示波器和電流探頭測量電流的方法

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(nèi)阻r0較小,電流表直接串聯(lián)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(yōu)點:電流測量準(zhǔn)確度高,一般準(zhǔn)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(tǒng)測量電流,電流通過導(dǎo)線引起導(dǎo)線周圍電磁場的形成,電流探頭感應(yīng)這一場的強度,并且轉(zhuǎn)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(yōu)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(zhǔn)確度低,一般準(zhǔn)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(yīng)用時間的函數(shù)。平均振幅乘以脈寬稱為AMP*Second產(chǎn)物(安培秒乘積)。每個電流探頭都具有不同AMP*Second指標(biāo)。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(tài)。磁芯飽和狀態(tài)將導(dǎo)致剪切或抑制了波形發(fā)生在磁芯飽和狀態(tài)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(guān)系如圖3。2.2測量系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)字示波器和電流探頭廠家較多,目前國內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)廠家。2.3測量儀器的選擇測量NS61000-5K雷擊浪涌發(fā)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(shù)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(shù)據(jù)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(jié)果不確定度來源及計算測量標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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(shù)字讀數(shù)時沒有人員影響,服從均勻分布(k=3√)(k=3),則:測量環(huán)境影響引入的不確定度u3;按B類方法評定。主要是環(huán)境溫度漂移對測量結(jié)果影響引起的,在測量時環(huán)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(shù)取舍引入的不確定度u4;按B類方法評定。當(dāng)測量結(jié)果為整數(shù)時δx=1測量結(jié)果單位,測量結(jié)果為小數(shù)時δx為小數(shù)后最后一位為1其它為0的測量結(jié)果單位,服從均勻分布(k=3√)(k=3),則:測量結(jié)果重復(fù)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(shù)平均值的實驗標(biāo)準(zhǔn)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(shù)平均值。用示波器和電流探頭測量5.7kV電壓對應(yīng)電流,重復(fù)測量十次,測量數(shù)據(jù)見表2所示。則Iˉ=110∑i=110Ii=2999.1AΙˉ=110∑i=110Ιi=2999.1AA類標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度(百分?jǐn)?shù)表示):u5=0.05%相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:擴展不確定度:取k=2,則:U=2uC=4.6%3實驗驗證了