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一、導(dǎo)言：

鉗形電流表是一種廣泛應(yīng)用在電力檢修、工業(yè)檢測等大電流測量場景的儀器，本文將對(duì)其典型校準(zhǔn)方法做討論分析。本文閱讀時(shí)間約5分鐘。

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二、目錄：

1.?背景：鉗形電流表原理與分類

2.?鉗形電流表典型校準(zhǔn)方法及對(duì)比分析

3.?天恒校準(zhǔn)解決方案

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三、正文：

1.?背景：鉗形電流表原理與分類

·?工作原理

鉗形電流表是一種將開合的磁路套在載流導(dǎo)體上測量其電流值的儀表，測量時(shí)無需斷開回路即可得到被測電路的電流值。其工作原理為通過畢奧薩伐爾定律確定載流導(dǎo)線周圍磁場強(qiáng)度與電流的關(guān)系，已知無限長載流導(dǎo)體的電流為I，則距離載流導(dǎo)體為r的A點(diǎn)產(chǎn)生的磁通密度按照式（1）計(jì)算：

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由式（1）可知，載流導(dǎo)線周圍特定位置的磁通密度與電流值大小成正比，與該位置和載流導(dǎo)線的距離成反比。因此，可通過測量磁通密度間接測量電流值，測量時(shí)常將被測載流導(dǎo)線垂直穿過鉗形電流表鉗口幾何中心（見圖2）。

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· 分類

鉗形電流表按照測量原理可分為互感式、霍爾效應(yīng)式和磁調(diào)制式，各原理測量對(duì)象和特點(diǎn)見表1：

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表1??鉗形電流表各測量原理說明

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·?典型參數(shù)

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2.?鉗形電流表典型校準(zhǔn)方法及對(duì)比分析

·?測量誤差分析

鉗形電流表的工作原理是通過檢測磁場來間接測量電流，最理想的校準(zhǔn)方法是采用標(biāo)準(zhǔn)電流源對(duì)一根無限長的導(dǎo)線施加測試電流，并使該導(dǎo)線垂直穿過被校鉗形表的幾何中心。但實(shí)際工作中，導(dǎo)線不可能無限長，會(huì)帶來一定的誤差。

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如圖3所示，無限長載流導(dǎo)線W₀在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁通密度B₀按式（2）計(jì)算；如圖4所示，有限長載流導(dǎo)線W₁在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁通密度B_X按式（3）計(jì)算：

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鉗形電流表所測量的電流值與其所檢測到的磁通密度成正比，由此可得到有限長載流導(dǎo)線所帶來的系統(tǒng)相對(duì)誤差γ（%）按式（4）計(jì)算：

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實(shí)際測量中，鉗形電流表測量有限長導(dǎo)線電流會(huì)產(chǎn)生誤差，圖5所示列出了不同取值D和L下的誤差γ（%）：

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圖5? 不同取值D和L下的誤差

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由圖可知：

· 鉗形電流表檢測線圈直徑D越大，測量所產(chǎn)生的的系統(tǒng)誤差越大；

· 鉗形電流表檢測線圈直徑D固定時(shí)，鉗形電流輸出環(huán)的載流導(dǎo)線長度L越大，系統(tǒng)誤差越小。

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·?等效安匝法

鉗形電流表校準(zhǔn)需要高精度的標(biāo)準(zhǔn)大電流源作為原邊電流，但千安級(jí)的高精度交直流大電流源設(shè)計(jì)制造難度大，成本較高，因此早期通常使用等效安匝法進(jìn)行校準(zhǔn)。

等效安匝法，即將數(shù)十安培的標(biāo)準(zhǔn)電流源通過多匝線圈，并穿過被校鉗形表鉗口進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)鉗形電流表檢測到的電流為等效安匝電流=標(biāo)準(zhǔn)電流源電流×線圈匝數(shù)。

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w/2代表C0柱與C1柱、C2柱的中心線距離，h代表鉗形電流輸出環(huán)載流導(dǎo)體中心線的高度。

在繞制過程中，匝與匝之間應(yīng)保持良好的絕緣，整個(gè)鉗形電流輸出環(huán)制作應(yīng)盡量保持中心對(duì)稱。

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等效安匝法受漏電流、線圈形狀、外磁場等因素影響，準(zhǔn)確度較低，且匝數(shù)增加時(shí)，電感呈平方倍快速增加，對(duì)校準(zhǔn)源帶感性負(fù)載能力要求較高，僅適用于低精度鉗形電流表的校準(zhǔn)。

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·?單匝法

單匝法是一種將千安級(jí)大電流通過單匝標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)穿過鉗形電流表的鉗口，從而對(duì)鉗形電流表進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。典型單匝法鉗形電流環(huán)輸出結(jié)構(gòu)見圖7。

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銅環(huán)制作中，應(yīng)保持A-A’成軸對(duì)稱，且直徑不小于1m，與電流源端子應(yīng)保持可靠牢固的連接并接觸良好。

持續(xù)大電流工作時(shí)，其溫升應(yīng)不超過20℃。

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單匝法的銅環(huán)方便拆卸，便于使用高等級(jí)的穿心電流互感器或直流比較儀對(duì)裝置進(jìn)行交直流電流的測量校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)高等級(jí)溯源裝置其不確定度應(yīng)不大于校準(zhǔn)裝置允許誤差絕對(duì)值的1/4，且鐵心的幾何中心應(yīng)置于鉗形表鉗口放置處。單匝法是校準(zhǔn)鉗形電流表的主要方法，符合鉗形電流表高準(zhǔn)確度等級(jí)發(fā)展的方向。

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表2 ?單匝法和等效安匝法對(duì)比

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3.?天恒校準(zhǔn)解決方案

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