电流表

电流表是一种测量仪器，用于在电路中测量电流强度，当它与被测电路部分串联连接时。

我们在上一个教程中看到，永磁动圈（PMMC）检流计是一种仪器，其中载流线圈放置在永磁场中。

当电流（I）通过线圈时，产生的电磁场与永磁场反应，产生偏转扭矩，使其移动。连接到线圈的指针或针指示偏转量（Φ）。

我们还了解到，永磁动圈表可以通过串联连接的倍增电阻转换为有效的直流电压表。但我们也可以使用PMMC表通过将电阻与表并联而不是串联来测量电流，这构成了电流表的基础。

顾名思义，电流表是一种用于测量电流（I）的仪器，其名称来源于测量单位是“安培”，或更准确地说，安培。

但为了测量电流，电流表必须连接，以便感兴趣的总电流可以通过它。换句话说，电流表应始终与被测电路或组件串联连接。

电流表

但这里存在问题。正如我们在上一个关于电压表的教程中看到的，标准PMMC表的满量程偏转（FSD）非常小，因此它们只能承载小电流，0到IFSD，以微安（uA）或毫安（mA）给出，这主要是由于PMMC动圈绕组中使用的小线径。

如果我们想测量比这更大的电路电流或高达10安培的电流，更高的电流将迫使表的指针超出其最大FSD偏转，这可能会过热或损坏线圈绕组，更不用说弯曲指针了。那么我们如何使用标准PMMC表来测量比FSD额定值更大的电流。

为了测量电路电流，检流计必须串联连接，并且由于它具有相当大的线圈电阻RG，这将对被测电流的值产生影响。

当使用PMMC表作为电流表时，其测量范围可以通过并联连接的“分流电阻”进一步扩展，从而允许它测量比其正常满量程偏转电流额定值大许多倍的直流电流，因为只有总电流的一小部分会通过表。

电流表分流电阻

电流表的电流灵敏度由表线圈产生所需FSD指针运动所需的电流量决定。线圈移动的量，称为“偏转”（Φ），与通过线圈产生偏转针所需磁场的电流强度成正比，以每安培的度数（或弧度）给出，o/A（或rad/A）。

因此，产生所需偏转所需的电流量越小，表的灵敏度越高。然后电流表的指针响应电流而移动，因此如果表运动仅需要100uA进行满量程偏转，它将比需要1mA进行FSD的表运动具有更高的灵敏度。

通过将外部分流电阻与表并联连接，而不是像电压表那样串联连接，我们可以扩展其运动的使用范围。这是因为并联连接的电阻形成电流分配网络，顾名思义，根据其电阻值分配被测电流，如图所示。

电流表电路

电流表电路

这里，低电阻分流器与PMMC表端子并联（分流）连接，设计用于承载大部分电路电流，因此只有一小部分电流流过表的绕线线圈。

因此，分流电阻增加了电流表的范围，表的电流IG与总电路电流IT成正比，产生所需的电压降以实现满量程偏转。

让我们假设我们希望使用100uA，200Ω检流计来测量高达1.0安培的电路电流。显然，我们不能直接将表连接到电路中测量一安培。

但通过使用欧姆定律，我们可以计算出分流电阻RS的值，当用于测量高达一安培的电路电流时，该电阻将产生满量程表运动和相应的IG x RG电压降。

使用欧姆定律的电流表

因此，如果检流计给出满量程偏转的电流为100uA，则所需的分流电阻RS计算为0.02Ω。对于20mV（V = I*R = 100µA x 200Ω）的电压降，100uA将通过PMMC表流动，999.9mA通过低电阻分流电阻。

因此，几乎所有的电路电流（IT）都通过分流电阻，只有非常小的一部分电流用于FSD通过动圈，从而通过简单地并联一个足够小的电阻将检流计转换为电流表，如图所示。

电流表分流电阻

电流表分流电阻

注意，这个分流电阻RS将始终低于线圈的内部电阻RG，以将电路电流从线圈绕组中分流出去。然后，表的运动与这个外部分流电阻的组合形成一个简单的模拟电流表的基础，无论特定表的FSD是多少。

例如，相同的检流计可以用于测量0到1安培，0到5安培或0到10安培等的电流，只需使用不同值的分流电阻与相同的表运动并相应地修改表的刻度。

电流表示例No1

一个检流计的内部动圈电阻为100Ω，并在3mA时产生满量程偏转。计算将PMMC表转换为范围为0到5安培的直流电流表所需的分流电阻值。

给定数据：RG = 100Ω，IG = 3mA和IT(max) = 5安培

检流计分流电阻

因此，需要0.06Ω或60毫欧（60mΩ）的电阻来测量最大5安培的电流强度。

电流表示例No2

一个PMMC表的线圈电阻为200Ω，线性指针刻度标记为25个分度。如果表的灵敏度为每分度4mA，计算测量最大20安培电流所需的分流电阻。

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

电压表串联电阻

然后希望我们可以看到，电流表给出的总电阻大约等于连接的分流电阻RS的值，并且随着被测电路电流的增加而明显变小。

因此，当电流表与要测量电流的电路组件串联连接时，其负载效应大大降低。理想情况下，电流表的总电阻为零。

由于用于电流表的分流电阻的电阻值非常低，通常它们必须由相对较大直径的导线或实心铜条制成。高电流分流器通常作为校准的铜条出售，以产生特定的毫伏（mV）电压降。

电流测量

正如我们之前在关于电压表的教程中看到的，使用检流计的测量仪器可以通过添加适当范围的电阻和选择开关转换为多量程表。我们的简单直流电流表可以通过具有多个分流电阻进一步扩展，每个电阻针对特定电流范围大小。

通过使用单个多极4或5位开关逐一选择每个电阻，将允许我们的电流表用单个运动测量更广泛的电流范围。这种类型的电流表配置称为多量程电流表。

直接多量程电流表配置

在这种电流表配置中，多量程电流表的每个分流电阻RS如前所述与表并联（分流）连接，以提供所需的安培范围。

因此，如果我们假设上述100uA FSD表需要测量以下电流范围1mA，10mA，100mA和1A，则所需的分流电阻如前所述计算为：

电流表电阻值

给出一个直接多量程电流表电路：

直接多量程电流表方法

虽然这种直接电压表配置可以工作，但其设计中的一个主要问题是使用的多位置选择开关类型。大多数开关具有“先断后通”（B-M）动作，这意味着当开关从一个位置旋转到另一个位置以读取不同的电流时，在一个小瞬间，分流电阻实际上与表断开连接，因此所有被测电路电流都通过表的动圈分流，这可能会或可能不会损坏它。

克服这个问题的一种方法是使用更昂贵的“先通后断”（M-B）动作开关，或者以这样一种方式配置分流电阻的连接，当选择开关旋转时，它们仍然保持在电路中，从而保护精密的表运动。实现这一点的一种方法是使用间接直流电流表方法。

间接多量程电流表配置

一个更实用的设计是间接电流表配置，其中一个或多个分流电阻串联连接在表上以提供所需的电流范围。这里的优势是，除了使用标准优选值作为分流电阻外，任何时候精密的表运动都被电阻值分流。

因此，如果我们再次假设我们的50mV FSD表和电流范围1mA，10mA，100mA和1A如前所述，则所需的电阻值重新计算为：

间接分流电阻值

给出一个间接多量程电流表电路：

间接多量程电流表方法

然后我们在这里看到，在这种间接4位模拟电流表配置中，要测量的电流越高，开关选择的分流电阻值越低。与PMMC表并联的总电阻将是电阻的总和，因为RTOTAL = RS1 + RS2 + RS3 + RS4。

显然，虽然两种电路，直接和间接电流表配置都能够读取相同的电流强度，但间接电流表配置是首选，因为它在选择开关旋转时保护PMMC表免受过流条件的影响。

模拟电流表提供快速准确的电路电流读数，并且相同的检流计运动可以通过改变分流电阻的电阻值来显示一系列电流强度。零中心电流表可用，并且对于显示电流方向有用，即它们可以指示“正”电流或“负”电流流动。

分流电阻值的选择最终将取决于用作电流表的检流计的FSD以及被测电流水平，无论表的刻度是以安培，毫安还是微安校准。

但如果我们想测量10安培甚至100安培的电流呢。同样的原则适用，只是电流分流器需要是一个极低值的电阻，通常在毫欧（mΩ）或更小的值。

高电流直流电流表配有校准的分流器，以提供分流器上的必要电压降，为PMMC表供电。低至10mV或20mV的电压降可用于提供主要直流电流的准确转换，以便表显示满量程读数，达到数百安培。

但也要记住，当为承载大量电流的电流表分流电阻大小时，需要考虑其I2R功率耗散，否则电阻可能会过热并遭受损坏。

测量大交流电流需要使用电流互感器。正如我们在关于电流互感器的教程中讨论的那样，5A满量程电流表可以与适当的电流互感器一起使用，并与所选变压器一起校准。