本文深入探討了模擬直流電流表的基本要素。我們將首先討論電流表電阻，并說明如何與PMMC（永磁動(dòng)圈）并聯(lián)使用稱為分流器的電阻器來準(zhǔn)確測(cè)量較大的電流。本文還探討了多量程電流表，它利用各種分流電阻值和用于不同電流范圍的先通后斷開關(guān)。最后，本文介紹了 Ayrton 分流器作為一種解決方案，以最大限度地減少與儀表并聯(lián)使用分流器時(shí)由開關(guān)接觸電阻引起的誤差。了解模擬直流電流表的這些基本方面對(duì)于精確的電流測(cè)量至關(guān)重要。

由于PMMC的偏轉(zhuǎn)與通過其線圈的電流成正比，因此該儀器本質(zhì)上是電流表。但是，它只能直接用作電流表，僅用于在動(dòng)圈中流動(dòng)的非常小的電流水平。在需要測(cè)量較大電流的電流表時(shí)，必須進(jìn)行修改。

在圖1（a）所示的直流電流表中，一個(gè)稱為分流器的電阻器與PMMC并聯(lián)。圖1（b）顯示了整個(gè)儀器的等效電路，包括線圈電阻Rm和分流電阻R S .可以看出，要測(cè)量的電流的一小部分通過線圈，其余部分通過分流器。根據(jù)線圈電阻和儀表滿量程撓度（FSD）電流的知識(shí)，可以確定要測(cè)量的任何所需電流水平的分流電阻。當(dāng)電流表設(shè)計(jì)為指示（例如）100 A的電流時(shí)，儀表刻度將重新校準(zhǔn)，以在FSD和其他點(diǎn)的比例電平下讀取100 A。

（a） 電流表由PMMC和分流器組成

（b） 電流表等效電路

* 圖1. 在電流表中，低電阻分流器導(dǎo)致大部分電路電流在低電流PMMC周圍被旁路。該儀器測(cè)量總電流的一部分，并在其刻度上指示總電流。圖片由Amna Ahmad提供*

確定分流電阻值的過程如實(shí)施例1所示。

例 1

PMMC 的線圈電阻為 200 Ω，當(dāng)線圈電流為 750 μA 時(shí)產(chǎn)生滿量程偏轉(zhuǎn)。 確定儀器用作 FSD = 1 A 的電流表所需的分流電阻值。

溶液

從圖1（b）可以看出，儀表電壓為

在滿量程偏轉(zhuǎn)時(shí)

分流電壓為

分流電流

分流電阻為

電流表電阻

電流表具有低電阻很重要，因?yàn)樗冀K與負(fù)載串聯(lián)以測(cè)量其電流。如果電流表電阻不明顯低于負(fù)載電阻，則在電路中包括電流表會(huì)導(dǎo)致負(fù)載電流發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，如圖2和示例2所示。

（a） 不帶電流表的電路

（c） 電流表電阻增加電路電阻

* 圖2. 電流表應(yīng)具有非常低的電阻，這樣它就不會(huì)顯著增加電路中的總電阻并在測(cè)量中引入誤差。圖片由Amna Ahmad提供*

例 2

電阻為 1 Ω 的電流表用于測(cè)量從 100 V 電源提供給 4 Ω 電阻的電流。在電流表連接之前和電路中包含電流表之后計(jì)算通過電阻器的電流。

溶液

沒有電流表

電流表在電路中

多量程電流表

只需使用多個(gè)分流電阻值和旋轉(zhuǎn)開關(guān)來選擇所需的量程，即可構(gòu)建多量程電流表。圖3（a）顯示了電路布置。當(dāng)以這種方式使用儀器時(shí)，必須注意確保分流器不會(huì)開路，即使是短暫的瞬間;否則，可能會(huì)有非常大的電流流過儀器的線圈，可能導(dǎo)致其損壞。

圖3（b）所示的先通后斷開關(guān)可保護(hù)器件免受多量程電流表中分流器開路的可能性。寬端移動(dòng)觸點(diǎn)在與前一個(gè)終端失去聯(lián)系之前連接到它正在切換到的終端。因此，它在與前一個(gè)終端斷開連接之前與下一個(gè)終端接觸。在切換期間，兩個(gè)分流器與儀器并聯(lián)，避免了開路分流。

（a） 多量程電流表電路

（b） 先通后斷開關(guān)

* 圖3. 在多量程電流表中，可以選擇多個(gè)分流器中的任何一個(gè)。必須始終使用先通后斷開關(guān)來保持低電流 PMMC 分流。圖片由Amna Ahmad提供*

埃爾頓分流器

由于電流表分流器的電阻值較低，因此與圖3所示電路中的電流表并聯(lián)的開關(guān)接觸電阻可能會(huì)引入誤差。圖4（a）所示的Ayrton分流器避免了與儀表并聯(lián)的開關(guān)接觸電阻，并保護(hù)動(dòng)圈儀表免受過大電流的影響。當(dāng)開關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)連接到端子B時(shí)，與儀表并聯(lián)的分流器的電阻為（R 1 +R 2 +R 3 ).如圖4（b）所示。當(dāng)移動(dòng)觸點(diǎn)切換到端子C時(shí)，分流器變?yōu)椋≧ 1 +R 2 ），和電阻器 R3現(xiàn)在與儀表串聯(lián) [圖 4（c）]。最后，在端子D處移動(dòng)觸點(diǎn)，分流器為電阻R1和 （R 2 +R 3 ） 與儀表串聯(lián) [ 圖 4（d）]。請(qǐng)注意，始終有一個(gè)與儀表并聯(lián)的分流器，并且開關(guān)接觸電阻不是儀表/分流器并聯(lián)組合的一部分。分流電阻通常比低電流表電阻小得多，因此當(dāng)它們直接與儀表串聯(lián)時(shí)幾乎沒有影響。

（a） 埃爾頓分流器和儀表

（b） 電阻器 R 1 +R 2 +R3與儀表并聯(lián)

（c） R 1 +R2與儀表并聯(lián)

（d） R1與儀表并聯(lián)

* 圖4. 埃爾頓分流器具有多個(gè)串聯(lián)連接的分流器，與 PMMC 并聯(lián)。通過在分流器的一個(gè)連接點(diǎn)選擇一個(gè)連接點(diǎn)，一個(gè)或多個(gè)分流器可以與PMMC電路并聯(lián)放置，而其他分流器則與儀表串聯(lián)。圖片由Amna Ahmad提供*

模擬直流電流表要點(diǎn)

• 模擬直流電流表是主要用于測(cè)量電流的儀器，其偏轉(zhuǎn)與通過其線圈的電流成正比。
• 為了使用 PMMC 測(cè)量較大的電流，將一個(gè)稱為分流器的電阻器并聯(lián)連接，將大部分電流從線圈轉(zhuǎn)移開。
• 分流電阻值可以根據(jù)線圈電阻和所需的滿量程偏轉(zhuǎn)電流來確定。
• 低電阻對(duì)于電流表至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兣c被測(cè)負(fù)載串聯(lián)。高電流表電阻可以顯著改變測(cè)量的電流。
• 多量程電流表提供了靈活性，使用各種分流電阻值和旋轉(zhuǎn)開關(guān)來選擇不同的電流范圍。
• 為了防止多量程電流表中的分流器開路，采用了先通后斷開關(guān)來確保低電流PMMC儀器的連續(xù)分流。
• Ayrton 分流器是一種先進(jìn)的解決方案，可最大限度地減少與儀表并聯(lián)的開關(guān)接觸電阻引入的誤差。它允許在多個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行精確的電流測(cè)量。