實(shí)現大直流電流的精確測量

們在完全相同的地方形成。因此分流電阻的設計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)部分內部之間平均分配電流的方法。

　　這正是大多數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)區域是端子，用于接入電路(幾乎總是用厚的高導電率材料做成，比如銅)，另外一個(gè)區或多個(gè)并聯(lián)區組成了分流電阻的大部分。兩個(gè)端子區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(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 )降低分流電阻上測得的電壓值，信號將變得對分流電阻和檢測電路中引起的誤差更加敏感，從而在小電流情況下導致精度的劣化。

　　分流測量方法中的誤差源

　　高的工作溫度和分流電阻中的溫差將對增益和偏移誤差產(chǎn)生負面影響。對于基于分流的測量系統而言，不僅環(huán)境溫度起作用，而且測量的電流本身也會(huì )起作用，因為大電流會(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。

　　由于分流電阻結構中使用了不同的材料(也就是說(shuō)，連接端子和檢測導線(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)，它會(huì )影響偏移誤差(當實(shí)際電流為零時(shí)報告有電流讀數)。由于分流電阻的散熱效應可以測量，并且能夠用一種可預測的方式進(jìn)行表達，一些基于分流電阻的系統可以補償導致偏移和增益誤差的分流電阻熱效應。在任何情況下，當設計一個(gè)如圖1(典型的現代電流測量系統的信號鏈)所示的基于分流電阻的電流測量系統時(shí)，需要仔細選擇能夠提供最小誤差和漂移的元件。

　　選擇正確的測量方法

　　對于測量大的直流電流來(lái)說(shuō)，最基本的問(wèn)題是測量精度和成本。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)激勵工作)。為了判斷任一給定方法的測量精度，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。