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电流探头的作用

发布时间:2017-07-27   点击次数:1455次

       电流探头是根据法拉第原理设计的用来测量导线中干扰电流信号的磁环,本质上是一个匝数为1的变压器。使用电流探头能够测量流经导线的电流大小。电流探头分为AC/DC电流探头以及AC电流探头。前者可以测量直流以及交流电流的大小,后者只可以测量交流电流的大小。

    流经导线的电流会导致在导线周围形成电磁通量场。电流探头是为传感

这个磁通量场的场强而设计的,并把它转换成相应的电压, 以使用示波器进行测量。 这允许使用示波器查看和分析电流波形。在与示波器的电压测量功能相结合使用时, 电流探头还允许进行各种功率测量。 根据示波器的波形数学运算功能,这些测量可以包括瞬时功率、真实功率、视在功率相位

    示波器的电流探头基本上分成两类:即AC 电流探头和AC/DC 电流探头,AC 电流探头通常是无源探头,AC/DC 电流探头通常是有源探头。 这两种类型都采用相同的转换原理就是感应导线中的电流(AC)。

要进行转换, 必须先有电流流经导线, 根据电流流动的幅度和方向构建和消除磁通量场。在这个场中放一个线圈时,如上图所示,变化的磁通量场会通过简单的转换操作,在线圈中引起电压。这种转换操作是 AC 电流探头的基础。

AC 电流探头头部实际上是一个线圈, 这个线圈缠在磁芯上。 当这个探头头部保持在指定方向及接近承载 AC 电流的导线时,探头会输出一个线性电压,这一电压与导线中电压的比例是已知的。这种与电流有关的电压可以在示波器上显示为电流刻度的波形

AC 电流探头的带宽取决于探头线圈的设计和其它因素。带宽可以高达1 GHz。但是,比较典型的带宽低于100MHz。

在任何情况下,AC 电流探头还有一个低频截止点,这包括直流(DC), 因为直流不会引起变化的磁通量场, 因此不会引起转换动作。另外在非常接近DC的频率上,如0.01 Hz,磁通量场变化速度不足以能够实现变换动作。但是,可以在探头带宽范围内产生转换动作,进行衡量的输出。另外,根据探头线圈的设计,带宽的低频可能会低达到 0.5 Hz 或 1.2 kHz。

对带宽始于DC 附近的探头, 可以在探头设计中增加霍尔效应设备,检测DC。其结果是得到带宽从DC 开始、扩展到规定频率上限 3 dB 点的 AC/DC 探头。这类探头至少要求一个电源,霍尔效应设备进行 DC 传感。根据探头设计,还可能会要求电流探头放大器,以组合和调节 AC 和 DC 电平,为在示波器上进行查看提供单一的输出波形。

从本质上看, 电流探头的工作方式类似于紧密耦合的转换器。对标准操作, 传感的电流导线是一圈线圈(N1)。来自这个单线圈的电流会转换成与线圈比率成比例(N2/N1)的多线圈(N2)探头输出电压。同时,探头的阻抗作为串联插入阻抗转换回到导线上。这种插入阻抗与频率相关,其1MHz 值一般位于30 - 500M 的范围内,具体视探头而定。在大多数情况下,电流探头的插入阻抗很小,产生的负载可以忽略不计。

电流探头有两种形式,一种特定的探头类型,称为分芯探头。这类探头的线圈放在"U"形芯上, "U"形芯带有一铁氧体滑块,滑块盖住 "U" 形顶部。这类探头的优点在于,铁氧体滑块可以收缩,使得探头能够方便地卡到测量电流的导线上。在测量完成时,滑块可以收缩,探头可以移到其它导线上。另外一种电流探头是实芯电流转换器。这些电流转换器完全绕在被测导线上。结果,必须断开被测导线,把导线穿过转换器, 然后重新把导线连接到电路上, 才能安装这些转换器。 实芯探头的主要优势是它们体积非常小, 提供了非常快的频响,可以测量快速、低幅度电流脉冲和 AC信号。到目前为止, 分芯电流探头是zui常用的探头类型, 其分为AC 型和AC/DC 型。所以后面的规格参数介绍,将以分芯电流探头为主进行介绍。

     电流探头虽然没有示波器的电压探头那么常见,但是它的作用是其他探头无法代替的。它能够在不破坏导线的情况下测量流经导线的电流。当电流探头与电压探头配合使用时能够测试功率、相位等数据。这对于测试测量系统来说非常的有用。


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