电流检测电阻器基本概念：如何使用万用表测量电流

进行电流测量最明显的方法是断开电路，并在电路中串联传感器或测量设备。

这并不总是方便或可行的，通常使用电流检测电阻器是更好的选择，可以在不过度影响电路的情况下进行电流测量。

使用电流检测电阻器时，需要遵守许多概念和注意事项。

通常，电流检测电阻器是低值的，并且根据电路的不同，它们可能需要是高功率额定电阻器。

电流检测电阻器也可以集成到实际的电气或电子电路设计中，以便可以偶尔读取读数，也可以作为内置监控系统的一部分，该系统可能是电路操作的一个组成部分。

在电子电路设计中内置电流检测电阻器可能需要更多的电子元件，但在提供的功能等方面可以节省成本。

测量电流的传统方法是将电流表放在电路中，并用它来测量流过它的电流。

这是测量电流最明显的方法，并且已经使用了很多年 - 这是万用表设计用于测量电流的方式。

如何使用万用表测量电流

这种电流测量方法的缺点是测量设备，通常是数字万用表，实际上需要在电路中。由于通常使用的长引线，电路中有一个万用表，所有电流都流过它，也会导致电路出现其他问题，特别是对于大电流或承载射频的电路。

在设计需要连续或定期测量或检测电流的电子电路时，为了克服这些问题，测量电路中永久存在的检测电阻两端的电流要方便得多。

使用永久在线检测电阻器有两种方法，即使用串联电阻器方法和分流电阻器方法：

• 串联电阻：

串联电阻方法要求所有电流都通过串联电阻，然后测量串联电阻两端的电压。

电路中的所有电流都流过串联电流检测电阻器。

电流检测电阻器的串联配置

使用串联电流检测电阻器，测量电阻器两端的电压，并将其转换为知道电阻器值的电流。

知道串联电阻的电阻和电压，就是一个简单的欧姆定律计算来确定电流。

其中：

I = 流过电阻器的电流（以安培为单位），V = 电阻器两端的电位差（以伏特为单位），

R = 以欧姆为单位的检测电阻值。

当施加电压表时，这种电流检测方法不会改变电路条件，尽管检测电阻器本身会改变。如果存在射频，可以使用串联扼流圈和电阻器将电压表的线路隔离到射频，也可以使用串联扼流圈和/或电阻器与电路隔离，也可以使用去耦电容器。如果需要，这些可以内置到实际电路中。

如今，串联电阻方法在测试系统中的应用越来越广泛，因为它比直接测量电流更容易测量电压，并且串联电流检测电阻技术也更容易采用。

• 分流电阻：

在分流电阻方法中使用电流检测电阻时，只有部分电流流过检测电阻，而已知的比率流过电流表或其他形式的电流检测电路。对于分流电阻器，测量设备需要测量的是电流的测量。

电流检测电阻器的分流配置

为了使这种方法能够令人满意地工作，有必要知道分流检测电阻的电阻以及电流表的电阻。然后很容易计算出整体电流。为了便于计算，可以将分流检测电阻器与电流表的电阻比设为流过每个支路的电流为10：1或100：1等。

这种方法可能意味着电路工作条件发生了一些变化，但如果有足够小比例的电流流过电流表，则可以忽略这一点。但是，必须准确知道电流表的电阻，并且必须在电路中内置射频等的任何去耦，并在计算中容纳其电阻。

分流电阻器方法是在模拟万用表内部使用的方法。在这里，不同的分流电阻器可以切换到万用表电路中以提供不同的量程。

这两种方法都需要在电路中适当放置一个电阻器，以便测量电流。

在这两种方法中，串联电阻方法是迄今为止使用最广泛的方法，因为电压通常比电流更容易检测。

在设计使用电流检测电阻的电路时，在设计过程中必须考虑其影响。

电流检测电阻器应用

提供电流检测的电阻器可用于各种电路。它们提供了一种非常简单的电流测量方法，无需中断电路。测量设备可以简单地放置在检测电阻器上并获取读数。

电流检测电阻器的应用范围广泛，从小型电子电路（包括射频电路）到大电流应用（包括电动汽车）。

这种电流测量方法通常用于电动汽车中，以监测电机电流，甚至应用反馈以确保对电机施加最佳电流。

它也可以用于电池组，尤其是锂离子电池组，其中电池管理是关键，需要监控充电和放电电流。

它还可用于一般电气或电子电路设计中，以便于监控电路的电流以用于测试目的，或作为电路一般操作的一部分。

对电流检测电阻器的要求

电流检测电阻器本质上与其他形式的电阻器相同，尽管有一些特性意味着某些电阻器是专门为电流检测而制造的。

在大多数情况下，电流检测电阻器将具有准确已知的低电阻，以及高额定电流和功率耗散，因此它可以处理可能需要通过它的高电平电流。

无论电流检测电阻器在何种应用中，基本原理都相同。这些需要纳入基本的电气或电子电路设计中。

• 电阻值

电阻值需要仔细平衡。一方面，电阻器通常需要具有较低的值，以便对电路的影响最小。低值也会降低功耗水平，并且由于某些检测电阻被放置在高电流路径中，这可能是一个重大问题。

但是，如果该值较低，则电阻两端产生的电压明显较小。这可能会在测量电压时引起一些问题。噪音可能是一个问题，尤其是在可能有大量电活动等的环境中。

除了标准 E24 值外，用于电流检测应用的电阻器通常提供高达 1 欧姆的整数毫欧值，然后以高于此值的 5 毫欧的倍数提供。

•宽容

电阻的容差自然非常重要。电流检测电阻值的误差自然会反映在读数的精度上。对于一些精度很重要的应用，可以使用精度水平远高于 1% 的电阻器。对于精度不那么重要的其他应用，1%可能完全足够。

• 额定功率

对于某些使用电流检测的电路，额定功率可能不是一个主要问题，但在所有情况下，这都应该是一个真正的考虑因素。功率将相当于 I2R.因此，对于存在大电流的电气和电子设计，需要适应电阻器的功率耗散能力。

许多电阻器更大，并且能够带走热量。有些甚至可以安装在散热器上。

在计算散热时，需要考虑瞬态电流水平。电机具有较高的启动电流和低得多的运行电流，因此电流检测电阻器需要能够处理这种情况。

此外，当电流检测电阻器安装在印刷电路板上时， PCB，它们可以运行得非常热。应计算电阻器的预期运行温度，因为已知它会损坏PCB或断开焊点。

同样，PCB布局需要适应计算出的散热。

• 温度系数或电阻，TCR

电阻器的温度系数自然非常重要。特别是对于大电流情况和系统，电阻器内部的功率耗散会导致温度发生明显变化，而对于电阻温度系数较差的电阻器，这可能会导致读数出现较大误差。

对于用于电流检测的各种电路设计中使用的电阻器，电阻的温度系数应尽可能低。专为电流检测应用设计的电阻器将具有较低的 TCR。

在任何情况下，它总是在计算预期的功率耗散以及温度上升，从而计算电阻的变化。

降低电流检测电阻的电阻将有助于降低电阻温度系数的影响，因为功耗会更小，因此温度上升会更小。与此相反，它将降低要测量的电压。

• 电阻器结构和封装

电阻器结构和封装非常重要。封装之所以重要，不仅因为它需要符合所涉及的结构技术 - 表面贴装或引线，而且电阻元件本身的结构也需要符合整个设备的结构以及随之而来的要求。

电流检测电阻器常用有两种技术：

厚膜电阻：对于尺寸可能很重要的低电流应用，通常采用厚膜式电阻器。这是用于表面贴装电阻器的技术，实际上标准表面贴装电阻器也可以起诉。需要注意的要点是，它们没有非常高的功率耗散和额定电流，因此这些电子元件往往用于较低功率的电路设计。

表面贴装电阻横截面

从电阻器的横截面可以看出，它在陶瓷基座上有一层导电膜。这种导电膜经过量身定制，可提供所需的电阻。导电膜的上表面被覆盖，以防止污染物进入导电膜并改变电阻。两端都有触点，用于焊接到印刷电路板上。

金属板结构：这些类型的检测电阻器比其他类型的电阻器更昂贵。它们由金属板结构组成，该结构使用金属合金作为电阻元件，并将其直接焊接到接触电极上。

电流检测电阻器 - 金属合金或金属板结构

这种性质的金属合金在其功耗能力和热特性方面提供了非常高的性能水平。

尽管检测电阻器主要有两种类型，但它们仍然可以采用各种封装，因此可以为特定电路设计选择合适的封装。

• 热电动势

另一个需要考虑的问题是可能产生的热电动势。随着电阻元件中出现温度上升和异种金属的存在，会产生热电动势。

尽管这些 EMF 可能很小，但如果检测电阻两端的电压很小，以确保电路不会受到太大干扰或减少散热，它们仍然会很明显。

在选择电阻器时必须小心，并确保温度上升足够小，以便可以减少热电动势，并希望忽略热电动势。检测电阻的规格和电路设计应从热电动势的角度考虑。

•电感

在某些情况下，高电流电平和低信号电压的组合使得电流检测电阻电路特别容易受到电感误差的影响。同样，电路设计和电阻器规格必须预料到这些影响。

电流检测电阻器是常见的电子电路元件，用于许多应用和电路设计中，在这些应用和电路设计中，无论是在高功率电气系统还是低功率电子电路设计和系统中，都需要监控电流水平。

合适的电子元件可用于可能遇到的所有不同系统和电路，但需要仔细选择以确保包含正确的元件。

审核编辑：黄飞