电流探头

根据法拉第原理设计的设备

电流探头（current probe）

主要功能

流经导线的电流会导致在导线周围形成电磁通量场。电流探头是为传感这个磁通量场的场强而设计的，并把它转换成相应的电压，以使用示波器进行测量。这允许使用示波器查看和分析电流波形。在与示波器的电压测量功能相结合使用时，电流探头还允许进行各种功率测量。根据示波器的波形数学运算功能，这些测量可以包括瞬时功率、真实功率、视在功率和相位。

示波器的电流探头基本上分成两类：即AC 电流探头和AC/DC 电流探头，AC 电流探头通常是无源探头，AC/DC 电流探头通常是有源探头。这两种类型都采用相同的转换原理就是感应导线中的电流(AC)。

要进行转换，必须先有电流流经导线，根据电流流动的幅度和方向构建和消除磁通量场。在这个场中放一个线圈时，如图1所示，变化的磁通量场会通过简单的转换操作，在线圈中引起电压。这种转换操作是 AC 电流探头的基础。

AC 电流探头头部实际上是一个线圈，这个线圈缠在磁芯上。当这个探头头部保持在指定方向及接近承载 AC 电流的导线时，探头会输出一个线性电压，这一电压与导线中电压的比例是已知的。这种与电流有关的电压可以在示波器上显示为电流刻度的波形。

AC 电流探头的带宽取决于探头线圈的设计和其它因素。带宽可以高达1 GHz。但是，比较典型的带宽低于100MHz。

在任何情况下，AC 电流探头还有一个低频截止点，这包括直流(DC)，因为直流不会引起变化的磁通量场，因此不会引起转换动作。另外在非常接近DC的频率上，如0.01 Hz，磁通量场变化速度不足以能够实现变换动作。但是，可以在探头带宽范围内产生转换动作，进行衡量的输出。另外，根据探头线圈的设计，带宽的低频可能会低达到 0.5 Hz 或 1.2 kHz。

对带宽始于DC 附近的探头，可以在探头设计中增加霍尔效应设备，检测DC。其结果是得到带宽从DC 开始、扩展到规定频率上限 3 dB 点的 AC/DC 探头。这类探头至少要求一个电源，霍尔效应设备进行 DC 传感。根据探头设计，还可能会要求电流探头放大器，以组合和调节 AC 和 DC 电平，为在示波器上进行查看提供单一的输出波形。

从本质上看，电流探头的工作方式类似于紧密耦合的转换器。对标准操作，传感的电流导线是一圈线圈(N1)。来自这个单线圈的电流会转换成与线圈比率成比例(N2/N1)的多线圈(N2)探头输出电压。同时，探头的阻抗作为串联插入阻抗转换回到导线上。这种插入阻抗与频率相关，其1MHz 值一般位于30 - 500MΩ 的范围内，具体视探头而定。在大多数情况下，电流探头的插入阻抗很小，产生的负载可以忽略不计。

电流转换器。这些电流转换器完全绕在被测导线上。结果，必须断开被测导线，把导线穿过转换器，然后重新把导线连接到电路上，才能安装这些转换器。实芯探头的主要优势是它们体积非常小，提供了非常快的频响，可以测量快速、低幅度电流脉冲和 AC信号。分芯电流探头是最常用的探头类型，其分为AC 型和AC/DC 型。所以后面的规格参数介绍，将以分芯电流探头为主进行介绍。

规格参数

电流探头也可以叫做电流钳，它提供一种安全、成本效益、简单和精确的途径测量电流。它们那个在不断开电路的情况下就可以测量电流。电流钳的钳口可以打开，包围住导体形成一个磁场环。进而测量电流大小。在实际应用当中电流探头也有许多的参数需要注意。

1、标称电流

标称电流是电流钳所能测量的最大电流，在实际应用当中是不允许长时间测量这样的电流。单位是安培A，且分为直流和交流。

2、量程

量程也就是该电流探头所能测量的电流范围，单位是安培A，且分为直流和交流。

3、频率范围

频率范围是电流探头保证精度下所能正常的工作范围。单位是赫兹Hz。AC电流探头有一个最小频率和最大频率，AC/DC电流探头的频率从0到最大频率。

4、分辨率

电流探头的分辨率是指该探头所能测量的最小电流。单位是安培A。

5、工作温湿度

电流探头在标准精度下工作时对环境温度以及湿度的要求范围。

6、最大导体尺寸

最大导体尺寸指的是该电流探头所能测量的导线的直径最大值，也就是钳口完整闭合后能够包围住的导体尺寸。单位是毫米mm。

7、安培秒乘积

安培秒乘积也叫作额定最大峰值脉冲电流。定义了任何电流探头线性操作的最大极限。对电流脉冲，这一乘积定义为平均电流幅度乘以脉宽。在超过安培秒乘积时，探头线圈的芯材会变得饱和。由于饱和的芯不能处理更多的电流感应的通量，因此在电流输入和电压输出之间不再成恒定的比例。安培秒乘积是电流探头的一个重要参数。单位是安培乘以秒。

8、输出连接器

电流探头能够测量导线中电流的大小，测量的电流转换为电压的大小在通过线缆连接至示波器。只有与示波器输入通道匹配的接口才能进行连接。电流探头的输出接口一般是BNC接口，但也有其他接口类型。

总结

电流探头虽然没有示波器的电压探头那么常见，但是它的作用是其他探头无法代替的。它能够在不破坏导线的情况下测量流经导线的电流。当电流探头与电压探头配合使用时能够测试功率、相位等数据。这对于测试测量系统来说非常的有用。

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