電流探頭

電流探頭（current probes）

電流探頭是根據法拉第原理設計的用來測量導線中干擾電流信號的磁環，本質上是一個匝數為1的變壓器。使用電流探頭能夠測量流經導線的電流大小。電流探頭分為AC/DC電流探頭以及AC電流探頭。前者可以測量直流以及交流電流的大小，後者只可以測量交流電流的大小。

基本介紹

• 中文名：電流探頭
• 外文名：current probes

主要功能

流經導線的電流會導致在導線周圍形成電磁通量場。電流探頭是為感測這個磁通量場的場強而設計的，並把它轉換成相應的電壓， 以使用示波器進行測量。 這允許使用示波器查看和分析電流波形。在與示波器的電壓測量功能相結合使用時， 電流探頭還允許進行各種功率測量。 根據示波器的波形數學運算功能，這些測量可以包括瞬時功率、真實功率、視在功率和相位。

示波器的電流探頭基本上分成兩類：即AC 電流探頭和AC/DC 電流探頭，AC 電流探頭通常是無源探頭，AC/DC 電流探頭通常是有源探頭。 這兩種類型都採用相同的轉換原理就是感應導線中的電流(AC)。

要進行轉換， 必須先有電流流經導線， 根據電流流動的幅度和方向構建和消除磁通量場。在這個場中放一個線圈時，如上圖所示，變化的磁通量場會通過簡單的轉換操作，線上圈中引起電壓。這種轉換操作是 AC 電流探頭的基礎。

AC 電流探頭頭部實際上是一個線圈， 這個線圈纏在磁芯上。 當這個探頭頭部保持在指定方向及接近承載 AC 電流的導線時，探頭會輸出一個線性電壓，這一電壓與導線中電壓的比例是已知的。這種與電流有關的電壓可以在示波器上顯示為電流刻度的波形。

AC 電流探頭的頻寬取決於探頭線圈的設計和其它因素。頻寬可以高達1 GHz。但是，比較典型的頻寬低於100MHz。

在任何情況下，AC 電流探頭還有一個低頻截止點，這包括直流(DC)， 因為直流不會引起變化的磁通量場， 因此不會引起轉換動作。另外在非常接近DC的頻率上，如0.01 Hz，磁通量場變化速度不足以能夠實現變換動作。但是，可以在探頭頻寬範圍內產生轉換動作，進行衡量的輸出。另外，根據探頭線圈的設計，頻寬的低頻可能會低達到 0.5 Hz 或 1.2 kHz。

對頻寬始於DC 附近的探頭， 可以在探頭設計中增加霍爾效應設備，檢測DC。其結果是得到頻寬從DC 開始、擴展到規定頻率上限 3 dB 點的 AC/DC 探頭。這類探頭至少要求一個電源，霍爾效應設備進行 DC 感測。根據探頭設計，還可能會要求電流探頭放大器，以組合和調節 AC 和 DC 電平，為在示波器上進行查看提供單一的輸出波形。

從本質上看， 電流探頭的工作方式類似於緊密耦合的轉換器。對標準操作， 感測的電流導線是一圈線圈(N1)。來自這個單線圈的電流會轉換成與線圈比率成比例(N2/N1)的多線圈(N2)探頭輸出電壓。同時，探頭的阻抗作為串聯插入阻抗轉換回到導線上。這種插入阻抗與頻率相關，其1MHz 值一般位於30 - 500MΩ 的範圍內，具體視探頭而定。在大多數情況下，電流探頭的插入阻抗很小，產生的負載可以忽略不計。

電流探頭有兩種形式，一種特定的探頭類型，稱為分芯探頭。這類探頭的線圈放在"U"形芯上， "U"形芯帶有一鐵氧體滑塊，滑塊蓋住 "U" 形頂部。這類探頭的優點在於，鐵氧體滑塊可以收縮，使得探頭能夠方便地卡到測量電流的導線上。在測量完成時，滑塊可以收縮，探頭可以移到其它導線上。另外一種電流探頭是實芯電流轉換器。這些電流轉換器完全繞在被測導線上。結果，必須斷開被測導線，把導線穿過轉換器， 然後重新把導線連線到電路上， 才能安裝這些轉換器。 實芯探頭的主要優勢是它們體積非常小， 提供了非常快的頻響，可以測量快速、低幅度電流脈衝和 AC信號。到目前為止， 分芯電流探頭是最常用的探頭類型， 其分為AC 型和AC/DC 型。所以後面的規格參數介紹，將以分芯電流探頭為主進行介紹。

規格參數

電流探頭也可以叫做電流鉗，它提供一種安全、成本效益、簡單和精確的途徑測量電流。它們那個在不斷開電路的情況下就可以測量電流。電流鉗的鉗口可以打開，包圍住導體形成一個磁場環。進而測量電流大小。在實際套用當中電流探頭也有許多的參數需要注意。

1、標稱電流

標稱電流是電流鉗所能測量的最大電流，在實際套用當中是不允許長時間測量這樣的電流。單位是安培A，且分為直流和交流。

AC/DC電流探頭

2、量程

量程也就是該電流探頭所能測量的電流範圍，單位是安培A，且分為直流和交流。

3、頻率範圍

頻率範圍是電流探頭保證精度下所能正常的工作範圍。單位是赫茲Hz。AC電流探頭有一個最小頻率和最大頻率，AC/DC電流探頭的頻率從0到最大頻率。

4、解析度

電流探頭的解析度是指該探頭所能測量的最小電流。單位是安培A。

5、工作溫濕度

電流探頭在標準精度下工作時對環境溫度以及濕度的要求範圍。

6、最大導體尺寸

最大導體尺寸指的是該電流探頭所能測量的導線的直徑最大值，也就是鉗口完整閉合後能夠包圍住的導體尺寸。單位是毫米mm。

7、安培秒乘積

安培秒乘積也叫作額定最大峰值脈衝電流。定義了任何電流探頭線性操作的最大極限。對電流脈衝，這一乘積定義為平均電流幅度乘以脈寬。在超過安培秒乘積時，探頭線圈的芯材會變得飽和。由於飽和的芯不能處理更多的電流感應的通量，因此在電流輸入和電壓輸出之間不再成恆定的比例。安培秒乘積是電流探頭的一個重要參數。單位是安培乘以秒。

8、輸出連線器

電流探頭能夠測量導線中電流的大小，測量的電流轉換為電壓的大小在通過線纜連線至示波器。只有與示波器輸入通道匹配的接口才能進行連線。電流探頭的輸出接口一般是BNC接口，但也有其他接口類型。

總結

電流探頭雖然沒有示波器的電壓探頭那么常見，但是它的作用是其他探頭無法代替的。它能夠在不破壞導線的情況下測量流經導線的電流。當電流探頭與電壓探頭配合使用時能夠測試功率、相位等數據。這對於測試測量系統來說非常的有用。