電流表

電流表是一種測量儀器，用于在電路中測量電流強度，當它與被測電路部分串聯連接時。

我們在上一個教程中看到，永磁動圈（PMMC）檢流計是一種儀器，其中載流線圈放置在永磁場中。

當電流（I）通過線圈時，產生的電磁場與永磁場反應，產生偏轉扭矩，使其移動。連接到線圈的指針或針指示偏轉量（Φ）。

我們還了解到，永磁動圈表可以通過串聯連接的倍增電阻轉換為有效的直流電壓表。但我們也可以使用PMMC表通過將電阻與表并聯而不是串聯來測量電流，這構成了電流表的基礎。

顧名思義，電流表是一種用于測量電流（I）的儀器，其名稱來源于測量單位是“安培”，或更準確地說，安培。

但為了測量電流，電流表必須連接，以便感興趣的總電流可以通過它。換句話說，電流表應始終與被測電路或組件串聯連接。

電流表

但這里存在問題。正如我們在上一個關于電壓表的教程中看到的，標準PMMC表的滿量程偏轉（FSD）非常小，因此它們只能承載小電流，0到IFSD，以微安（uA）或毫安（mA）給出，這主要是由于PMMC動圈繞組中使用的小線徑。

如果我們想測量比這更大的電路電流或高達10安培的電流，更高的電流將迫使表的指針超出其最大FSD偏轉，這可能會過熱或損壞線圈繞組，更不用說彎曲指針了。那么我們如何使用標準PMMC表來測量比FSD額定值更大的電流。

為了測量電路電流，檢流計必須串聯連接，并且由于它具有相當大的線圈電阻RG，這將對被測電流的值產生影響。

當使用PMMC表作為電流表時，其測量范圍可以通過并聯連接的“分流電阻”進一步擴展，從而允許它測量比其正常滿量程偏轉電流額定值大許多倍的直流電流，因為只有總電流的一小部分會通過表。

電流表分流電阻

電流表的電流靈敏度由表線圈產生所需FSD指針運動所需的電流量決定。線圈移動的量，稱為“偏轉”（Φ），與通過線圈產生偏轉針所需磁場的電流強度成正比，以每安培的度數（或弧度）給出，o/A（或rad/A）。

因此，產生所需偏轉所需的電流量越小，表的靈敏度越高。然后電流表的指針響應電流而移動，因此如果表運動僅需要100uA進行滿量程偏轉，它將比需要1mA進行FSD的表運動具有更高的靈敏度。

通過將外部分流電阻與表并聯連接，而不是像電壓表那樣串聯連接，我們可以擴展其運動的使用范圍。這是因為并聯連接的電阻形成電流分配網絡，顧名思義，根據其電阻值分配被測電流，如圖所示。

電流表電路

電流表電路

這里，低電阻分流器與PMMC表端子并聯（分流）連接，設計用于承載大部分電路電流，因此只有一小部分電流流過表的繞線線圈。

因此，分流電阻增加了電流表的范圍，表的電流IG與總電路電流IT成正比，產生所需的電壓降以實現滿量程偏轉。

讓我們假設我們希望使用100uA，200Ω檢流計來測量高達1.0安培的電路電流。顯然，我們不能直接將表連接到電路中測量一安培。

但通過使用歐姆定律，我們可以計算出分流電阻RS的值，當用于測量高達一安培的電路電流時，該電阻將產生滿量程表運動和相應的IG x RG電壓降。

使用歐姆定律的電流表

因此，如果檢流計給出滿量程偏轉的電流為100uA，則所需的分流電阻RS計算為0.02Ω。對于20mV（V = I*R = 100μA x 200Ω）的電壓降，100uA將通過PMMC表流動，999.9mA通過低電阻分流電阻。

因此，幾乎所有的電路電流（IT）都通過分流電阻，只有非常小的一部分電流用于FSD通過動圈，從而通過簡單地并聯一個足夠小的電阻將檢流計轉換為電流表，如圖所示。

電流表分流電阻

電流表分流電阻

注意，這個分流電阻RS將始終低于線圈的內部電阻RG，以將電路電流從線圈繞組中分流出去。然后，表的運動與這個外部分流電阻的組合形成一個簡單的模擬電流表的基礎，無論特定表的FSD是多少。

例如，相同的檢流計可以用于測量0到1安培，0到5安培或0到10安培等的電流，只需使用不同值的分流電阻與相同的表運動并相應地修改表的刻度。

電流表示例No1

一個檢流計的內部動圈電阻為100Ω，并在3mA時產生滿量程偏轉。計算將PMMC表轉換為范圍為0到5安培的直流電流表所需的分流電阻值。

給定數據：RG = 100Ω，IG = 3mA和IT(max) = 5安培

檢流計分流電阻

因此，需要0.06Ω或60毫歐（60mΩ）的電阻來測量最大5安培的電流強度。

電流表示例No2

一個PMMC表的線圈電阻為200Ω，線性指針刻度標記為25個分度。如果表的靈敏度為每分度4mA，計算測量最大20安培電流所需的分流電阻。

如果4mA = 1分度，則25分度 = 25*4mA = 100mA，或0.1安培。因此，PMMC表的FSD為100mA。

電壓表串聯電阻

然后希望我們可以看到，電流表給出的總電阻大約等于連接的分流電阻RS的值，并且隨著被測電路電流的增加而明顯變小。

因此，當電流表與要測量電流的電路組件串聯連接時，其負載效應大大降低。理想情況下，電流表的總電阻為零。

由于用于電流表的分流電阻的電阻值非常低，通常它們必須由相對較大直徑的導線或實心銅條制成。高電流分流器通常作為校準的銅條出售，以產生特定的毫伏（mV）電壓降。

電流測量

正如我們之前在關于電壓表的教程中看到的，使用檢流計的測量儀器可以通過添加適當范圍的電阻和選擇開關轉換為多量程表。我們的簡單直流電流表可以通過具有多個分流電阻進一步擴展，每個電阻針對特定電流范圍大小。

通過使用單個多極4或5位開關逐一選擇每個電阻，將允許我們的電流表用單個運動測量更廣泛的電流范圍。這種類型的電流表配置稱為多量程電流表。

直接多量程電流表配置

在這種電流表配置中，多量程電流表的每個分流電阻RS如前所述與表并聯（分流）連接，以提供所需的安培范圍。

因此，如果我們假設上述100uA FSD表需要測量以下電流范圍1mA，10mA，100mA和1A，則所需的分流電阻如前所述計算為：

電流表電阻值

給出一個直接多量程電流表電路：

直接多量程電流表方法

雖然這種直接電壓表配置可以工作，但其設計中的一個主要問題是使用的多位置選擇開關類型。大多數開關具有“先斷后通”（B-M）動作，這意味著當開關從一個位置旋轉到另一個位置以讀取不同的電流時，在一個小瞬間，分流電阻實際上與表斷開連接，因此所有被測電路電流都通過表的動圈分流，這可能會或可能不會損壞它。

克服這個問題的一種方法是使用更昂貴的“先通后斷”（M-B）動作開關，或者以這樣一種方式配置分流電阻的連接，當選擇開關旋轉時，它們仍然保持在電路中，從而保護精密的表運動。實現這一點的一種方法是使用間接直流電流表方法。

間接多量程電流表配置

一個更實用的設計是間接電流表配置，其中一個或多個分流電阻串聯連接在表上以提供所需的電流范圍。這里的優勢是，除了使用標準優選值作為分流電阻外，任何時候精密的表運動都被電阻值分流。

因此，如果我們再次假設我們的50mV FSD表和電流范圍1mA，10mA，100mA和1A如前所述，則所需的電阻值重新計算為：

間接分流電阻值

給出一個間接多量程電流表電路：

間接多量程電流表方法

然后我們在這里看到，在這種間接4位模擬電流表配置中，要測量的電流越高，開關選擇的分流電阻值越低。與PMMC表并聯的總電阻將是電阻的總和，因為RTOTAL = RS1 + RS2 + RS3 + RS4。

顯然，雖然兩種電路，直接和間接電流表配置都能夠讀取相同的電流強度，但間接電流表配置是首選，因為它在選擇開關旋轉時保護PMMC表免受過流條件的影響。

模擬電流表提供快速準確的電路電流讀數，并且相同的檢流計運動可以通過改變分流電阻的電阻值來顯示一系列電流強度。零中心電流表可用，并且對于顯示電流方向有用，即它們可以指示“正”電流或“負”電流流動。

分流電阻值的選擇最終將取決于用作電流表的檢流計的FSD以及被測電流水平，無論表的刻度是以安培，毫安還是微安校準。

但如果我們想測量10安培甚至100安培的電流呢。同樣的原則適用，只是電流分流器需要是一個極低值的電阻，通常在毫歐（mΩ）或更小的值。

高電流直流電流表配有校準的分流器，以提供分流器上的必要電壓降，為PMMC表供電。低至10mV或20mV的電壓降可用于提供主要直流電流的準確轉換，以便表顯示滿量程讀數，達到數百安培。

但也要記住，當為承載大量電流的電流表分流電阻大小時，需要考慮其I2R功率耗散，否則電阻可能會過熱并遭受損壞。

測量大交流電流需要使用電流互感器。正如我們在關于電流互感器的教程中討論的那樣，5A滿量程電流表可以與適當的電流互感器一起使用，并與所選變壓器一起校準。