不可不知的,关于小电流测量技巧
小电流换种说法就是高电阻，测量小电流有两种基本技术：分流法和反馈安培计法。在测试中，在理想情况下，电流表对电路完全没有影响。然而，在实际测量中，可能会出现多种误差源。正如我们在下文中讨论的一样，这些误差源会造成明显的测量不确定性。
小电流的定义IC测试机因为是高端测量，会受到内部开关，引线，pcb板等影响，所以最小电流量程一般为1UA左右；JUNO机等一些分立器件专用测试机，采用低端测量，加上特殊的布线等方式可以达到NA级。我们这里讨论的是采用一种简单通用的方式，实现NA级或NA级以下电流的测试。
IV转换电路原理
电路分析1：干净的电源
电路分析2：运放的选择
要求：测试小电流最重要的参数就是Ib。要想做微电流测试，Ib必须选择小的。实际上。Ib总是存在的，也可以进行补偿、调零、抵消。当然，不如Ib小的好，因为Ib本身是很不稳定的，会带来电流噪音，尤其是其温度系数很大，会在很大程度上干扰测试结果。另一方面，运放的正负输入之间的失调电压V os，多少也会影响准确测试。V os，是直接叠加到输出信号上去的。假设V os=10mV，那么本来是1V输出，叠加后就有1.01V了，形成1%的误差。假设输入电流小，为0.1pA，那么计算输出只有0.1V，实际输出0.11V，影响就更大了，达到10%。所以，V os还是小了好。V os如果不够小，可以通过补偿电路来大部分抵消。但是，V os是有温度系数的，温度一变最后的输出也跟找变了，这也使得V os 的温度系数成文重要指标之一。
测量接地漏电流 漏电比对人墙MD（地），容易理解和考虑漏电流接地端子的电流。 上的MD（红色和黑色），您认为图左侧的代码表示你的手或脚 测量正常状态 ?连接? 连接到墙上的插座适配器· 2P 3P 3P插头连接到被测设备ME。 插入之间的地面和地面终端适配器导致3P · 2P墙的MD，测量电流从插入被测ME设备的3P接地引脚泄漏。 开关电源极性连接到墙上的插头转接器转换成半旋转3P · 2P。
?测量? 打开电源测试ME设备，对MD（最好的测量范围从最高量程）输出电压测量。 其结果是除以1kΩ的当前记录测量（因为它可能被转换成测量μAMV）。 再次切换极性，测量功率，并具有重要价值的测量。 ?决定? 另一种形式，无论附加，0.5毫安大致正常 单一故障条件（一电源线开路）测量 ?连接? 删除连接2P 3P ·正常情况下，适配器，该适配器只有一个刀片极2P 3P连接· 2P剥离（漏电电流∵ 单一故障条件下，只有电力导线断开one 。） 壁挂2P插头插座条。 开关电源极性连接到墙上插座旋转2P半条。 交换式电源供应断开的导线连接到其他2P刀片更换地带极适配器3P · 2P。
?测量? 打开电源测试ME设备，对MD（最好的测量范围从最高量程）输出电压测量。 其结果是除以1kΩ的当前记录测量（因为它可能被转换成测量μAMV）。 极性开关电源，开关电源的测量4供应断开的导线，最大测量值。 ?决定? 另一种形式连接，正常值小于1mA无关。 外部泄漏电流测量 测量正常状态 ?连接? 连接到墙上的插座适配器· 2P 3P 3P插头连接到被测设备ME。3P · 2P适配器地线连接到地面的墙。 ME的设备金属部件测试（如果外部覆盖着绝缘设备，如铝箔贴为20cm × 10CM部分）之间插入墙壁和地面终端的医师，设备的测试ME外观测量泄漏电流。 开关电源极性连接到墙上的插头转接器转换成半旋转3P · 2P。
用多种方法测量直流电阻 一、实验目的 1、熟悉各种电学仪器及电路技巧; 2、掌握多种方法测量直流电阻 3、巩固不确定度的评定方法 二、仪器 DH6108赛电桥综合实验仪，直流稳压电源，万用电表，电阻箱，两个待测电阻，千分尺,直流电流表，直流电压表，滑线变阻器，检流计等 三、实验原理 电阻是电磁学实验工作中的常用元件，可分为高值电阻（兆欧以上）、中值电阻（10欧～兆欧）、低值电阻（10欧以下）。测量电阻的方法有许多种，常用的如伏安法、电桥法、比较测量方法(电压比等于电阻比)。 （一）伏安法测量电阻的原理（适用于测中值电阻） 1、实验线路的比较和选择 当电流表内阻为0，电压表内阻无穷大时，下述两种测试电路的测量不确定度是相同的。 图1 电流表外接测量电路 图2 电流表内接测量电路 被测电阻的阻值为： I V R = 。 但实际的电流表具有一定的内阻，记为R I ；电压表也具有一定的内阻，记为R V 。因为R I 和R V 的存在，如果简单地用I V R = 公式计算电阻器电阻值，必然带来附加测量误差。为了减少这种附加误差，测量电路可以粗略地按下述办法选择：
比较(R/R I )和(R V /R )的大小，比较时R 取粗测值或已知的约值。如果前者大则选电流表内接法，后者大则选择电流表外接法。 如果要得到测量准确值，就必须按下（1）、（2）两式，予以修正。 即电流表内接测量时，I R I V R -= （1） 电流表外接测量时， V R V I R 11-= （2） 2、测量误差与不确定度的评定 实验使用的电压表和电流表的量程和准确度等级一定时，可以估算出U V 、U I ，再用简化公式I R I V R -= 计算时的相对不确定度 （3） 式中U R 表示测量R 的不确定度，并非指R 的电压值。 可见要使测量的准确度高，应选择线路的参数使数字表的读数尽可能接近满量程，因为这时的V 、I 值大，U R ／R 就会小些。 当电压表、电流表的内阻值R V 、R I 及其不确定度大小U RI 、U RV 已知时，可用公式(1)、(2)更准确地求得R 的值，相对不确定度由下式求出： 电流表内接时： （4） 电流表外接时： （5） 这就知道由公式(1)、(2)来得到电阻值R 时，线路方案和参数的选择应使U R ／R 尽可能最小（选择原则3）。 （二）惠斯通电桥测量未知电阻的原理 （适用于测中值电阻） 现代计量中直流电桥正逐步被数字仪表所替代. 以往在电阻测量中电桥起了重要作用。 惠斯通电桥(Wheatstone ,s bridge )沿用了近二百年，1833年由克里斯泰(Cheistie )首先提出，后来以惠斯通名字命名. 电桥产生的背景是： 1)在数字仪表发展之前的时期，如果用伏安法测量电阻/R V I =，需要同时准确测量电压V 和电流I ，当时0.2级模拟式电表的制造成本与价格就已经显著高于准确度约0.05% 6位旋转式电阻箱. 2)伏安法测量的条件要求较高，如0.2级电表的使用与检定的条件要求较高，对电源 2 2?? ? ??+??? ??=I U V U R U I V R ?? ????-??? ?????? ??+??? ??+??? ??=I V R I V R R U I U V U R U I I I R I V R I /1/2222????? ?-???? ?????? ??+??? ??+??? ??=V V V R I V R R I V R I V R U I U V U R U V /1/222 2
变频器中几种典型的在线电压电流检测方案设计 1. 前言 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置, 其最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。简单地说变频器是通过改变电机输入电压的频率来改变电机转速的。从电机的转速公式可以看出，调节电机输入电压的频率f，即可改变电机的转速n。目前几乎所有的低压变频器均采用图1所示主电路拓扑结构。 部分1为整流器，作用是把交流电变为直流电，部分2为无功缓冲直流环节，在此部分可以采用电容作为缓冲元件，也可用电感作为缓冲元件。部分3是逆变器部分，作用是把直流电变为频率可调整的三相交流电。中间环节采用电容器的这种变频器称之为交直交电压型变频器，这种方式是目前通用型变频器广泛应用的主回路拓扑。本文将重点讨论这种结构在电压、电流检测设计中应注意的一些问题。变频器在运行过程中为什么要对电压、电
流进行检测呢？这就需要从电机的结构和控制特性上说起： ①三相异步电动机的转矩是由电机的磁通与转子内流过电流之 间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。 ②变频器运行中，过载起动电流为额定电流的1.2~1.5倍；过流保护为额定电流的2.4~3倍（根据不同性质的负载要求选择不同的过流保护点）；另外还有电流闭环无跳闸、失速防止等功能都与变频器运行过程中的电流有关。 ③为了改善变频器的输出特性，需要对变频器进行死区补偿，几种常用的死区补偿方法均需检测输出电流。 ④电动机在运转中如果降低指令频率过快，则电动状态将变为发电状态运行，再生出来的能量贮积在变频器的直流电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，就需要对电压进行及时、准确地检测，给变频器提供准确、可靠的信息，使变频器在过压时进行及时、有效的保护处理。同时变频器上电过程、下电过程都需要判断当前直流母线电压的状态来判断程序下一步的动作。 鉴于电压、电流检测的重要性，在变频器设计中采用对电压、电流进行准确、有效检测的方法是十分必要的。下面分别就几种方法进行探讨。 2.在线测量电压的几种方案设计
§15.4 电流的测量 【教学目标】 （一）知识与技能 1、知道电流的单位及单位换算。 2、知道电流表的用途和符号。 3、记住并理解电流表的使用方法及读数方法。 （二）过程与方法 通过学生实验培养学生使用电学仪器的技能和良好习惯。 （三）情感态度价值观 培养学生的动手能力及合作能力，使学生逐步形成严谨的科学态度与协作精神。 【教学重点】 电流概念的建立、电流表的使用方法。 【教学难点】 电流表的使用方法，包括实物接线和读数。 【课前准备】 ,电流表一只多媒体课件 【教学时间】1课时 【教学过程】 （一）引入新课 师：我们知道，小灯泡发光是因为有电流持续通过小灯泡。下面请同学看老师的实验，仔细观察现象。 教师演示实验：这是一个由电池、灯泡、开关、导线构成的电路，当闭合开关时，同学们看到了什么？说明了什么？（生：灯泡发光，电路中有了电流.）师：你看到电流了吗？你怎么知道电路中有了电流？（生：电流倒是没看见，但灯泡发光了.）教师增加干电池的节数，学生观察小灯泡的亮、暗。师：看到了什么现象？（生：灯泡的明亮程度不一样，学生讨论，为什么？）教师小结：灯泡越亮表明电路中的电流越强，灯泡越暗表明电路中的电流越弱，即是说电流有强弱。 课题：15.4电流的测量 （二）进行新课 （一）电流的强弱 师：同学们请翻开书P45，了解如何表示电流的强弱？电流的单位是什么？知道一些常见的用电器中的一些电流。（学生看书） 学生回答：
1、电流的强弱用电流表示，其符号是I。 2、电流的基本单位是安培，简称“安”，符号是A；常用的单位还有mA和uA。换算关系：1mA=103A，1A=106uA。 学生练习：手电筒电流大约为200mA=______A。雷电电流可达2X105 A=__ _mA=__ _uA （二）电流的测量 师：给每个小组发一个电流表，学生观察。 1、认真观察，认识电流表。 学生观察电流表实物，教师提醒学生注意观察的顺序，记录有价值的信息准备交流。（学生讨论交流，教师引导总结。） 生：电流表上有一个标志符号A，电流表表盘上有一排均匀刻度。 生：电流表的刻度有两种标度。 生：电流表上有三个接线柱。标有“-”、“0.6”和“3”三个接线柱。 师：哪位同学能告诉我，三个接线柱分别表示什么？电 流表的刻度为什么会有两种标度？（生：“0.6”和“3”是 “+”接线柱，因为电流有方向，“+”和“-”接线柱告诉我 们，电流应该从“+”接线柱流进电流表，从“-”接线柱流 出电流表。生：两种标度是因为电流表有两个量程。一个是 “0—0.6A，分度值为0.02A。一个是0—3A，分度值是0.1A） 2、学生练习读数：当电流表所接的量程为０－０.6A时电流表的示数为_________A 当电流表所接的量程为０－3A时电流表的示数为_________A 3、电流表的正确使用： 师：学生看书P46，归纳出电流表的使用方法并进行实验，并量小灯泡的电流。 1：电流表必须和被测的用电器串联；（串联接入） 2：电流必须从“+”接线柱流进去；“-”接线柱流出来；（“＋”进“—”出） 3：不要超过电流表的量程；（在无法知道电流的强度时，要采用“试触”的办法）（不超量程） 4：任何情况下都不能使电流表直接连到电源的两极上。（勿接电源） 4、实验： 演示实验：用电流表测一测前面电路中电流的大小。 学生实验：物理课本47页： （1）按照图15.4-5甲所示的电路图连接电路，测量这种情况下电路中的电流。 （2）如图15.4-5乙所示，改变电流表在电流中的位置，测量这种情况下电路中的电流。 （3）比较电流表两次示数是否有变化。 （三）学习小结
目录 1、设计背景 (1) 2、设计方案选择 (1) 2.1典型的微电流测量方法 (1) 2.1.1开关电容积分法[1] (1) 2.1.2运算放大器法 (2) 2.1.3场效应管+运算放大器法 (2) 2.2总体设计方案 (3) 3、具体设计方案及元器件的选择 (4) 3.1稳流信号源问题 (4) 3.2I/V转换及信号滤波放大 (5) 3.2.1前级放大 (5) 3.2.2滤波及后级放大电路 (6) 3.2.3运算放大器的选取 (6) 3.3量程自动转换 (6) 3.4信号采集处理 (7) 4、软件仿真结果 (8) 5、参考资料 (9)
微电流测试电路设计 1、设计背景 微电流是指其值小于-6 10A的电流,微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，是一门针对噪声的技术,它注重的是如何抑制噪声和提高信噪比。该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等许多领域具有广泛的应用。我们所研究的微电流检测主要针对电力系统中的绝缘材料，因为现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大，电力系统的规模、容量也在不断扩大。而电气设备的绝缘材料往往是电力系统中的重要组成部分，绝缘材料的漏电流情况严重会造成电力系统的重大损失。微电流检测是通过对泄漏电流的测量来评估绝缘材料状况的有效方法。近年来,针对微弱电流的信噪改善比SNIR已能达到1了，目前国内做得比较好的单位是南京大学,其独家生产的ND-501型微弱信号检测实验综合装置己被国内至少76家高等院校使用。但其产品价格昂贵,少则几千元,多则几万元，例如HB-831型pA级电流放大器、HB-834型四通道pA级电流放大器、HB-838型八通道pA级电流放大器的售价分别为4100元/台、13000元/台、22000元/台。所以，研制高精度、寿命长、成本低、电路简单的微电流检测仪具有重要的现实意义及理论参考价值。为了达成目标，我们需要重点考虑以下几个问题： 10 A（本设计要求）的稳流信号源的实现（1）如何获得实验信号，即电流为12 问题； （2）如何将微弱电流信号转换成易于操作的信号； （3）怎样将微弱信号提取放大； （4）如何实现量程的自动转换问题； （5）将实际中的模拟信号转换成数字信号； （6）实现对数字信号的处理和显示。 2、设计方案选择 2.1典型的微电流测量方法 2.1.1开关电容积分法[1] 开关电容式微电流测量方法的前级是在利用开关电容实现电流向电压转换的同时对电压信号进行调制和放大，达到微伏级；后级电路通过选频放大电路实
输电线路电流电压在线监测系统设计方案 输电线路电流电压在线监测系统设计方案 目录 1．项目必要性 (2) 2．监测系统概述 (2) 3．系统组成 (3) 3.1监测系统原理 (3) 3.2监测系统配置 (3) 4．装置功能 (4) 4．1监测装置特点 (4) 4．2软件系统特点 (4) 5．技术指标 (5) 6．安装说明 (5) 6．1安装区域 (5) 6．2安装示意图 (6) 6．3安装步骤 (6) 7．监测系统供电、运行方式 (7) 7．1 供电方式 (7) 7．2 运行方式 (7)
1．项目必要性 在输电线路过程中电力设备不免受到自然环境（雨、风、雪、雷等）或者人为偷盗等因素的破坏，需要及时地发现与修复，否则一旦造成大面积的停电事故，会严重的影响人们的日常生活，也给国民经济造成巨大的损失。因此，各电力公司要在各变电站中安排工作人员对站内的各种一次设备进行定期、定时地巡检，以便更为有效地掌握电力设备的当前运行状态，及早发现系统中的安全隐患，防止电力事故的发生，从而能够有效的确保电力系统的安全、可靠、稳定运行。 当今社会以人为本，人身安全尤为重要。线路运行过程中需要定期进行巡视、检修，随时掌握各支线的电流大小可以准确掌握各用户用电量，以便更好的服务用户。 随着电力设施的高速发展，将输电线路在线监测设备不断智能化是发展的趋势。本公司特研制出一款监测电流设备对线路进行动态监控，工作人员就可以实时的掌控线路信息。 2．监测系统概述 为了加强对输电线路的监测，也是电力系统发展的需要，应运而生了输电线路电流监测设备。这是新世纪的新型产物，将为以后电力事业的发展奠定一定的基础。 输电线路电流监测系统的目的在于及时的发现设备的各种劣化过程的发展，以求在可能出现故障或性能下降到影响正常工作之前，及时维修、更换，避免发生危机及安全的事故。 电力设备在运行中经受电的、热的、机械的负荷作用，以及自然环境（气温、气压、湿度以及污秽等）的影响，长期工作会引起老化、疲劳、磨损，以致性能逐渐下降，可靠性逐渐降低。设备的故障率逐渐增大，可能危及系统的安全运行，必须对这些设备的运行状态进行监测。
电气设备泄漏电流测试方法及注意事项? ? ??测量泄漏电流的原理和测量绝缘电阻的原理本质上是完全相同的，而且能检出缺陷的 (1)试验电压高，并且可随意调节，容易使绝缘本身的弱点暴露出来。因为绝缘中的某些缺陷或弱点，只有在较高的电场强度下才能暴露出来。 (2)泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。 (3)根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出的绝缘电阻值则不可换算出泄漏电流值。 (4)可以用i=f(u)或i=f(t)的关系曲线并测量吸收比来判断绝缘缺陷。泄漏电流与加压时间的关系曲线如图1-1所示。在直流电压作用下，当绝缘受潮或有缺陷时，电流随加压时间下降得比较慢，最终达到的稳态值也较大，即绝缘电阻较小。 1. 测量原理 对于良好的绝缘，其泄漏电流与外加电压的关系曲线应为一直线。但实际上的泄漏电流与外加电压的关系曲线仅在一定的电压范围内才是近似直线，如图1-2中的OA段。若超过此范围后，离子活动加剧，此时电流的增加要比电压增加快得多，如AB段，到B点后，如果电压继续再增加，则电流将急剧增长，产生更多的损耗，以致绝缘被破坏，发生击穿。在预防性试验中，测量泄漏电流时所加的电压大都在A点以下。 将直流电压加到绝缘上时，其泄漏电流是不衰减的，在加压到一定时间后，微安表的读数就
等于泄漏电流值。绝缘良好时，泄漏电流和电压的关系几乎呈一直线，且上升较小；绝缘受潮时，泄漏电流则上升较大；当绝缘有贯通性缺陷时，泄漏电流将猛增，和电压的关系就不是直线了。通过泄漏电流和电压之间变化的关系曲线就可以对绝缘状态进行分析判断。2. 影响测量结果的主要因素 (1)高压连接导线 由于接往被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场强高于约20kV/cm时，沿导线表面的空气发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会流过微安表，因而影响测量结果的准确度。 一般都把微安表固定在试验变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，用金属外壳把微安表屏蔽起来。电晕虽然还照样发生，但只在屏蔽线的外层上产生电晕电流，而这一电流就不会流过微安表，防止了高压导线电晕放电对测量结果的影响。 根据电晕的原理，采取用粗而短的导线，并且增加导线对地距离，避免导线有毛刺等措施，可减小电晕对测量结果的影响。 (2)表面泄漏电流 （a）未屏蔽（b）屏蔽 反映绝缘内部情况的是体积泄露电流。但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏电流，这给分析、判断被试设备的绝缘状态带来了困难，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。 消除的办法是使被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够的距离；另一
第25卷 第11期 电子测量与仪器学报 Vol. 25 No.11 · 972 · JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT 2011年11月 本文于2011年9月收到。 DOI: 10.3724/SP.J.1187.2011.00972 电化学分析系统中pA~μA 微电流测量 王 俊 (福州大学 至诚学院, 福州 350002) 摘 要: 为了提高电化学分析系统的分析速度和测量的准确度。探究如何对电化学分析系统中,既有慢变化又有快变化的pA~μA 范围的微电流进行快速、准确的测量。基于定阻式I/V 转换的方法,对pA~μA 范围的微电流,设置了由微机控制的多个电流量程及自动调零电路,以及从软?硬件上进行抗工频干扰的设计。实现对宽范围微电流测量的量程快速搜索?转换,提高了电化学分析系统中pA~μA 范围微电流测量的准确度? 关键词: 微电流; 测量; pA~μA; 电化学分析系统 中图分类号: TH399 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 460.40 pA~μA micro-current measurement in electrochemical analysis system Wang Jun (Zhicheng College, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China) Abstract: In order to improve the speed of analysis and the accuracy of measurement in electrochemical analysis system, the fast-speed and accurate measurement of micro current of pA~μA range in both slow and fast change was researched. Based on the constant resistance I/V conversion method, for the pA~μA micro-current measurement range, a number of current computer control and automatic zero-adjusting circuit was set up, and anti-frequency interference design of software and hardware were carried out. The fast search and conversion in wide micro current measurement range were realized. Thereby the scope of pA~μA micro-current measurement accuracy is enhanced. Keywords: micro-currents; measurements; pA~μA; Electrochemical analysis system 1 引 言 应用在电化学、生物电化学和生命科学等作为物质组分分析和测量的电化学分析系统。随着超微电极技术的突破性进展, 使用具有信?噪比高、反应速度快等优良电化学特性的微电极、超微电极作为电化学分析系统的传感器, 大大提高了该系统对微小量测量的准确度[1-2]。微电极、超微电极由于化学反应所生成的微电流(极化电流), 其范围为pA~μA, 对该范围的微电流测量, 正是文中要讨论的。 把反映被测物质含量的微电流信号, 经过电流—电压转换, 形成相应的电压信号。 利用计算机技术对产生的电压信号进行一系列的数据处理, 电化学分析系统可以较容易实现最优化选择, 实现数据处理过程的全部自动化, 但系统的分析速度和测量的准确 度之关键在于对微电流的测量。 鉴于微电极、超微电极其尺寸及表面形状、测试它们的化学反应体系及其控制电位(电压)的波型、扫描速度以及电化学分析方法等不同, 其极化电流峰值大小差别很大, 达几个数量级[3]。微电极一般为nA~μA, 超微电极一般为pA~nA, 极化电流的时间曲线和电位曲线也不同。有的变化较缓慢, 有的变化较快, 有的曲线的频谱还包含工频50 Hz 频率分量, 而且测试环境往往是高阻抗, 工频干扰尤显严重, 对测量小至pA 级微电流的元器件的温、湿度影响很大。因此, 要快速、准确地测量电化学分析系统中pA~μA 微电流难度较大[9]。 电化学分析系统中测量的微电流可小至pA 级, 要实现对既有慢变化的, 又有快变化的pA~μA 宽范围微电流量程自动地快速搜索、转换有以下难点:
高压直流电压电流的测量 一．高压直流电流测量 测量方式： 1.霍尔式隔离传感器（磁隔离） 2.直放式LEM传感器 3.平衡式LEM传感器 测量原理： 1.霍尔式隔离传感器（磁隔离） 霍尔效应: 如图所示，在一个N型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧面通以控制电流I，在薄片垂直方向加以磁场B，则在半导体两侧面会产生一个大小与 控制电流I和磁场B乘积成正比的电势UH。即IB U K H H 这一现象叫做霍尔效应，产生的电势UH叫做霍尔电势，为灵敏度。 当I一定时，UH正比于B。 2.直放式LEM传感器： 在如图所示直放式LEM传感器中存在下列关系：VX∝iX∝LX∝B∝E 该传感器价格便宜，但是存在零点飘移。 目前市场上多为双电源，单电源数量少而且价格高且易发生磁化问题。4.平衡式LEM传感器: 平衡式LEM传感器自身存在动态平衡，反映速度快，其线性度、灵敏度都比直放式好，且它不受零飘的影响。如图所示，Bx与Bf相抵消直至E=0。
二．高电压测量 稳态高电压与冲击高电压区别： 稳态高电压：主要是指工频交流高压和直流高压。但所述及的测量方法或装置，有的也可用于频率在一定范围以内的高频高压或脉动成分很大的直流高压的测量。 冲击电压：无论是雷电冲击电压或操作冲击电压，均为快速变化或较快速变化的一种电压。测量冲击电压的整个测量系统包括其中的电压转换装置和指示、记录及测量仪器必须具有良好的瞬态响应特性。一些适宜于测量稳态或慢过程(如直流和交流电压)的测量系统不一定适宜于或根本不可能测量冲击电压。冲击电压的测量包括峰值测量和波形记录两个方面。 实验室与电力系统的高电压测量区别： 电力系统：电力运行部门测量交流高电压，是通过电压互感器和电压表来实现的。用电压互感器测交流电压把电压互感器的高压边接到被测电压，低压边跨接一块电压表，把电压表读数乘上电压互感器的变比，就可得被测电压值。 电力系统没有专门的冲击电压测量系统 实验室：互感器在高电压实验室中用得不多，因为高电压实验室中所要测的电压值常常比现有电压互感器的额定电压高许多，特制一个超高压的电压互感器是比较昂贵的，而且很高电压的互感器也比较笨重，所以采用别的方法来测量交流高电压 实验室的高电压测量： 交流高电压测量： (1) 利用气体放电测量交流高电压――如测量球隙 (2) 利用静电力测量交流高电压――如静电电压表 (3) 利用整流电容电流测量交流高电压――如峰值电压表 (4) 利用整流充电电压测量交流高电压――如峰值电压表 直流高电压的测量： 用高欧姆电阻串联直流毫安表可以测量直流电压的平均值，是一种比较方便而又常用的测量系统 冲击高电压的测量： (1) 球隙法：是直接测量高电压峰值的一种方法。 (2) 分压器――峰值电压表：只测峰值，不测波形。事先应验证波形合乎标准，或同时用示波器观测波形。 (3) 分压器――示波器（或数字记录仪）：可同时测出峰值及波形。在采用数字式示波器或数字记录仪时，可立即获得峰值和时间参数值，并可打印
浅谈电流检测方式 一、检测电阻+运放 优势： 成本低、精度较高、体积小 劣势： 温漂较大，精密电阻的选择较难，无隔离效果。 分析： 这两种拓扑结构，都存在一定的风险性，低端检测电路易对地线造成干扰；高端检测，电阻与运放的选择要求高。 检测电阻，成本低廉的一般精度较低，温漂大，而如果要选用精度高的，温漂小的，则需要用到合金电阻，成本将大大提高。运放成本低的，钳位电压低，而特殊工艺的，则成本上升很多。 二、电流互感器CT/电压互感器PT 在变压器理论中，一、二次电压比等于匝数比，电流比为匝数比的倒数。而CT和PT就是特殊的变压器。基本构造上，CT的一次侧匝数少，二次侧匝数多，如果二次开路，则二次侧电压很高，会击穿绕阻和回路的绝缘，伤及设备和人身。PT相反，一次侧匝数多，二次侧匝数少，如果二次短路，则二次侧电流很大，使回路发热，烧毁绕阻及负载回路电气。 CT,电流互感器，英文拼写Current Transformer，是将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电流为5A或1A的变换设备。它的工作原理和变压器相似。也称作TA 或LH（旧符号）工作特点和要求： 1、一次绕组与高压回路串联，只取决于所在高压回路电流，而与二次负荷大小无关。 2、二次回路不允许开路，否则会产生危险的高电压，危及人身及设备安全。 3、CT二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。
4、变换的准确性。 PT，电压互感器，英文拼写Phase voltage Transformers，是将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为100V的变换设备。电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。也称作TV或YH（旧符号）。 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压电路并联。 2、二次绕组不允许短路（短路电流烧毁PT）,装有熔断器。 3、二次绕组有一点直接接地。 4、变换的准确性 模块型霍尔电流传感器 模块型霍尔电流传感器分开环模式与闭环模式。 开环模式又称为直接测量式霍尔电流传感器，输入为电流，输出为电压。这种方式的优点是结构简单，测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流和各种波形的电流。但它的测量范围、带宽等受到一定的限制。在这种应用中，霍尔器件是磁场检测器，它检测的是磁芯气隙中的磁感应强度。电流增大后，磁芯可能达到饱和；随着频率升高，磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。这些都会对测量精度产生影响。当然，也可采取一些改进措施来降低这些影响，例如选择饱和磁感应强度高的磁芯材料；制成多层磁芯；采用多个霍尔元件来进行检测等等。 开环模式的结构原理见下图 根据检测量程的需求，一般分为以下两种绕线模式，左图为小量程的结构图，右图为大量程的结构图。 闭环模式又称为零磁通模式或磁平衡模式，其输入与输出端均为电流信号。原理见下图
电流的测量（基础） 【学习目标】 1.知道电流的单位、符号，以及生活中常见用电器的电流； 2.理解电流的概念； 3.知道电流表的用途、符号、使用规则； 4.能将电流表正确的接入电路，并能够画出相应的电路图。 【要点梳理】 要点一、电流的强弱 1、概念：表示电流的强弱（大小）的物理量，常用符号I表示。 2、单位：安培（A）、毫安（mA）、微安（μA） ①安培（Andre 1875-1836）：法国物理学家，数学家。 ●安培是个数学天才，年纪很小已学会数学的基本知识和几何学；12岁开始学习微积分；18岁时已能 重复拉格朗日的《分析力学》中的某些计算。 ●他不但创造了“电流”这个名词，又将正电流动的方向定为电流的方向。 ●根据电流的性质发明了探测和量度电流的电流表。 ● 1827年，安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中，这是电磁学史上 一部重要的经典论着。 ②单位换算：1A=1000mA 1mA=1000uA 3、常见电流值： 要点二、电流表 1、电流表的结构 ①电流表的符号： ②两个量程：（大格，小格）0--3A（大格1A，小格）。 ③三个接线柱：甲图为两个量程共用一个“- ”接线柱，标着“”和“3”的为正接线柱；乙图为两个量 程共用一个“+”接线柱，标着“”和“3”的为负接线柱。 ④调节点：调节电流表的指针指零。
2、电流表的使用规则 ①电流表要和被测用电器串联； ②接线柱的接法要正确，使电流从正接线柱流入，从负接线流柱出； ③被测电流不要超过电流表的量程；在不知被测电流的大小时，应采用试触的方法选择量程。 ④绝对不允许不经过用电器而把电流表连到电源两极。 3、电流表量程的选择： ①如果能够估测出电流的大小，可以根据估测值选择合适的量程； ②如果不能估测可用“试触法”选择合适的量程，如下图所示，电流表不要全部接入电路，闭合开关后用线头A点试触较大的量程，如果指针示偏转较小选择小量程，如果指针示偏转较大选择大量程的量程。 4、电流表的读数 ①明确电流表所选量程； ②确定电流表的分度值（一个小格代表多少）； ③接通电路后，看看表针向右总共偏过多少小格；
摘要: 准确地在线测量直流母线电压、电流及输出的三相电流信号, 是设计高性能变频器产品的必备条件之一, 本文经过对电压、电流检测方案比较、分析, 提供了设计变频器中具有很好参考价值的几种实用电路, 并给出了相应的实验结果。 1. 前言 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置, 其最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。简单地说变频器是经过改变电机输入电压的频率来改变电机转速的。从电机的转速公式能够看出, 调节电机输入电压的频率f, 即可改变电机的转速n。当前几乎所有的低压变频器均采用图1所示主电路拓扑结构。 部分1为整流器, 作用是把交流电变为直流电, 部分2为无功缓冲直流环节, 在此部分能够采用电容作为缓冲元件, 也可用电感作为缓冲元件。部分3是逆变器部分, 作用是把直流电变为频率可调整的三相交流电。中间环节采用电容器的这种变频器称之为交直交电压型变频器, 这种方式是当前通用型变频器广泛应用的主回路拓扑。本文将重点讨论这种结构在电压、电流检测设计中应注意的一些问题。变频器在运行过程中为什么要对电压、电流进行检测呢? 这就需要从电机的结构和控制特性上说起: ①三相异步电动机的转矩是由电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的, 在额定频率下, 如果电压一定而只降低频率, 那么磁通就过大, 磁回路
饱和, 严重时将烧毁电机。因此, 频率与电压要成比例地改变, 即改变频率的同时控制变频器输出电压, 使电动机的磁通保持一定, 避免弱磁和磁饱和现象的产生。 ②变频器运行中, 过载起动电流为额定电流的1.2~1.5倍; 过流保护为额定电流的2.4~3倍( 根据不同性质的负载要求选择不同的过流保护点) ; 另外还有电流闭环无跳闸、失速防止等功能都与变频器运行过程中的电流有关。 ③为了改进变频器的输出特性, 需要对变频器进行死区补偿, 几种常见的死区补偿方法均需检测输出电流。 ④电动机在运转中如果降低指令频率过快, 则电动状态将变为发电状态运行, 再生出来的能量贮积在变频器的直流电容器中, 由于电容器的容量和耐压的关系, 就需要对电压进行及时、准确地检测, 给变频器提供准确、可靠的信息, 使变频器在过压时进行及时、有效的保护处理。同时变频器上电过程、下电过程都需要判断当前直流母线电压的状态来判断程序下一步的动作。 鉴于电压、电流检测的重要性, 在变频器设计中采用对电压、电流进行准确、有效检测的方法是十分必要的。 2.在线测量电压的几种方案设计 变频器的过电压或欠电压集中表现在直流母线的电压值上。正常情况下, 变频器直流电压为三相全波整流后的平均值。若以380V线电压计算, 则平均直流电压。在过电压发生时, 直流母线的储能电容将被充电, 主电路内的逆变器件、整流器件以及滤波电容等都可能受到损害, 当电压上升至约800V左右时, 变频器过电压保护功能动作; 另外变频器发生欠压时( 350V左右) 也不能正常工作。对变频器而言, 有一个正常的工作电压范围, 当电压超过或低于这个范围时均可能损坏变频器, 因此, 必须在线检测母线电压, 常见的电压检测方案有三种。 1)变压器方案 图2中, P为直流母线电压正( +) , N为直流母线电压负( -) 。
电流检测方法 1 传统的电流检测方法 1. 1 利用功率管的RDS进行检测( RDS SENSIN G) 当功率管(MOSFET) 打开时,它工作在可变电阻区,可等效为一个小电阻。MOSFET 工作在可变电阻区时等效电阻为: 式中:μ为沟道载流子迁移率; COX 为单位面积的栅电容;V TH 为MOSFET 的开启电压。 如图1 所示,已知MOSFET 的等效电阻,可以通过检测MOSFET 漏源之间的电压来检测开关电流。 这种技术理论上很完美,它没有引入任何额外的功率损耗,不会影响芯片的效率,因而很实用。但是这种技术存在检测精度太低的致命缺点: (1) MOSFET 的RDS本身就是非线性的。 (2) 无论是芯片内部还是外部的MOSFET ,其RDS受μ, COX ,V TH影响很大。 (3) MOSFET 的RDS随温度呈指数规律变化(27～100 ℃变化量为35 %) 。 可看出,这种检测技术受工艺、温度的影响很大,其误差在- 50 %～ + 100 %。但是因为该电流检测电路简单,且没有任何额外的功耗,故可以用在对电流检测精度不高的情况下,如DC2DC 稳压器的过流保护。 图1 利用功率管的RDS进行电流检测
1. 2 使用检测场效应晶体管(SENSEFET) 这种电流检测技术在实际的工程应用中较为普遍。它的设计思想是: 如图2 在功率MOSFET两端并联一个电流检测FET ,检测FET 的有效宽度W 明显比功率MOSFET 要小很多。功率MOSFET 的有效宽度W 应是检测FET 的100 倍以上(假设两者的有效长度相等,下同) ,以此来保证检测FET 所带来的额外功率损耗尽可能的小。节点S 和M 的电流应该相等,以此来避免由于FET 沟道长度效应所引起的电流镜像不准确。 图2 使用场效应晶体管进行电流检测 在节点S 和M 电位相等的情况下,流过检测FET的电流IS 为功率MOSFET 电流IM 的1/ N ( N 为功率FET 和检测FET 的宽度之比) , IS 的值即可反映IM 的大小。 1. 3 检测场效应晶体管和检测电阻相结合 如图3 所示,这种检测技术是上一种的改进形式,只不过它的检测器件不是FET 而是小电阻。在这种检测电路中检测小电阻的阻值相对来说比检测FET 的RDS要精确很多,其检测精度也相对来说要高些,而且无需专门电路来保证功率FET 和检测FET 漏端的电压相等,降低了设计难度,但是其代价就是检测小电阻所带来的额外功率损耗比第一种检测技术的1/ N 2还要小( N 为功率FET 和检测FET 的宽度之比) 。此技术的缺点在于,由于M1 ,M3 的V DS不相等(考虑VDS对IDS的影响), IM 与IS 之比并不严格等于N ,但这个偏差相对来说是很小的,在工程中N 应尽可能的大, RSENSE应尽可能的小。在高效的、低压输出、大负载应用环境中,就可以采用这种检测技术。
摘要：物理学是实验性学科，而物理实验在物理学的研究中占有非常重要的地位。本文着重介绍工科大学物理实验蕴涵的实验方法，提出工科大学物理实验的新类型。并介绍相关的数据处理的方法。 关键词：大学物理实验方法数据处理 正文： 一、大学物理实验方法 实验的目的是为了揭示与探索自然规律。掌握有关的基本实验方法，对提高科学实验能力有重要作用。实验离不开测量，如何根据测量要求，设计实验途径，达到实验目的？是一个必须思考的重要问题。有许多实验方法或测量方法，就是同一量的测量、同一实验也会体现多种方法且各种方法又相互渗透和结合。实验方法如何分类并无硬性规定。下面总结几种常用的基本实验方法。 根据测量方法和测量技术的不同，可以分为比较法、放大法、平衡法、转换法、模拟法、干涉法、示踪法等。 （一）比较法 根据一定的原理，通过与标准对象或标准量进行比较来确定待测对象的特征或待测量数值的实验方法称为比较法。它是最普遍、最基本、最常用的实验方法，又分直接比较法、间接比较法和特征比较法。直接比较法是将被测量与同类物理量的标准量直接进行比较，直接读数直接得到测量数据。例如，用游标卡尺和千分尺测量长度，用钟表测量时间。间接比较法是借助于一些中间量或将被测量进行某种变换，来间接实现比较测量的方法。例如，温度计测温度，电流表测电流，电位差计测电压，示波器上用李萨如图形测量未知信号频率等。特征比较法是通过与标准对象的特征进行比较来确定待测对象的特征的观测过程。例如，光谱实验就是通过光谱的比较来确定被测物体的化学成分及其含量的。 （二）放大法 由于被测量过小，用给定的某种仪器进行测量会造成很大的误差，甚至小到无法被实验者或仪器直接感觉和反应。此时可以先通过某种途径将被测量放大，然后再进行测量。放大被测量所用的原理和方法称为放大法。放大法分累计放大法、机械放大法、电磁放大法和光学放大法等。 1、累计放大法在被测物理量能够简单重叠的条件下，将它展延若干倍再进行测量的方法称为累计放大法。例如，在转动惯量的测量中用秒表测量三线摆的周期。
电流测量解决方案 第一讲：AM503S&AM5030S电流测量系统 Tektronix 提供了市场上最广泛、高性能的电流探头产品。 Tektronix电流测量系统可以以编程方式以及手动方式同时测量 AC/DC , 带宽范围DC到1GHz，幅度从mA到20,000A。 Tektronix为AC电流测量和AC/DC电流测量提供了多种解决方案，满足用户不同的测量需要。 原理：电流探头测量电子在导体中运动产生的感应场。在范围规范内，电流探头将导体周围的感应场转化为线性电压输出。从而可以在示波器或者其他测量仪器上显示和分析这些输出。 电流方向改变，由于感应场AC电流会在变压器上导致电压。AC探头是无源的，不需要外部电源供给，分为分芯和实芯两种探芯结构。 DC电流不会在变压器中导致电压。因而DC探头是通过霍尔效应，利用电流偏置半导体设备生成与DC感应场对应的电压输出。DC探头是一种有源设备，
要求有外部电源供给。 每类电流传感设备都会在某个数值点上滚降或者生成非线性输出。AC探头会在最大电流振幅和频率以及最小振幅和低端频率上滚降；DC电流探头从DC 到最大频率呈线性，并且具有最大和最小灵敏度。用户常常会遇到同时包含AC 分量和DC分量的信号，这种时候通过一个探头同时测量电流的AC分量和DC 分量就显得极为重要。此外，有的信号看上去很像AC，例如方波开关信号，但是其并不会跌落到零振幅以下（即实际上具有明显的DC成分），通过变压器原理结构的AC探头是不可能精确地捕获这些信号的，Tektronix针对用户的这些使用要求提出了独有的解决方案。 关于分芯结构和实芯结构。为了精确的测量感应场，我们需要在导体的周围完全包上探头芯。Tektronix提供了两种结构――实芯和分芯。分芯探头采用了精密的的设计和生产工艺，可以夹在导体上，测量时不必断开电路连接，使用很方便；实芯探头规格小，用以测量超高速低振幅电流脉冲和AC信号。它是为了永久安装或者半永久安装而设计，可以简便的连接CT或断开的电缆。测量使用中要求断开电路，相对复杂些。 关于AMP×Second产物：电流探头在受到太多电流影响时，其变压器核心材料回变得饱和而呈非线性。这里说的“太多的电流”是电流的振幅和应用时间的函数。我们把平均振幅和脉宽的乘积称为AMP×Second产物。每个探头都具有AMP×Second产物指标。信号没有超过这一指标，电压的输出呈线性，就会得到精确的测量结果。在AM503S&AM5030S电流探头系统中一个突出的特征就是利用了反向电流为负的现象：通过感应被测导体中的电流电平，向探头输入一个大小相等方向相反的电流－“屏蔽电流”，这种屏蔽电流会清空变压器中的电流，消除任何核心饱和。PS：在A6312和A6302XL中的屏蔽电流极限是20A；在A6303XL中的屏蔽电流极限是100A；在A6304XL中的屏蔽电流极限是500A。在这些振幅之前，你在使用电流测量系统时，不必担心AMP×Second产物。 AM503电流测量系列是目前最精密的电流测量解决方案。探头将AC的变送器和DC测量的霍尔效应器件结合在一起，提供DC到100MHz的宽带电流测量。AM5030可编程电流放大器通过GPIB的命令设置使原来需要花费时间人工测量的任务可以自动化完成。XL探头系列接有8m的线缆，能够方便的连接到测试点。A6304XL在DC时能进行500A峰值700A的电流测量。 AM5030可编程电流探头放大器，带通用接口总线（GPIB）的AM5030可编程电流放大器将可编程性添加到了多用途的AM503B。AM5030是你能用自动化技术进行宽带宽的AC/DC电流测量，AM5030是TM5000单宽模块，它插入到3槽TM5003机箱中。非可编程的AM503B可以在TM500或TM5000机箱中运行，AM5030仅在TM5000中运行。AM5030用A6312、A6302、A6303和XL 电流探头系列并且通过BNC线缆连接到任何示波器或分析仪。象AM503B一样，AM5030不必用特殊电流探头进行校准，这是对老的AM503一个巨大的操作上的改进。AM5030和AM503B对AM503A还有一系列的改进，包括更快的消磁/自我校准周期和更敏感、更可靠的前面板控制。AM5030采用IEEE—488.1总线标准,通过一个简单的命令集,你能配置和确定放大器的设置或读出仪器的序列号，你还能决定电流探头是打开还是关闭，用总线命令来初始化自测试或强制进行探头消磁和DC平衡操作。AM5030总线地址是通过前面板来设置的，当电源关闭时，地址被保留。AM5030可以不通过外部控制器来操作，用前面板就可完全控制操作；当与控制器一起使用时，前面板失效，又可防止人工误操作。