示波器和電流探頭測量電流的方法

1電流的測量在項目測試中，通常有兩種類型的電流測量方法。其中之一是直接測量，即直接測量電流大小。通常，有電流表、帶有電流測量功能的萬用表等。二是非接觸式測量,測量電流隨時間變化,也就是電流的時域測量問題。文中主要介紹如何用示波器和電流探頭測量電流的方法,以及在測量中如何選擇合適示波器和電流探頭。2電流測量2.1非接觸式電流測量接觸式電流測量原理如圖1,要求電流表內阻r0較小,電流表直接串聯在電路中,利用歐姆定律得到電流I,大小為:I=ER+r0=ER(r0?R)Ι=ER+r0=ER(r0?R)優點:電流測量準確度高,一般準確度不大于±1%;缺點:電流測量范圍小,測量范圍0到20A(在工頻測量時,可到2000A),電流測量頻率低,最高到100kHz。非接觸式電流測量原理如圖2。用示波器和電流探頭組成系統測量電流,電流通過導線引起導線周圍電磁場的形成,電流探頭感應這一場的強度,并且轉換為電壓信號由示波器測量。在示波器上可以觀察并分析電流波形。優點:電流測量范圍寬,脈沖電流最高可到20kA,電流測量頻率高,最高可到2GHz;缺點:電流測量準確度低,一般準確度為:±(1%～5%)。使用電流探頭時,特別注意不要超量程使用,否則會永久性損害電流探頭。電流探頭在受到太多的電流影響時,變壓器核心材料會變得飽和,變成非線性。“太多的電流”是電流的振幅和應用時間的函數。平均振幅乘以脈寬稱為AMP*Second產物(安培秒乘積)。每個電流探頭都具有不同AMP*Second指標。對于電流探頭,安培秒乘積指定了電流變壓器磁芯的能量處理能力。如果平均電流和脈沖寬度的乘積超過額定的安培秒值,磁芯將處于飽和狀態。磁芯飽和狀態將導致剪切或抑制了波形發生在磁芯飽和狀態的部分。如果安培秒乘積沒有被超過,那么電流探頭輸出的的信號將是線性的并且測量精確。電流—脈沖寬度關系如圖3。2.2測量系統的選擇在工程測試中,交流電流測量最多,有的是高頻小電流測量,有的是低頻大電流測量,對于這些電流的測量,需要選用合適示波器和電流探頭,組成測量系統的最大誤差絕對值與被測量最大允許誤差絕對值的比不大于1/3。對工程測試人員而言,可選擇的數字示波器和電流探頭廠家較多,目前國內外著名公司有:美國泰克公司、安捷倫公司、力科公司,日本橫河公司,國產普源公司等,無論選擇那個廠家的測量儀器,最好是示波器和電流探頭為同一生產廠家。2.3測量儀器的選擇測量NS61000-5K雷擊浪涌發生器輸出電流峰值,儀器輸出電流峰值范圍:(0～3000)A,最大允許誤差:±10%,選用的測量儀器為TDS5054數字示波器,TCP202電流探頭和CT-4大電流傳輸器。測量連接如圖4,TCP202外觀圖形見圖5:測量電流數據見表1所示,測量波形如圖6和圖7:2.4溫度誤差引起的不確定度(1)測量結果不確定度來源及計算測量標準誤差極限引入的不確定度u1;按B類方法評定。示波器和電流探頭組成系統誤差極限:±4%,服從均勻分布(k=3√)(k=3),則:人員影響引入的不確定度u2;按B類方法評定。被測數字讀數時沒有人員影響,服從均勻分布(k=3√)(k=3),則:測量環境影響引入的不確定度u3;按B類方法評定。主要是環境溫度漂移對測量結果影響引起的,在測量時環境溫度的漂移不大,引入的不確定度可以忽略,服從均勻分布(k=3√)(k=3),則:有效位數取舍引入的不確定度u4;按B類方法評定。當測量結果為整數時δx=1測量結果單位,測量結果為小數時δx為小數后最后一位為1其它為0的測量結果單位,服從均勻分布(k=3√)(k=3),則:測量結果重復性引入的不確定度u5;按A類方法評定。采用貝塞爾法,用測量值的算術平均值的實驗標準偏差計算:式中:xi—被測量x的第i次觀測值;xˉ—nxˉ—n次觀測值的算術平均值。用示波器和電流探頭測量5.7kV電壓對應電流,重復測量十次,測量數據見表2所示。則Iˉ=110∑i=110Ii=2999.1AΙˉ=110∑i=110Ιi=2999.1AA類標準不確定度:u5=∑i=110(Ii?Iˉ)210×(10?1)???????ue001?ue000ue000=1.479Au5=∑i=110(Ιi-Ιˉ)210×(10-1)=1.479AA類標準不確定度(百分數表示):u5=0.05%相對合成標準不確定度:擴展不確定度:取k=2,則:U=2uC=4.6%3實驗驗證了