實(shí)現(xiàn)大直流電流的精確測(cè)量

們?cè)谕耆嗤牡胤叫纬?。因此分流電阻的設(shè)計(jì)包括了在阻性材料的橫截面上、或在單個(gè)并聯(lián)阻性部分和每個(gè)部分內(nèi)部之間平均分配電流的方法。

　　這正是大多數(shù)較高精度的分流電阻由三個(gè)不同部分組成的原因：兩個(gè)區(qū)域是端子，用于接入電路(幾乎總是用厚的高導(dǎo)電率材料做成，比如銅)，另外一個(gè)區(qū)或多個(gè)并聯(lián)區(qū)組成了分流電阻的大部分。兩個(gè)端子區(qū)之間用電阻段或使用焊接或冶金工藝的段進(jìn)行連接，具有非常均勻的接縫。

　　精密分流電阻的阻性部分(也稱(chēng)為有效部分)材料必須具有對(duì)溫度依賴(lài)性低的阻抗特性。由于具有合適的電阻和低溫電阻系數(shù)(TCR)，用于精密分流電阻的最常見(jiàn)合金之一是Edward Weston(因開(kāi)發(fā)出電化學(xué)電池-韋斯頓電池而出名)于1892年開(kāi)發(fā)的錳銅。

　　分流電阻中的散熱

　　電阻散發(fā)的熱量正比于電流的平方和電阻(W = I2 × R)。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)1mΩ的分流電阻在流經(jīng)50A電流時(shí)的功耗為2.5W，這個(gè)功耗在有適中散熱器和靜止空氣條件下是一個(gè)可控的值。相反，當(dāng)電流為1kA時(shí)，同樣這個(gè)分流電阻將耗散1kW的熱量，這個(gè)熱量需要很大物理尺寸并且可能強(qiáng)制風(fēng)冷(或液冷)的裝置。

　　圖3:分流電阻中散發(fā)的熱量與電阻和電流之間的關(guān)系。

　　圖4:分流電阻中散發(fā)的熱量與滿(mǎn)刻度輸出電壓和電流的關(guān)系。

　　從上面的圖中應(yīng)該可以清楚地看到，在給定電流條件下減少分流電阻中散發(fā)熱量的唯一方法是減小其電阻。然而，這也會(huì)降低分流電阻上測(cè)得的電壓值，信號(hào)將變得對(duì)分流電阻和檢測(cè)電路中引起的誤差更加敏感，從而在小電流情況下導(dǎo)致精度的劣化。

　　分流測(cè)量方法中的誤差源

　　高的工作溫度和分流電阻中的溫差將對(duì)增益和偏移誤差產(chǎn)生負(fù)面影響。對(duì)于基于分流的測(cè)量系統(tǒng)而言，不僅環(huán)境溫度起作用，而且測(cè)量的電流本身也會(huì)起作用，因?yàn)榇箅娏鲿?huì)加熱分流電阻。

　　雖然分流元件的電阻(有效)部分是用低TCR的材料做的，但高的工作溫度將不可避免地促進(jìn)阻值偏離校準(zhǔn)值，無(wú)論這個(gè)變化有多小。這將產(chǎn)生靈敏度(增益)誤差。

　　由于分流電阻結(jié)構(gòu)中使用了不同的材料(也就是說(shuō)，連接端子和檢測(cè)導(dǎo)線(xiàn)的材料一般不同于分流電阻的阻值部分材料)，存在所謂的熱電誤差(比如塞貝克效應(yīng))，它會(huì)影響偏移誤差(當(dāng)實(shí)際電流為零時(shí)報(bào)告有電流讀數(shù))。由于分流電阻的散熱效應(yīng)可以測(cè)量，并且能夠用一種可預(yù)測(cè)的方式進(jìn)行表達(dá)，一些基于分流電阻的系統(tǒng)可以補(bǔ)償導(dǎo)致偏移和增益誤差的分流電阻熱效應(yīng)。在任何情況下，當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)如圖1(典型的現(xiàn)代電流測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)鏈)所示的基于分流電阻的電流測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，需要仔細(xì)選擇能夠提供最小誤差和漂移的元件。

　　選擇正確的測(cè)量方法

　　對(duì)于測(cè)量大的直流電流來(lái)說(shuō)，最基本的問(wèn)題是測(cè)量精度和成本。其它重要的考慮因素包括：工作環(huán)境(尤其是溫度范圍)，功耗，尺寸和耐用性(考慮可能的過(guò)載，瞬變和無(wú)激勵(lì)工作)。為了判斷任一給定方法的測(cè)量精度，考慮在所有相關(guān)的極端工作條件下所有可能的誤差源很重要。

　　表1:電流分壓器的比較。