电流的测量

电流表的量程扩展和接入电阻 内阻变化对测量结果的影响。
3.1
概述
电流按电路频率可分为直流、工频、 低频、高频和超频电流。 测量电流时，除要注意其大小量值外， 还要注意其频率的高低。
3.2 直流电流的测量
3.2.1 直流电流测量的一般方法
直流电流的测量一般可采用直 接测量法和间接测量法两种方法。 测量直流电流可采用模拟直流 电流表、模拟万用表、数字多用表 等仪表。
采用间接测量的原因主要有两个：
（1）模拟式电流表的阻抗不能做到很 小，更不可能接近于零，电流表本身的 内阻将给电路带来一定的影响。 （2）电流的直接测量必须将电流表串 联在电路中，这样，为了测定电流，必 须断开电路，给测量带来麻烦。
3.2.2 模拟直流电流表的工作原理
1．磁电式仪表测量直流电流的工作原理
E I1 Rg Rm
I2
E Rg Rm R
Rg Rm R0 I2 所以： I1 m R g R m R x R 0 R x R0 m R0 Rx
R0= Rg+ Rm 为中值电阻,由上式可见，Rx=Ro时，指针偏转到中间刻度
4 欧姆表
（一）电流的测量
内容提要：
介绍直流电流和交流电流测量的 一般方法：对常用的模拟直流电流 表、交流电流表、数字万用表的构 成和工作原理进行分析；给出了直 流和交流电流的测量方案。
重点：
掌握直流电流和交流电流测 量的一般方法：了解常用的模拟 直流电流表、交流电流表、数字 万用表的构成和工作原理。
难点：
练习：用电压表和电流表测量电阻值可用下图电路
(a)
(b)
设电压表内阻为Rv，电流表内阻为RA，求 被测电阻R的绝对误差和相对误差？这两 种电路分别适用于测量什么范围的内阻？
解：设被测电阻真值为 Rxo 对于图（a） 给出值：
V V Rx V V I Rxo RV
R 绝对误差： Rx Rx Rxo Rxo RV
普通磁电式万用表的内部测量电路中 加入了一个二极管整流电路，它将交流变 成了单方向的脉动电流，因而指针能够偏 转，一般可以测量低频（45～500Hz）正 弦交流电流。
2．电磁式电流表测量交流的工作原理
电磁式仪表由可动软磁片（铁芯）与固定 线圈组成。当线圈中通过被测电流I时，对铁 芯产生吸引力或排斥力，铁芯转动带动指针偏 转。 1 2 dL I （4-2） 2W d
3.3.1
交流电流测量的一般方法
在电子电路中，交流电流的测量 可采用直接测量法和间接测量法两种 方法。一般情况下，采用间接测量法。
交流电流测量特有的性质：
（1）模拟式电流表在交流状态下呈现一 个阻抗，电流表在高频运用状态下的等 效电路，如图3.6所示。
R0 A C1 C2 L0 B
C0
图3.6电流表的等效电路
• 通过热电现象，先把高频电流转为直流电， 再测量直流电（常用磁电式电流表）的大 小，从而间接地反映出被测高频电流的量 值。
热电偶电表，如图3.8所示。
R 0
D
E
C A B
图3.8 热电偶电表原理图
2．热电式电流表的量程扩展 ①分流法 • 从原理讲可分为电阻、电容和电感 等三种分流法。
②变流法
• 磁电式表头主要由可动线圈、游丝和永久磁铁 组成。线圈框架的转轴上固定了读数指针，当 线圈中流过电流时，在磁场的作用下，可动线 圈发生偏转，上面固定的读数指针也偏转，偏 转的角度为 SI I • （4-1）
式中
——指针偏转角；
S I ——电流灵敏度；
I ——线圈中流过的电流。
2．磁电式仪表的量程扩展
5．整流式表头的工作原理
• 采用整流电路把交流电转变为直流电。常 用的整流电路有半波整流和全波整流，如 图3.2 (a) (b)所示。 V4
Rg V1
V2
Rg
V1
V2
V3
(a)半波整流式表头
(b) 全波整流式表头
图3.2整流式表头原理图
3.2.3 数字式万用表测量直流的原理
• 测量过程如图3.3所示。
被测信号 模拟电压 数字量 A/D 转换器 电子 计数器
转换电路
译码显示 器
图3.3数字式万用表的测量过程
测量原理：
• 数字式万用表直流电流档的基础 是数字式电压表。它通过电流— 电压转换电路，使被测电流流过 标准电阻，将标准电阻上的电流 转换成电压来进行测量。
• 电流—电压转换电路如图3.4所示
Ix
１
K 1 2mA R N1
2
K 2 20mA R N2
3
K 3 200mA R N3
4
K 4
2A R N4
5
K 5 5A R N5
0
图3.4电流-电压转换电路
3.2.4
直流电流的测量方案
1.用模拟式万用表测量 测量过程如图3.5所示。
被测信号 转换电路 电流信号 微安表头
图3.5模拟式万用表的测量过程
2.用数字式万用表测量
• 数字表串联在被测电路中的，取样电阻 的阻值会对被测电路产生一定的影响。
3.用间接测量法测量直流电流
• 在被测支路串联一定电阻R，测量该电阻 两端的直流电压U，然后根据欧姆定律求 出被测电流I=U/R。
3.3 交流电流的测量
交流或工频（50Hz）的电流测量，一 般 用于电力系统及电工技术领域。主要特点 是 测量数值很大，可达数千安培。 高频或低频电流的测量，一般用于电 子 技术领域，其测量数值为毫安或数安培。
2 xo
Rx Rxo 100% 相对误差： Rxo Rxo RV
对于图（b） 给出值：
V IRA IRxo Rx RA Rxo I I
绝对误差： Rx Rx Rxo RA 相对误差：
Rx RA 100% Rxo Rxo
当 R 较小，测量时用（a），较大时用（b） x 对于（a）图，测量不受 RA 的影响 对于（b）图，测量不受 RV 的影响
测量大电流，需要加接分流器
R 3 R 2 R g R 1
Rg
I0
A B
3
R S
2
1
Ix
A
B
(a)单量限电流Hale Waihona Puke Baidu的示意图
(b)多量限电流表的示意图
图 3.1 电流表的量程扩展电路 图
3 多档电压表
多档直流电压表设计: 同理，可将磁电式表头串联上分压电阻，把表
盘刻度按电压刻度，就可得到多档电压表，分压电阻越大，量程就越大。 令Ug=IgRg,分压电阻Rm，量程Vm，m=1,2,3,4
由右图可得：Vm=Ig（Rg+Rm)
等式两端同时除以Ug=IgRg 则：Vm/Ug=Rm/Rg+1=n
可见，n为分压系数，分压电阻Rm=(n-1)Rg
此时，环路总阻Ro=Rg+Rm 且(Rg+Rm）/Vm=1/Ig=常数Su
（电压灵敏度，单位Ω/v）
多档电压表电路
4 欧姆表
一.工作原理
万用表常用如右图所示的串联型电阻测量电路。 在测量之前，必须先短路测量端子，将K置于1端，(即被测量R=0)。 这时，调节电阻Rm使指针 恰好指满偏点。 而后K接通2， 测量未知电阻R 。 设满偏点的角度为θm ,测量R的偏角是θ 。 当R=0时， θ= θm；有：
式中 ——指针偏转角； L ——线圈自感； I ——线圈中流过的电流； W ——与结构相关的常系数。
3．电磁式电流表的量程扩展
当要扩大量程时，可以采用加粗线径和减 少匝数的办法。通常采用线圈分段串并联的方 法。如图3.7所示。
I
4I 2I
图3.7
多量限电流表的线路
3.3.3
热电式电流表
1．热电式电流表的工作原理
4 欧姆表
观察前图中的欧姆标尺，可见 nR0和R0/n是在中值 R0两边的 对称位置上。 还可见，电阻值成倍变化时，标尺中部的 改变宽而两端的改变窄。 这说明标尺中部读数误差较小，精 确度高。 所以在使用欧姆表时，必须利用换档，让读数在标
尺中部。
10倍率分档的换档边界是R0 /√10 和 √10 R0 。 前档 小阻值的上限恰好是后档的大阻值下限。 界限R0 /√10和 √10 R0 在基础尺上的位置分别是7.60和2.40 。 为了方便 记忆，常近似用基础尺的8和2作换档边界。
（2）在超高频段，电路或元件受分布参数的影 响，电流的分布也是不均匀的，无法用电流表来 测量各处的电流值。 （3）利用取样电阻的间接测量法，可将交流电 流的测量转换成交流电压的测量，一切测量交流 电压的方法都可用来完成交流电流的测量。但当 电路工作频率在20kHz以上时，不能选用普通线 绕电阻作为取样电阻，高频时应采用薄膜电阻。
采用变流器进行分流的方法。如图3.9所
示。
F
I1
L1 L2
H
I2
A C
B
D
R 0
E
图3.9变流法扩大量程
本章小结
• 1、电流的测量方法可以分为直接测量法和 间接测量法。 • 2、直流电流的测量可采用磁电式电流表、 数字电压万用表等仪表。交流电流的测量 可采用电磁式电流表、热电式电流表等仪 表。 • 3、典型仪表的工作原理和量程扩大。
因此，在交流电流测量时，只在低频 （45~500Hz）电流的测量中，用交流电 流表或具有交流电流测量档的普通万用表 或数字万用表串联在被测电路中进行交流 的直接测量。一般交流的测量都采用间接 测量法，即先用交流电压表测出电压后， 再用欧姆定律换算成电流。
3.3.2 模拟交流电流表的工作原理
1．磁电式电流表测量交流的工作原理
显然有，当R = 0时,θ = θm ；当R = R0（欧姆表内阻）时, θ =θ 基础上、画出欧姆直读标尺，如下图所示。
m
/2
当R→∞时,θ → 0 。 现在利用以上等式，可在满偏为10的均匀直流标尺
欧姆读数标尺
可见：欧姆刻度是非均匀刻度，读数越大，刻度越密。 测量时尽量让指针偏转到中间位置读数，误差较小。