模拟直流电流表的基本要素

本文深入探讨了模拟直流电流表的基本要素。我们将首先讨论电流表电阻，并说明如何与PMMC（永磁动圈）并联使用称为分流器的电阻器来准确测量较大的电流。本文还探讨了多量程电流表，它利用各种分流电阻值和用于不同电流范围的先通后断开关。最后，本文介绍了 Ayrton 分流器作为一种解决方案，以最大限度地减少与仪表并联使用分流器时由开关接触电阻引起的误差。了解模拟直流电流表的这些基本方面对于精确的电流测量至关重要。

由于PMMC的偏转与通过其线圈的电流成正比，因此该仪器本质上是电流表。但是，它只能直接用作电流表，仅用于在动圈中流动的非常小的电流水平。在需要测量较大电流的电流表时，必须进行修改。

在图1（a）所示的直流电流表中，一个称为分流器的电阻器与PMMC并联。图1（b）显示了整个仪器的等效电路，包括线圈电阻Rm和分流电阻R S .可以看出，要测量的电流的一小部分通过线圈，其余部分通过分流器。根据线圈电阻和仪表满量程挠度（FSD）电流的知识，可以确定要测量的任何所需电流水平的分流电阻。当电流表设计为指示（例如）100 A的电流时，仪表刻度将重新校准，以在FSD和其他点的比例电平下读取100 A。

（a） 电流表由PMMC和分流器组成

（b） 电流表等效电路

* 图1. 在电流表中，低电阻分流器导致大部分电路电流在低电流PMMC周围被旁路。该仪器测量总电流的一部分，并在其刻度上指示总电流。图片由Amna Ahmad提供*

确定分流电阻值的过程如实施例1所示。

例 1

PMMC 的线圈电阻为 200 Ω，当线圈电流为 750 μA 时产生满量程偏转。 确定仪器用作 FSD = 1 A 的电流表所需的分流电阻值。

溶液

从图1（b）可以看出，仪表电压为

在满量程偏转时

分流电压为

分流电流

分流电阻为

电流表电阻

电流表具有低电阻很重要，因为它始终与负载串联以测量其电流。如果电流表电阻不明显低于负载电阻，则在电路中包括电流表会导致负载电流发生实质性变化，如图2和示例2所示。

（a） 不带电流表的电路

（c） 电流表电阻增加电路电阻

* 图2. 电流表应具有非常低的电阻，这样它就不会显着增加电路中的总电阻并在测量中引入误差。图片由Amna Ahmad提供*

例 2

电阻为 1 Ω 的电流表用于测量从 100 V 电源提供给 4 Ω 电阻的电流。在电流表连接之前和电路中包含电流表之后计算通过电阻器的电流。

溶液

没有电流表

电流表在电路中

多量程电流表

只需使用多个分流电阻值和旋转开关来选择所需的量程，即可构建多量程电流表。图3（a）显示了电路布置。当以这种方式使用仪器时，必须注意确保分流器不会开路，即使是短暂的瞬间;否则，可能会有非常大的电流流过仪器的线圈，可能导致其损坏。

图3（b）所示的先通后断开关可保护器件免受多量程电流表中分流器开路的可能性。宽端移动触点在与前一个终端失去联系之前连接到它正在切换到的终端。因此，它在与前一个终端断开连接之前与下一个终端接触。在切换期间，两个分流器与仪器并联，避免了开路分流。

（a） 多量程电流表电路

（b） 先通后断开关

* 图3. 在多量程电流表中，可以选择多个分流器中的任何一个。必须始终使用先通后断开关来保持低电流 PMMC 分流。图片由Amna Ahmad提供*

埃尔顿分流器

由于电流表分流器的电阻值较低，因此与图3所示电路中的电流表并联的开关接触电阻可能会引入误差。图4（a）所示的Ayrton分流器避免了与仪表并联的开关接触电阻，并保护动圈仪表免受过大电流的影响。当开关的动触点连接到端子B时，与仪表并联的分流器的电阻为（R 1 +R 2 +R 3 ).如图4（b）所示。当移动触点切换到端子C时，分流器变为（R 1 +R 2 ），和电阻器 R3现在与仪表串联 [图 4（c）]。最后，在端子D处移动触点，分流器为电阻R1和 （R 2 +R 3 ） 与仪表串联 [ 图 4（d）]。请注意，始终有一个与仪表并联的分流器，并且开关接触电阻不是仪表/分流器并联组合的一部分。分流电阻通常比低电流表电阻小得多，因此当它们直接与仪表串联时几乎没有影响。

（a） 埃尔顿分流器和仪表

（b） 电阻器 R 1 +R 2 +R3与仪表并联

（c） R 1 +R2与仪表并联

（d） R1与仪表并联

* 图4. 埃尔顿分流器具有多个串联连接的分流器，与 PMMC 并联。通过在分流器的一个连接点选择一个连接点，一个或多个分流器可以与PMMC电路并联放置，而其他分流器则与仪表串联。图片由Amna Ahmad提供*

模拟直流电流表要点

• 模拟直流电流表是主要用于测量电流的仪器，其偏转与通过其线圈的电流成正比。
• 为了使用 PMMC 测量较大的电流，将一个称为分流器的电阻器并联连接，将大部分电流从线圈转移开。
• 分流电阻值可以根据线圈电阻和所需的满量程偏转电流来确定。
• 低电阻对于电流表至关重要，因为它们与被测负载串联。高电流表电阻可以显著改变测量的电流。
• 多量程电流表提供了灵活性，使用各种分流电阻值和旋转开关来选择不同的电流范围。
• 为了防止多量程电流表中的分流器开路，采用了先通后断开关来确保低电流PMMC仪器的连续分流。
• Ayrton 分流器是一种先进的解决方案，可最大限度地减少与仪表并联的开关接触电阻引入的误差。它允许在多个范围内进行精确的电流测量。