小知識，其他幾種電流測量方式介紹

其他幾種電流測量方式介紹

1 磁電流傳感器分類和工作原理

磁電流傳感器的種類很多，按照測試原理可以劃分為：羅氏（Rogowski）線圈、電流互感器、分流器、巨磁阻效應(yīng)（GMR）、巨磁阻抗（GMI）各向異性（AMR）、隧道效應(yīng)（TMR）、光學效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等等。

Rogowski 線圈測量電流的基本原理是電磁感應(yīng)和安培環(huán)路定律，又叫電流測量線圈或者微分電流傳感器，如下圖所示。根據(jù)線圈上的感應(yīng)電流信號與通過線圈的額電流變化率成正比的顧慮，通過積分還原一次回路電流值。這是一種交流電流的測量方法。

Rogowski 線圈不含磁性材料，所以沒有磁滯效應(yīng)和磁飽和現(xiàn)象，測量的范圍從數(shù)安培到幾千安培，結(jié)構(gòu)簡單，測量回路與被測電流之間沒有直接的關(guān)系，具有測量范圍廣、精度高、穩(wěn)定性高、響應(yīng)頻率范圍寬等優(yōu)點，可以用來測量交流、直流和瞬態(tài)電流，用在繼電保護、可控硅整流、變頻調(diào)速等場合。

電流互感器是用來測量、保護、監(jiān)控用電設(shè)備的重要器件，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，電流互感器的可靠性與整個系統(tǒng)的安全運行非常緊密。

電流互感器的基本原理圖如下圖所示。通過設(shè)計原邊與副邊的繞組匝數(shù)關(guān)系，用副邊的感應(yīng)電流值的大小去反應(yīng)原邊電流值的大小。由于電流互感器的特性，二次負載阻抗很小，接近于零，所以，對外部電路的要求較低。這是一種常見的交流測量方式。準確度高、工藝成熟、制造方便，能滿足一般測量要求。

分流器測量電流的基本原理是歐姆定律，是通過被測電流電路中串聯(lián)電阻兩端的電壓來測量直流電流。

它的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在低頻小電流測量中，具有非常高的精度和快的響應(yīng)時間，在大電流測量中，會有很大的誤差。因為分流器的材料一般是銅的合金，為了測量準確，導(dǎo)體電阻不宜過小，但大電流會產(chǎn)生大量歐姆熱；如果減小導(dǎo)體電阻，又勢必增加分流器的尺寸，降低精度，提高生產(chǎn)的成本。一般分流器更適合于偏小的電流測量，其實物圖如下圖所示。

各向異性磁電阻（簡稱 AMR）電流傳感器，敏感元件的材料是坡莫合金。鐵磁材料具備一種特別的屬性，鐵磁材料的電阻率隨自身磁化強度和電流方向夾角的改變而變化。外部磁場施加到鐵磁性材料上，鐵磁材料的長度方向上施加一個垂直于磁場的電流，鐵磁材料自身阻值的變化，可以轉(zhuǎn)化為元件端電壓的變化。如下圖所示。各向異性磁電阻，靈敏度高，對平行磁場的響應(yīng)迅速，主要應(yīng)用在伺服系統(tǒng)、變速傳動裝置、過載電流保護等領(lǐng)域。

AMR 磁阻電流傳感器工作原理

巨磁電阻效應(yīng)（GMR），與 AMR 效應(yīng)相比， GMR 效應(yīng)具有更大的磁電阻變化率。磁性材料的電阻率在有外磁場作用時，較之無外磁場作用時存在巨大變化。這種現(xiàn)象在坡莫合金和鐵磁性材料中非常明顯。這種電流檢測手段，單從理論上描述，情形與前面的“各向異性磁電阻”非常近似，但其具體結(jié)構(gòu)形式相差很大。巨磁阻元件對微弱磁場的敏感性更高，可以精確的測量直流和交流電流，具有尺寸小、寬響應(yīng)頻率、無殘余磁場等優(yōu)點，但是工藝相對復(fù)雜，成本也較高。主要用于高精度小電流的測量。

光纖電流傳感器，是基于法拉第效應(yīng)來檢測電流大小的傳感器。通過測量光波在通過磁光材料時，其偏振面由于電流產(chǎn)生磁場的作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度的大小，來確定電流的大小。光纖電流傳感器，體積小、質(zhì)量輕、測量帶寬、準確度高、無飽和現(xiàn)象、抗電磁能力強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中電流的測量。