大(da)家(jia)都(dou)知(zhi)道(dao)在(zai)測(ce)量(liang)工(gong)作(zuo)中(zhong)，電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)的(de)精(jing)準(zhun)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，他(ta)們(men)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)直(zhi)接(jie)導(dao)致(zhi)器(qi)件(jian)功(gong)率(lv)和(he)其(qi)他(ta)電(dian)氣(qi)參(can)數(shu)的(de)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)。通(tong)常(chang)
，我(wo)們(men)采(cai)用(yong)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)，構(gou)建(jian)定(ding)製(zhi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，利(li)用(yong)歐(ou)姆(mu)定(ding)律(lv)，通(tong)過(guo)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)值(zhi)和(he)測(ce)量(liang)的(de)壓(ya)降(jiang)計(ji)算(suan)出(chu)電(dian)流(liu)值(zhi)。但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)帶(dai)來(lai)的(de)麻(ma)煩(fan)，你(ni)真(zhen)的(de)了(le)解(jie)嗎(ma)
？我(wo)下(xia)麵(mian)就(jiu)來(lai)講(jiang)講(jiang)其(qi)中(zhong)的(de)奧(ao)妙(miao)。

 

首先，對電壓和電流的測量往往需要總誤差達到甚至低於0.1%的測量精度。但實際過程中，總測量精度會受限於測量過程中的若幹個因素的製約
，包括分流器、引線
、測量環境
、以及數字萬用表本身。數字萬用表可對電流進行非常精確的測量，例如安捷倫34461A 6位半數字萬用表
，在測量最大10A的電流時，誤差約為0.06%（24小時校準）。 但是當電流超過10A shi，xuduoshuziwanyongbiaoneizhidianliubiaodeliangchengkenengjiubugouyongle。zheshirenmenkenenghuicaiyongkaqianshidianliutantouceliangdianliu。zhegefangfadeshiyongfangbian
，danjingduyouxian
，dayue 0.5%-1%， erqieduanshijianneijiuhuichanshengpiaoyi
，bixujingchangjinxingshoudongguiling。yinci，yaoceliangjishizhishangbaianpeidedianliu，gongchengshitongchangshiyongfenliudianzu，goujiandingzhijiejuefangan，liyongoumudinglv
，tongguofenliudianzuzhiheceliangdeyajiang，jisuanchudianliuzhi。danshizhezhongfangfahuiyinruxuduowucha

，bixuhuafeidaliangjinglishiyongwaibushouduanyanzhengceshijieguo，danjishizheyang，yehennanquedingzuizhongdejingdu。yinci，dadianliuhedongtaidianliudejingqueceliang，shifeichangjuyoutiaozhanxingde。

 

缺陷原因：市場上常見的高精度電阻分流器的標稱技術指標可以達到0.5%，甚至有些可低至0.1%的誤差。但即便隻有0.1%誤差的分流器，在未考慮其它可能引入的誤差之前
，就會讓我們難以實現0.1%總(zong)測(ce)量(liang)誤(wu)差(cha)的(de)目(mu)標(biao)。更(geng)為(wei)嚴(yan)重(zhong)的(de)是(shi)，由(you)於(yu)分(fen)流(liu)器(qi)的(de)阻(zu)值(zhi)會(hui)隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)
，而(er)我(wo)們(men)無(wu)法(fa)調(tiao)整(zheng)它(ta)的(de)絕(jue)對(dui)電(dian)阻(zu)值(zhi)來(lai)校(xiao)準(zhun)它(ta)
，而(er)必(bi)須(xu)進(jin)行(xing)更(geng)多(duo)的(de)表(biao)征(zheng)。同(tong)時(shi)，必(bi)須(xu)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)的(de)萬(wan)用(yong)表(biao)來(lai)測(ce)量(liang)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)阻(zu)的(de)變(bian)化(hua)。普(pu)通(tong)的(de)數(shu)字(zi)萬(wan)用(yong)表(biao)由(you)於(yu)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)限(xian)製(zhi)，不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)用(yong)於(yu)精(jing)確(que)表(biao)征(zheng)毫(hao)歐(ou)級(ji)的(de)分(fen)流(liu)器(qi)。

 

那na麼me
，如ru何he來lai精jing確que表biao征zheng一yi個ge分fen流liu器qi呢ne？一yi種zhong方fang法fa是shi將jiang其qi與yu預yu先xian表biao征zheng過guo的de分fen流liu器qi串chuan聯lian，使shi用yong程cheng控kong電dian源yuan為wei該gai串chuan聯lian電dian路lu施shi加jia電dian流liu。使shi用yong串chuan聯lian電dian路lu中zhong已yi知zhi特te性xing的de分fen流liu器qi來lai測ce量liang電dian流liu
，再zai測ce量liang需xu要yao表biao征zheng的de分fen流liu器qi上shang的de電dian壓ya
，便bian可ke計ji算suan出chu這zhe個ge分fen流liu器qi的de電dian阻zu。在zai表biao征zheng過guo程cheng中zhong

，您nin必bi須xu等deng待dai分fen流liu器qi達da到dao熱re平ping衡heng
，以yi獲huo取qu這zhe個ge分fen流liu器qi受shou溫wen度du影ying響xiang而er發fa生sheng的de變bian化hua值zhi。在zai一yi個ge電dian流liu值zhi完wan成cheng表biao征zheng後hou
，隨sui即ji需xu要yao按an一yi定ding的de步bu進jin提ti高gao電dian流liu值zhi，再zai重zhong複fu這zhe個ge過guo程cheng，直zhi到dao最zui大da的de預yu期qi電dian流liu值zhi，以yi表biao征zheng分fen流liu器qi逐zhu漸jian增zeng加jia的de自zi熱re效xiao應ying。這zhe個ge過guo程cheng極ji其qi耗hao時shi耗hao力li。

 

有一點必須考慮的是
，鑒於分流器的電阻值僅為毫歐級
，所以電路引線中的電阻也不容忽視。在使用10毫歐分流器時
，即使引線額外增加僅僅10微歐電阻，也會導致誤差增加0.1%。 為了預防引線電阻值加到被表征的分流器電阻值上， 從而影響測量結果，應該使用4線Kevin連接方法（圖1）。

圖 1：利用Kelvin 4線連接的分流電阻器

溫度變化引入的誤差：當溫度變化時，所有電阻器的值都會發生或多或少的漂移（圖2）。這種效應被量化為電阻溫度係數（TCR），單位通常為 ppm/℃（見公式1）。普通銅線的TCR大約為 4000 ppm/℃。精密型分流器使用特殊合金進行補償，將TCR降低到最低水平，可以實現10ppm或更出色的性能。然而，TCR 絕不會減小到0，所以您必須計算其效應，特別是在電阻器功耗達到數瓦的時候，以確保環境溫度變化或自熱導致的溫度上升不會損害測量精度。對於25ppm電阻器
，溫度每上升40℃
，誤差將增加0.1%。此(ci)外(wai)，由(you)於(yu)電(dian)阻(zu)隨(sui)溫(wen)度(du)而(er)改(gai)變(bian)，在(zai)電(dian)流(liu)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)之(zhi)後(hou)
，分(fen)流(liu)器(qi)兩(liang)端(duan)電(dian)壓(ya)的(de)顯(xian)示(shi)值(zhi)需(xu)要(yao)很(hen)長(chang)的(de)時(shi)間(jian)才(cai)能(neng)穩(wen)定(ding)下(xia)來(lai)，直(zhi)到(dao)分(fen)流(liu)器(qi)達(da)到(dao)熱(re)平(ping)衡(heng)。熱(re)穩(wen)定(ding)時(shi)間(jian)取(qu)決(jue)於(yu)分(fen)流(liu)器(qi)材(cai)料(liao)的(de)形(xing)狀(zhuang)、質量和熱導率。對於物理尺寸較大的器件，它們可能長達幾分鍾。由於等待分流器溫度穩定需要時間，這將會嚴重影響測試速度。

公式1：

圖 2：分流電阻的熱漂移

 

數字電壓表引入的誤差：雖sui然ran高gao性xing能neng數shu字zi電dian壓ya表biao能neng夠gou測ce量liang微wei伏fu級ji電dian壓ya，但dan是shi在zai低di信xin號hao電dian平ping時shi

，數shu字zi電dian壓ya表biao自zi身shen的de偏pian置zhi誤wu差cha是shi決jue定ding分fen流liu器qi係xi統tong總zong體ti精jing度du的de最zui重zhong要yao原yuan因yin。數shu字zi電dian壓ya表biao的de測ce量liang誤wu差cha包bao括kuo了le讀du數shu誤wu差cha和he偏pian置zhi誤wu差cha。偏pian置zhi誤wu差cha是shi有you儀yi表biao本ben身shen決jue定ding的de

，與yu選xuan用yong的de量liang程cheng和he溫wen度du有you關guan，而er與yu被bei測ce量liang的de信xin號hao無wu關guan，這zhe個ge值zhi通tong常chang在zai微wei伏fu級ji。因yin此ci，這zhe就jiu決jue定ding了le數shu字zi電dian壓ya表biao在zai測ce量liang分fen流liu器qi的de低di電dian壓ya信xin號hao時shi，存cun在zai一yi個ge不bu可ke小xiao視shi的de誤wu差cha下xia限xian。

 

熱電動勢引入的誤差：當電路由兩種不同金屬構成
，而且在不同端存在溫度差時

，就會發生熱電效應，即Seebeck電壓。Seebeck電壓的大小取決於接觸的金屬種類及溫度差，通常為uW/℃的量級。熱電偶就是利用Seebeck熱電效應來測量溫度。但在使用分流器的電流測量中，Seebeck熱(re)電(dian)效(xiao)應(ying)會(hui)是(shi)常(chang)見(jian)的(de)偏(pian)置(zhi)誤(wu)差(cha)源(yuan)。要(yao)最(zui)大(da)限(xian)度(du)減(jian)小(xiao)熱(re)電(dian)效(xiao)應(ying)，必(bi)須(xu)謹(jin)慎(shen)選(xuan)擇(ze)材(cai)料(liao)，保(bao)持(chi)係(xi)統(tong)的(de)等(deng)溫(wen)狀(zhuang)態(tai)。因(yin)此(ci)，您(nin)應(ying)盡(jin)量(liang)讓(rang)分(fen)流(liu)器(qi)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)遠(yuan)離(li)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)的(de)熱(re)源(yuan)，例(li)如(ru)散(san)熱(re)風(feng)扇(shan)排(pai)出(chu)的(de)氣(qi)流(liu)，並(bing)盡(jin)可(ke)能(neng)降(jiang)低(di)分(fen)流(liu)器(qi)自(zi)身(shen)的(de)功(gong)耗(hao)。連(lian)接(jie)器(qi)的(de)電(dian)鍍(du)觸(chu)頭(tou)
、繼電器到分流器合金的銅線連接（圖 3），都可能構成意外的熱電偶接點，其溫度相關的偏置電壓對測量結果會產生不利影響。例如：對於3.33uV/℃的材料
，一旦溫度變化3℃
， 就會產生10uV的Seebeck偏置電壓，可能導致10 mV的信號測量產生0.1%誤差。

圖 3：自熱導致分流器溫度上升

 

選擇分流器：要進行精確的電流測量，首先應使用高品質的電阻。對於普通的電阻
，由於引線電阻、較大的TCR、以及非理想的特性
，最好不要使用它作為電流測量的分流器。此外，測量大、小電流的要求會相互矛盾
，任何一個實際的測試係統可以測量的最大和最小電流值是有限的。

對於大電流，通過將分流器的功耗限製到適當水平，以此確定該分流器的電流測量上限。根據
，100A電流通過1毫歐電阻將消耗10W功率，產生100mV的壓降。在10W功耗條件下，TCR可能會導致分流器的電阻值發生非常大的變化

，需要使用散熱器，或更大體積的器件以限製溫度的上升。

 

分流器上的瞬態壓降可能也會限製分流器電流測量的實際上限。在被測件端， 實shi際ji輸shu入ru電dian壓ya等deng用yong電dian源yuan輸shu出chu電dian壓ya將jiang減jian去qu分fen流liu器qi和he導dao線xian上shang的de壓ya降jiang。常chang用yong的de方fang法fa是shi把ba電dian源yuan遠yuan端duan感gan應ying線xian跨kua過guo分fen流liu器qi，連lian接jie到dao被bei測ce件jian端duan。這zhe樣yang電dian源yuan可ke以yi提ti供gong額e外wai的de補bu償chang電dian壓ya，以yi穩wen定ding被bei測ce件jian端duan的de電dian壓ya（圖 4）。然ran而er，如ru果guo出chu現xian電dian流liu的de突tu然ran變bian化hua，分fen流liu器qi仍reng將jiang導dao致zhi瞬shun態tai電dian壓ya偏pian置zhi，，之zhi後hou電dian源yuan才cai會hui穩wen定ding到dao新xin的de工gong作zuo點dian。分fen流liu器qi瞬shun態tai壓ya降jiang與yu電dian源yuan固gu有you的de瞬shun態tai壓ya降jiang相xiang疊die加jia，有you可ke能neng導dao致zhi被bei測ce件jian重zhong置zhi或huo產chan生sheng其qi它ta錯cuo誤wu行xing為wei。

圖 4：包括遠端感應連接的電源

 

對dui於yu小xiao電dian流liu的de測ce量liang，必bi須xu使shi用yong大da分fen流liu電dian阻zu以yi使shi生sheng成cheng的de足zu夠gou高gao的de偏pian置zhi電dian壓ya，降jiang低di測ce量liang誤wu差cha，提ti供gong測ce量liang精jing度du。如ru果guo測ce量liang的de電dian流liu是shi變bian化hua的de，有you大da電dian流liu和he小xiao電dian流liu，在zai使shi用yong單dan分fen流liu器qi係xi統tong的de時shi候hou
，就jiu可ke能neng出chu現xian問wen題ti。一yi方fang麵mian，需xu要yao分fen流liu器qi能neng適shi用yong於yu足zu夠gou高gao的de電dian流liu
，需xu要yao克ke服fu功gong耗hao和he瞬shun態tai響xiang應ying因yin素su的de限xian製zhi。另ling一yi方fang麵mian，在zai小xiao電dian流liu的de測ce量liang時shi又you要yao確que保bao足zu夠gou的de精jing度du，但dan這zhe時shi，數shu字zi電dian壓ya表biao和heSeebeck熱偏置電壓造成的誤差將是不可接受的。

 

您可能想再使用一個額外的分流器和旁路開關，為小電流測量生成較大的、gengrongyiceliangdedianyaxinhao。raner
，jiangzhegeewaidefenliuqiqiehuandaodianluzhongjinxingceliang
，xuyaojinxingdaliangbianchenggongzuo，yinweitabixuyubeicejianhuodongdaozhidedianliubianhuabaochitongbu。zaidafenliuqishang，yiwaidegaoshuntaidianliukenengdaozhidianyuandianyaxiajiang，zaochengbeicejianzhongduangongzuo。jiadinglixiangdedadianliupangtongkaiguankeyishixian，nameturanzengjiahuojianshaobeicejiandianliulujingzhongdezukang
，rengyoukenengdaozhidianyuanxitongdeshuchushunbian。

 

替代解決方案：對於設計和準確驗證分流係統的困難性，我們可以更多來關注一下高性能電源通常內置的
、卓越的計量級測量手段。Keysight N7900A APS電源係列可以測量高達200A的電流，而增益誤差不超過0.04%。先進的設計不僅保證了電流和電壓測量精度，它們還在極限環境條件下經過測試和標定。此外
，N7900A係xi列lie還hai采cai用yong了le熱re模mo型xing，來lai實shi時shi估gu計ji分fen流liu元yuan件jian的de溫wen度du

，並bing對dui溫wen度du導dao致zhi的de誤wu差cha進jin行xing數shu字zi校xiao正zheng。與yu未wei進jin行xing任ren何he補bu償chang的de係xi統tong相xiang比bi，這zhe個ge過guo程cheng可ke改gai善shan精jing度du

，並bing極ji大da縮suo短duan測ce試shi時shi間jian。N7900A APS係xi列lie內nei部bu還hai具ju有you無wu縫feng切qie換huan的de高gao電dian流liu和he低di電dian流liu量liang程cheng，可ke方fang便bian地di對dui高gao動dong態tai電dian流liu進jin行xing測ce量liang，無wu需xu使shi用yong外wai部bu分fen流liu器qi和he相xiang關guan的de控kong製zhi電dian路lu。從cong測ce量liang角jiao度du來lai看kan，量liang程cheng變bian化hua不bu會hui對dui電dian源yuan輸shu出chu產chan生sheng任ren何he幹gan擾rao，完wan全quan是shi沒mei有you間jian斷duan和he毛mao刺ci的de。在zai利li用yongAPS精確測量電流的時候，有兩種方法：第一種：利用APS給被測件供電
，設定工作電源，直接讀出被測件的動態和靜態工作電流； 第二種：把APS串入電流回路，把APS的電壓輸出設為0V。 這樣APS就成為了一個具備超大動態電流測量範圍的電流表。

 

 總(zong)之(zhi)，在(zai)使(shi)用(yong)分(fen)流(liu)器(qi)和(he)數(shu)字(zi)萬(wan)用(yong)表(biao)構(gou)成(cheng)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)，要(yao)實(shi)現(xian)高(gao)精(jing)度(du)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)
，其(qi)複(fu)雜(za)程(cheng)度(du)遠(yuan)遠(yuan)超(chao)過(guo)根(gen)據(ju)歐(ou)姆(mu)定(ding)律(lv)粗(cu)略(lve)計(ji)算(suan)的(de)過(guo)程(cheng)。數(shu)不(bu)勝(sheng)數(shu)的(de)誤(wu)差(cha)源(yuan)會(hui)導(dao)致(zhi)測(ce)量(liang)的(de)絕(jue)對(dui)精(jing)度(du)遠(yuan)遠(yuan)低(di)於(yu)數(shu)字(zi)萬(wan)用(yong)表(biao)的(de)理(li)論(lun)性(xing)能(neng)

，同(tong)時(shi)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)也(ye)使(shi)可(ke)重(zhong)複(fu)性(xing)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)。考(kao)慮(lv)到(dao)這(zhe)些(xie)誤(wu)差(cha)，對(dui)結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)驗(yan)證(zheng)需(xu)要(yao)投(tou)入(ru)大(da)量(liang)時(shi)間(jian)、設she備bei和he專zhuan業ye技ji術shu。使shi用yong實shi驗yan室shi電dian源yuan內nei置zhi的de測ce量liang能neng力li可ke以yi非fei常chang方fang便bian地di進jin行xing數shu據ju傳chuan輸shu
，減jian少shao需xu要yao的de測ce試shi儀yi器qi數shu量liang，通tong過guo清qing晰xi定ding義yi的de精jing度du技ji術shu指zhi標biao為wei您nin提ti供gong可ke靠kao的de測ce量liang結jie果guo。