电流表原理

电流表是指用来测量交、直流电路中电流的仪表。在电路图中，电流表的符号为"圈A"。电流值以“安”或“A"为标准单位。

电流表是根据通电导体在磁场中受磁场力的作用而制成的。电流表内部有一永磁体，在极间产生磁场，在磁场中有一个线圈，线圈两端各有一个游丝弹簧，弹簧各连接电流表的一个接线柱，在弹簧与线圈间由一个转轴连接，在转轴相对于电流表的前端，有一个指针。当有电流通过时，电流沿弹簧、转轴通过磁场，电流切磁感线，所以受磁场力的作用，使线圈发生偏转，带动转轴、指针偏转。由于磁场力的大小随电流增大而增大，所以就可以通过指针的偏转程度来观察电流的大小。这叫磁电式电流表，就是我们平时实验室里用的那种。

磁电式电流表原理

如图所示是电流表的构造图，在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流通过这两个弹簧流入线圈。

磁电式电流表构造图

磁电式电流表的工作原理：线圈在均匀幅向分布的磁场中受到磁力矩的作用，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，从而产生转动力矩.当弹簧的转动力矩与磁力矩平衡时，线圈停止转动.  磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱，如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。

数字电流表原理

一只数字电流表应具备A/D转换、非线性补偿及标度变换三部分。

A/D转换：将模拟量转换成数字量，有专门的单芯片。

非线性补偿：大多数被测参数与显示值之间呈现非线性关系，为了消除非线性误差，必须在仪表中加入非线性补偿电路。常用的方法有：模拟式非线性补偿法、非线性数模转换补偿法、数字式非线性补偿法等。

标度变换：测量值与工程值之间往往存在一定的比例关系，数显表显示的不应该是输入值，而是实际的工程值，所以要进行标度变换。一般数显表的显示量程是全范围可设定的。

数显表首先要把连续变化的模拟量转换成断续变化的数字量（A/D转换），再上计数器（如果输入信号是数字量，则直接上计数器）、寄存器、译码器，Z后在液晶显示器或LED数码管上显示出来。其实，数显表大多是以电压表为主体的，大量的物理量经传感变送后转换成相对应的电信号，仪表的输入部分将这些电信号处理成常规的电压信号，所以大多数数显表的主体只是个电压表，不同点在于输入转化部分。

用单片机及其扩展的外部电路先做成一个理想电压表，如图中用G表示。由于通常所说的电流表是指灵敏电流计，其量程太小，不能直接测量电流，所以要想得到一个有多量程或量程较大的电流表需要将一个理想电压表改装而成。用一个内阻视为无穷大的电压表并联分流电阻而成的数字电流表。待测电流I随搬动开关K的位置而流过R1或R2，因而本电流表的两个量程就取决于G的满量程电压和R1、R2的阻值，记G的满量程电压为Ug，根据欧姆定律Ug=RgIg，若Ug和Rg已知则Ig就是电流表的满量程电流。

数字电流表原理

钳形电流表原理

常见的钳型电流表多为互感式钳型电流表，由电流互感器和整流系电流表组成，原理图如下图所示：

钳形电流表原理

 互感式钳形电流表是利用电磁感应原理来测量电流的。电流互感器的铁芯呈钳口形，当紧握钳形电流表的把手时，其铁芯张开，将被测电流的导线放入钳口中。松开把手后铁芯闭合，通有被测电流的导线就成为电流互感器的原边，于是在副边就会产生感生电流，并送入整流系电流表进行测量。电流表的标度是按原边电流刻度的，所以仪表的读数就是被测导线中的电流值。互感型钳形电流表只能测交流电流。

电磁系钳形电流表原理

电磁系钳形电流表主要由电磁系测量机构组成。处在铁芯钳口中的导线相当于电磁系测量机构中的线圈，当被测电流通过导线时，在铁芯中产生磁场，使可动铁片磁化，产生电磁推力，带动指针偏转，指示出被测电流的大小。由于电磁系仪表可动部分的偏转方向与电流极性无关，因此可以交直两用。由于这种钳形电流表属于电磁系仪表，指针转动力矩与被测电流的平方成正比，所以标度尺刻度是不均匀的，并且容易受到外磁场影响。

采用霍尔电流传感器的钳形电流表原理

磁平衡式(闭环)电流传感器(CSM系列)的原理图如下图所示：

霍尔传感器钳形电流表原理

磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。   具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用。此种钳形电流表测量方式无测量插入损耗，线性度好，可测量直流电流、交流电流及脉冲电流，且原边电流与副边输出信号高度隔离，不引入干扰。