模拟直流电流表基础知识：原理与设计
模拟直流电流表基础知识：原理与设计
模拟直流电流表是电子工程领域中一种重要的测量工具，其核心原理是利用PMMC（永久磁铁移动线圈）的偏转与电流成正比的特性。然而，为了测量较大电流，需要通过添加分流器来实现。本文将详细介绍电流表的工作原理、分流器的设计以及多级电流表的实现方案。
于PMMC的偏转与电流通过其线圈直接成正比，因此该仪器本质上是电流表。但是，它只能直接用作电流表，仅用于移动线圈中流动的非常小的电流水平。必须进行修改，如果需要测量较大电流的电流表。
在图1（a）所示的直流电流表中 ，称为分流器的电阻与PMMC并行连接。图1（b）显示了完整仪器的等效电路，包括线圈电阻r m 和分流电阻r s。可以看出，要测量的一小部分电流通过线圈，其余的通过分流。从了解线圈电阻和仪表全尺度挠度（FSD）电流的情况下，可以确定分流的电阻，以测量任何所需的电流水平。当设计电流表 以指示（例如）100 A的电流时，对仪表刻度进行重新校准以读取100 a在FSD和其他点上的比例水平。
（a）电流表由PMMC和一个分流组成
（b）电流表等效电路
图1。 在电流表中，低电阻分流会导致大多数电路电流在低电流PMMC周围绕过。该仪器测量总电流的一部分，并指示其规模的总电流。图像由Amna Ahmad提供示例1显示了确定分流电阻值的过程。
示例1
PMMC的线圈电阻为200Ω，当线圈电流为750 ?A时，会产生全尺度偏转。确定该仪器充当FSD = 1 A的电流表所需的分流电阻值。
解决方案
从图1（b）中，仪表电压为
vm=我m×rm在全尺度挠度下vm=我fsd×rm=750μ一个×200ω=150mv
分流电压是
vs=vm=150mv分流电流
rs=vm我s=150mv999.25m一个≈0.15ω对于Ammeter而言，具有低电阻的重要性很重要，因为它始终与负载串联连接，以测量其电流。如果电流表电阻不明显低于载荷电阻，则包括电路中的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）没有电流表的电路
（c）电流表阻力增加了电路电阻
图2。Ammeter 应该具有非常低的电阻，以免它显着增加电路中的总电阻并在测量中引入误差。图像由Amna Ahmad提供示例2
电阻为1Ω的电流表应用于测量从100 V源提供给4Ω电阻的电流。在连接电流表并将其包含在电路中之前，通过电阻计算电流。
解决方案
没有电流表
我=ERx=100V4Ω=25一个在电路中使用电流表
我=erx+r一个=100v4ω+1ω=20一个
多级式Ammeters
可以简单地使用带有旋转开关的几个分流电阻值来选择所需范围，可以简单地构建多级电流表。图3（a）显示了电路布置。当以这种方式使用仪器时，必须注意确保分流不会变成开路，即使是短暂的瞬间。否则，很大的电流可能会流过仪器的线圈，可能导致其破坏。
图3（b）中说明的重新开关的设备可保护设备免受分流器在多零件电流表中敞开的可能性。宽端的移动触点连接到它在失去与先前端子接触之前切换到的端子。因此，它在与上一个终端接触之前与下一个终端进行接触。在切换时间内，两个分流器与仪器平行，并避免了开路的分流。
（a）多拨动电流电路
（b）在突破开关之前
图3。 在多级电流表中，可以选择几个分流器中的任何一个。必须始终使用重点开关来保持低电流PMMC脱落。
由于电流管的电阻值较低，因此与图3所示电路中的仪表并行的开关接触电阻可能会引入误差。图4（a）中所示的Ayrton分流器避免了与仪表并行的开关接触电阻，并保护移动线圈仪表免受过度电流流量的可能性。当开关的移动接触连接到端子B时，并行与仪表并行的分流电阻为（r 1 +r 2 +r 3）。这在图4（b）中说明了。当移动接触切换到端子C时，分流器变为（R 1 +R 2），电阻R 3 现在与仪表串联[图4（c）]。，在端子D处的移动触点时，分流器为电阻r 1，（R 2 +r 3）与仪表串联[图4（d）]。请注意，始终与仪表并行并联，并且开关接触电阻不属于仪表/分流平行组合的一部分。分流电阻通常比低电流仪的电阻小得多，以至于直接与仪表串联时，它们几乎没有效果。
（a）艾尔顿分流和仪表
（b）电阻r 1 +r 2 +r 3 与仪表并联
（c）r 1 +r 2 与仪表并联
（d）r 1 与仪表并联
图4。Ayrton 分流与PMMC并行几个相互连接的分流。通过在分流器的一个连接点中选择一个连接点，可以与PMMC电路并行放置一个或多个分流点，而其他分流器则与仪表串联。