁场，由电磁感应原理可知线圈输出端产生的感应电动势。

① 能测量从0.1Hz~几十MHz的交流电流信号，电流范围广，从几毫安(mA)到百万安培(1200KA)。

② 传感器部分是空心线圈，可以做到柔性且纤细。

③ 只能测量交流/单次脉冲，无法测量直流。

④ 测量灵敏度受空心线圈横截面以及长度的影响，因此容易受到导体位置的影响或外来干扰的影响，测量精度不高。

       刚性罗氏线圈分为开环和闭环两种，相比柔性罗氏线圈拥有更高的测试精度，且无需电池供电或外部供电，主要用于雷电波形、浪涌电流的检测。

① 能测量从几Hz~几百MHz的脉冲电流信号，电流范围广，从几毫安(mA)到百万安培(1200KA)。

② 刚性罗氏线圈的孔径一般为100毫米以内，没办法像柔性罗氏线圈一样定制更大的孔径，且无法测量元器件等间隙较小的设备电流。

③ 只能测量交流/单次脉冲，无法测量直流。

（2）交直流电流钳

       电流钳的工作原理是霍尔效应，当被测导线穿过霍尔元件，有电流通过时，半导体的载流子在磁场的作用下发生偏转，当磁场的洛伦兹力与电场力相平衡时，电子不再偏转，半导体的两侧会有一个电势差，即霍尔电动势?；舳缍频拇笮?，反应了被测电流的大小?；舳缌鞔衅魇悄壳笆褂媒隙嗟姆墙哟ナ降缌鞔衅?。

① 具有结构简单、动态特性好、体积小等优点。

② 直流和交流电流都可以测量。

③ 霍尔器件的本质是半导体材料，温度对其影响很大，会导致霍尔元件的电子浓度、电阻率以及霍尔系数发生变化，从而使得精度受到很大影响，需要通过温度补偿电路进行改善。

④ 如果是持续高频信号，应该用罗氏线圈或者交流钳进行测试，否则霍尔元件会发热烧坏。

（3）电流互感器

       磁通门互感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门"，通过这道“门"，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接达到测量电流的目的。目前磁通门技术是高性能电流传感器较好的解决方案。

① 工作磁通量电平小，因此插入阻抗低。

② 磁通门元件上在广泛温度范围内偏移都非常之小，实现了高精度和高稳定。

③ 良好的线性特性，测量小电流也能维持高精度

（4）同轴分流器

       分流器又称为分流电阻，采样电阻，英文名为：Shunt或CVR。分流器是基于基本的欧姆定律，它作为一个非常小的已知阻抗，串联到被测电路中，测量电流流过分流器两段产生的压降，根据I=U/R，计算出该电路中的电流。分流器属于接触式测量方法，一般用于电压不高、电流相对较小、频率较高的情况。

① 分流测量简单，直流测量精度可以达到比较高的程度。

② 分流器输入与输出之间没有电隔离。

③ 分流器如果电流太大，在电阻上就会产生很高的热量，需要测量电阻具有很高的精度和温度稳定性。

④ 分流器检测高频或大电流时，不可避免地带有电感性，因此分流器的接入会影响被测电流波形。