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您測量電流的方法用對了嗎?

發(fā)布時間:2019-11-27 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】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。
 
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。為了進行精確測量,需要偶爾對探頭進行消磁,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。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
圖1 霍爾效應(yīng)傳感器類型
 
您測量電流的方法用對了嗎?
圖2 電流互感器類型
 
您測量電流的方法用對了嗎?
圖3 混合霍爾效應(yīng)傳感器和電流互感器類型
 
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、開關(guān)電源、逆變器、控制器、傳感器、放大器的瞬時電流等。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
圖4 ZCP0030-50外觀圖
 
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。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
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。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
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。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
您測量電流的方法用對了嗎?
圖7 ZCP0030-50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。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
圖8 100kHz方波響應(yīng)測試
 
您測量電流的方法用對了嗎?
圖9 1MHz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。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
圖10 電流探頭噪聲測試
 
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。
 
您測量電流的方法用對了嗎?
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。
 
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行精確的低電平電流測量。
 
 
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