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一种脉冲大电流的测量手段—Rogowski罗柯夫斯基线圈

来源:探头之家 2023-08-18 浏览次数:430

由于电流表内阻很小,在测量电路电流时候,电流表是允许直接串联在电路中间,也就是说电流表是不会影响到电路中的电流。

关于电流的测量,相信大家并不陌生。早在初中物理实验课上,老师就教我们使用电流表(如图1)测量电路中的电流。测量的电流量程一般为0~0.6A和0~3A。由于电流表内阻很小,在测量电路电流时候,电流表是允许直接串联在电路中间,也就是说电流表是不会影响到电路中的电流。 但是,这样一来问题也就出来了,要是碰见那些待测电流非常大(超过电流量程)或者导体结构形状不规则时候,电流表就会不允许串到电路中间的。那么又该有什么办法可以解决这个难题呢?这个问题难不倒奇思妙想的科学家们。接下来我们就开始认识下另一种测量电流的工具—罗柯夫斯基线圈,也称罗氏探头,目前已大量应用于di/dt较高的半导体开关参数,等离子电流,脉冲电流,射频电流,变频电流的测试中。

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1912年,W.Rogowski 等科学家利用电磁感应原理设计了一种测量电流的空心线圈,此线圈就用发明者名字命名。罗柯夫斯基线圈制作非常简单,如图2所示,就是一个缠绕在非磁性骨架上的空心螺线管,当待测电流变化时候,就会在螺线管中间产生封闭的变化磁场,变化的磁场穿过一层层线圈后,就会在线圈两端感应出电压,这个输出电压的大小与变化频率就反应了待测电流的变化情况,将输出信号通过数字积分器积分后就可以还原成待测电流值。这种线圈的优点在于测量的电流可从数毫安培到上万安培,可以测量不规则导体结构物体,根据待测物体大小可以设计成长短不一、粗细不同的线圈。另外线圈不需要外加电源供电,也就是说是一件被动测量手段。

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  在磁约束聚变实验中,罗柯夫斯基线圈已经得到了广泛的应用。比方说,测量上百万安培的等离子体电流就是利用这种空心螺线管。如前图所示,在一根不锈钢钢管上,紧密地缠绕一层耐高温线缆,然后将线圈安装在电流通过的回路上,图3白色物体就是一段罗柯夫斯基线圈,实际上线圈是环绕电流一圈的,剩下一部分未拍摄到。当电流从这根线圈中央穿过去后,线圈两端就会感应出电压,输出电压处理之后就是待测的等离子体电流了。所以说,只要从这个线圈内经过的电流都能完全的被测到。下面的子图显示的是实验期间,等离子体电流的演化情况,电流变化范围从0到最高的上百万安培。这些线圈都是自己手工缠绕的,有兴趣的话大家也可以在老师的带领下动手试一试,感受下电磁感应的乐趣。

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