【NI-DAQmx入门】如何测量电流
1.4-20mA基础知识
1.1为什么将4-20mA模拟电流回路协议设为工业通信标准
1）在一个直流系统中，能够有效地侦测开路状态。如果在4-20mA系统中，导线出现断路，电流将减少到0从而产生报警，如果在0-20mA系统中将不可能对开路做出反应，因为无法确认是开路还是最小的电流信号值。
2）大多数二线制设备可以依靠信号自身供电，需要最小4mA电流维持工作。因此在4-20mA通讯系统中，传感器从回路信号就可以获得供电，从而降低导线成本。
在4-20mA标准之前，10-50mA标准曾经被使用过，但是随着电流越大，芯片间耗损越大，因此被4-20mA标准所替代。
同样三线制和四线制外部供电设备在0-20/-20 - +20mA标准内也能有效工作，但是由于4-20mA标准的广泛应用，目前大部分设备支持该标准。
对于电流环信号而言，4 mA表示没有信号存在，20 mA表示信号100%存在[1]。mA是毫安培的缩写，即千分之一安培。4-20 mA公约的优势包括：得到制造商的广泛采用，实现成本相对较低，以及抗电气噪声能力较强。此外，借助带电零位，您可以直接利用电流环为低功耗仪器供电，节省了额外电线的成本。
1.2电流环路基础知识
1.2.1使用电流传输传感器数据
工业级传感器通常使用电流信号来传输数据。这与大多数其他传感器形成对比，例如使用电压信号的热电偶和电阻应变计。虽然基于电压的传感器在许多环境中就足够了，但有时基于电流的传感器是首选。例如，在工业环境中使用电压传输信号的固有缺点是由于电线电阻而导致长电缆长度上的电压下降。您可以使用高输入阻抗设备来避免信号损失。然而，这些设备对附近电机、传送带和无线电传输产生的噪音很敏感。
基尔霍夫电流定律 (KCL) 指出，流向某一点的电流总和等于流离该点的电流总和。理论上，环路开始处的所有电流都必须到达末端，如图 1 所示。
这是电流环工作的基本原理。在单个环路的任何位置测量电流都会产生相同的结果。通过使用电流信号和低阻抗数据采集设备，工业应用可以受益于更好的抗噪性和更长的传输电缆长度。
1.2.2电流环路元件
电流环路的主要组件包括直流电源、传感器、数据采集设备以及将它们串联在一起的电线，如图2所示。
图 2. 电流环路系统
直流电源为系统提供电源。传感器将流经电线的电流调节为 4 至 20 mA，其中 4 mA 代表实时零信号，20 mA 代表最大信号。0 mA 信号表示回路中断。数据采集装置测量调节电流。测量电流的一种有效且准确的方法是在数据采集设备放大器的引线之间放置一个精密分流电阻器（如图 2 所示），将电流信号转换为电压测量值，最终与传感器的原始测量值相关联。
为了帮助更好地理解电流环路，请在本白皮书中考虑使用传感器的示例系统的设计。系统规格包括以下内容：
- 传感器需要测量压力
- 传感器距离测量设备 2000 英尺
- 数据采集设备的电流测量为操作员提供有关传感器测量的反馈
该示例首先确定适合应用的传感器。
1.3设计电流环系统
1.3.1选择传感器
设计电流环系统的第一步是选择传感器。除了测量类型（流量、压力、温度等）之外，选择任何传感器的一个重要考虑因素是工作电压。电压源为基于电流的传感器提供电力，使其能够调节流经电线的电流。为了保持传感器功能，所提供的电压应不低于所需的最低电压；同样，提供超过规定最大值的电压可能会损坏传感器。
对于示例电流环系统，您选择的传感器测量压力，工作电压为 12 至 30 V。选择传感器后，需要正确测量电流信号，以准确表示施加到传感器的压力。
1.3.2选择电流测量数据采集设备
构建电流环路系统的一个重要方面是避免接地环路。防止测量数据采集设备出现接地环路的常用方法是隔离。通过隔离，您可以避免如图 3 中所示的接地环路。
图 3. 接地环路
当电路中两个连接的端子处于不同的接地电位时，就会形成接地环路。这种差异会导致电流在互连中流动，从而产生偏移误差。
隔离数据采集设备是一种将数据采集设备的信号源接地与放大器接地电隔离的方法，如图 4 所示。由于电流无法流过隔离栅，因此放大器接地参考电位可以与放大器接地参考电位相同。信号源地。因此，您不会无意中创建接地环路。
图 4. 带隔离的共模和常模电压
隔离还可以防止大共模电压损坏数据采集设备。共模电压是仪表放大器的正输入和负输入上存在的电压。例如，图 4 中数据采集设备的 + 和 – 引脚均位于 +14 V 共模电压之上。许多数据采集设备的最大输入范围为±10V。如果数据采集设备没有隔离，并且共模电压超出最大输入范围，则可能会损坏设备。尽管图 4 中的常模电压仅为 +2 V，具有 +14 VDC 偏移，但最终的工作电压为 +16 V（常模电压是 + 和 – 引脚之间的电压差；工作电压为常模电压） - 和共模电压相加）。对于工作电压较小的数据采集设备来说，这将是一个危险的电压电平。
通过隔离，放大器接地参考与大地电气隔离。如图 4 所示，放大器接地参考可进行电平转换以匹配 +14 V。将放大器接地参考提高至 +14 V 可有效地将数据采集放大器处的 +16 V 转换至 +2 V。现在数据采集设备不再面临过压损坏的风险。（请注意，隔离器具有可以抑制的最大共模电压。）
在对电流测量数据采集设备进行隔离和保护的情况下，匹配电源是完成基本电流环系统的最后一步。
1.3.3选择电源
发现哪种电源最能满足您的要求很简单。在电流环路中，电源发出的电压必须等于或大于系统中所有电压降的总和。
本示例的数据采集设备使用精密分流电阻器来测量电流。您需要计算电阻器上的压降。典型的分流电阻为 249 Ω。使用 4 至 20mA 电流环路进行基本计算可得出以下结果：
利用这个 249 Ω 分流电阻，您可以将电流映射到 1 至 5 V 的范围，从而使数据采集放大器的电压读数与压力传感器的信号相关。
上述压力传感器需要的最小工作电压为 12 V，最大工作电压为 30 V。将精密分流电阻器的压降添加到传感器上可得出以下结果：
这表明 17 V 电源就足够了。然而，电流环路导线的内阻会对电源产生额外的负载。
在传感器远离测量仪器的应用中，您必须将线电阻纳入回路功率计算中。铜线的直流电阻与其长度和直径（规格）成正比。使用示例系统中的压力传感器，您需要计算 2000 英尺距离的功率需求。使用 24 号实心铜线时，内阻为 2.62 Ω/100 ft [1]。该电阻计算变为：
在 2000 英尺外，电线上有 1.05 V 的压降。要完成环路，您需要两根电线，有效地将长度加倍至 4000 英尺：
当压力传感器距离数据采集设备 2000 英尺时，总共会因接线而损失约 2.1 V。结合所有电压降得出以下结果：
如果您使用 17 V 电源来驱动之前的设置，则由于自然导线电阻和分流电阻器要求，压力传感器电压将低于传感器的最低工作水平。选择通用24V电源即可满足压力传感器系统的电源要求。如果需要，可以有足够的电压将压力传感器放置在更远的距离处。
通过正确匹配传感器、数据采集设备、电缆长度和电源，简单的压力传感器回路系统就完成了。对于较大的应用，您可以将额外的测量合并到系统中。
1.3.4添加更多传感器和仪器
对于大型应用，您可以添加更多与电源并联的传感器和仪器，如图 5 所示。
图 5. 添加更多传感器
由于并联添加了额外的电流环路，因此电源电压不需要改变；您只需确保它可以提供所需的电流。您可以混合搭配不同类型的传感器，只要每个传感器和电源的工作电压匹配即可。在上例中，只要新传感器的最大工作电压不低于电源的24V，就可以并联添加新传感器。
有时，您可能需要多个电流测量数据采集设备来测量同一信号。要将另一个数据采集设备添加到同一传感器，您必须将新仪器与特定回路串联。在本示例中，您将使用现有数据采集设备添加一个简单的数字电流环路表，如图 6 所示。
图 6. 向传感器添加额外的仪器
每次添加与传感器串联的电流测量数据采集设备时，都必须重新计算总电压要求，以确保回路的功率要求仍在规格范围内。在此示例中，新电流表使用 105 Ω 精密电阻：
使用 105 Ω 分流电阻时，电流计需要的最大电压为 2.1 V，因此系统的总电压要求变为：
由于添加仪表后，总电压要求仅为 21.2 V 左右，因此之前推荐的 24 V 电源仍然足以满足应用需求。
通过少量的计算和额外的硬件，您可以快速扩展电流环系统的应用基础。此外，借助更新的标准和类型的传感器，您可以扩展现有电流环路基础设施的测量功能。
2.电流测量操作指南
2.1电流概述
电流是电荷的流动。电流的国际单位(SI)是安培(A)，等于每秒通过一库仑的电量。
虽然有多种方法可以测量电流，但最常见的方法是间接测量，即先测量精密电阻上的电压，然后使用欧姆定律来计算出流经电阻的电流。
2.2电流基础
在固体导电金属中，有大量的电子是移动或自由的。当金属导线连接到直流电压源（例如电池）的两端时，电压源会在导体的两端施加一个电场。一旦连接完成，导体内的自由电子会在电场的作用下被迫流向正极端。
因此，在典型固体导体中，自由电子是电流的载体。当电流为1安培率时，每秒钟会有1库仑的电荷（即约6.242 × 1018个电子）流过假想的导体平面。
图1. 电流流动示意图
在电学的早期历史中，常规电流被定义为正电荷的流动。在固体金属（如导线）中，正电荷载体是不移动的，只有带负电荷的电子流动。因为电子携带负电荷，所以电子流动的方向与常规电流的方向是相反的。
在求解电路问题时，流经特定电路元件的实际电流方向通常是未知的。因此，每个电路元件被分配一个电流变量和一个任意选定的参考方向。求解后，电路元件的电流值可能为正，也可能为负。负值意味着流经电路元件的实际电流方向与选定的参考方向是相反的。
2.3用于测量电流的NI硬件
下表所列的所有模块均使用同步采样输入，每通道配备有50 kS/s的24位模数转换器。
| 型号 | 测量范围 | 电流测量方法 |
|---|---|---|
| NI 9239 / NI 9229 | ±10 V/±60 V | 连接至具有±10 V或±60 V输出的电流传感器 |
| NI 9238 | ±0.5 V | 连接至具有0.333 VRMS输出的电流传感器和外部分流器 |
| NI 9227 | 5 ARMS | 直接连接至具有内部已校准分流器的模块 |
| NI 9246 | 20 ARMS | 直接连接至具有内部已校准CT的模块；或从高电流CT连接至1 A和5 A的二次电源 |
| NI 9247 | 50 ARMS（100 ARMS，持续10秒） | 直接连接至具有内部已校准CT的模块；或从高电流CT连接至1 A和5 A的二次电源 |
2.4测量电流的前端组件
2.4.1电流互感器(CT)
电流互感器(CT)是一种传感器，用于将通过传感器的电流线性降低至与测量仪器兼容的较低水平。 电流互感器的铁芯为环螺旋形或环形，开口位于中心。 电线缠绕在铁芯上形成二次线圈，外层有护罩或塑料外壳。 铁芯的电线绕组匝数决定了被测线路（一次）中的电流与连接至仪器的电流输出（二次）之间的降压比或CT比。 将被测负载线穿过电流互感器中心的开口。 示例：变比为500:5的CT意味着一次线路中的500 ARMS负载将在CT二次线路中转换为5 ARMS输出。 仪器将在接线端处测得5 ARMS，并可应用用户输入的换算因子以显示完整的500 ARMS。 CT显示为标称值，但精度通常超过标称值的100%。 CT可为开合式或实心式。 开合式CT铰合部分可打开或具有可拆卸部分，安装人员可将CT连接至负载线周围，而无需物理断开被测负载线。
安全警告： 虽然CT可以实际连接在已安装的线路周围，但在安装CT之前，应安全断开电源。 在一次电源通电的情况下，打开二次连接可能导致产生极其危险的电压电位。
在购买时，CT选项包括标称范围、开口直径、开合式/实心式、输出类型（电压/电流）和输出范围（0.333 VRMS、±10 V、1 ARMS、5 ARMS等）。 CT供应商通常可以根据输入或输出范围等特定需求为客户定制传感器。
CT测量带宽
1 kHz至2 kHz的带宽足以满足大多数交流电路电能质量应用的需求。对于更高频率的应用，可直接连接至NI 9246或NI 9247以获得高达24 kHz的带宽，或选择更昂贵但频率更高的CT。 对于直接连接的信号，上表所列所有模块的带宽约为24 kHz。 高频CT的专业化程度更高，带宽规格在数百兆赫兹范围内。 NI 9215、NI 9222和NI 9223测量模块的采样率范围为100 kS/s/ch至1 MS/s/ch（16位分辨率），可实现更高频率的测量。
对于超出NI 9223能力范围的高频测量，NI建议使用专为实验室、研究和测试系统而设计的示波器或PXI数字化仪。
测量直流电流
CT不测量直流电流或交流信号的直流偏移量。 这对于大多数交流电源应用并非必要。需要进行直流测量时，NI 9227内置已校准的分流器，可测量高达5安培的直流电流。 如需测量大于5安培的直流电流，可将大功率电流测量分流器（见下文）或霍尔效应传感器（见下文）连接至相应的测量模块。
罗哥夫斯基线圈
罗哥夫斯基线圈（有时也称为“绳式CT”）是另一种用于测量线路电流的传感器。 罗哥夫斯基线圈的负载线缠绕方式与其他CT相似，但更具灵活性，开口尺寸远大于标准CT，并且测量原理不同。 罗哥夫斯基线圈的感应电压与电流的变化率成正比，因此需要在电路中使用积分器将其转换为成比例的电流。 积分器是一个单独的盒子/组件，通常安装在前面板或DIN导轨安装配件上，采用直流电源，并向仪器输出低电压或电流信号。 罗哥夫斯基线圈的尺寸和灵活性使其非常适合在商业建筑或工厂中缠绕较大的母线，尤其是在已经建成并在改造过程中添加了功率测量的情况下，但它们比同等输入范围相当的CT更昂贵。
霍尔效应传感器
霍尔效应传感器基于以Edwin Hall命名的“霍尔效应”，其中电流流经垂直于磁场放置的半导体，而在半导体材料上产生电压电位。 为了进行电流测量，霍尔效应电路垂直于磁场放置在铁芯中，并输出可换算成被测线路中的电流负载的电压。 霍尔效应CT通常具有更好的频率响应，并且可以测量直流偏移，但价格更高，且需要电源，还可能会受到温度漂移的影响。
分流电阻器
电流测量分流器或分流电阻器作为电阻放置在电路中，其目的是测量流过此分流器的电流。 分流电阻器是很常用的电气元件，适用于各种应用。 根据测量电流范围、输出范围和流经电路的电能来调整分流器大小。 价格更高的精密电阻器具有更高的精度。 分流器无需缠绕在电路电线上，而是作为组件放置在电路中。 这消除了被测电路和测量设备之间的隔离势垒，与CT或罗哥夫斯基线圈相比，安装难度更大。 但分流器可以测量直流电流，具有更好的频率响应和相位响应。 用于CompactRIO和CompactDAQ的NI 9238模块采用低量程模拟前端(±0.5 V)，专门用于分流电阻器。 此外，NI 9238还具有250 V的通道间隔离。
| 电流测量系统需求 | 建议 |
|---|---|
| 5 ARMS以下测量实现最佳精度 | NI 9227 (5 A) |
| 直流测量 | NI 9227 (5 A) |
| 过流保护（500 ARMS/1秒，1250 A/1周期） | NI 9246 (20 A)或NI 9247 (50 A) |
| 连续（稳态）测量范围可达50 ARMS，可在高达100 ARMS条件下连续测量10秒 | NI 9247 (50 A) |
| 输入范围大于50 ARMS | 外部CT配备电压输出至电压输入模块 |
| 无需将仪器耦合/拼接至电路即可进行测量 | 外部CT配备电压输出至电压输入模块 |
| 位于难以安装实心或开合式电流互感器的位置（母线、紧密布线等） | 罗哥夫斯基线圈至电压输入模块 |
| 直流测量范围大于5 A | 霍尔效应传感器或分流电阻器 |
| 无需将仪器耦合/拼接至电路即可进行直流测量 | 霍尔效应传感器 |
| 输入范围大于50 ARMS，传感器二次输出为1 A或5 A（公用事业应用） | 将1 A/5 A CT二次侧连接至NI 9246或NI 9247。 |
| 降低每个通道的成本，并且可以在一定程度上权衡分辨率和动态测量质量 | 使用输出低于±10 V的CT和PT，并连接至NI 9220，16通道同步输入模块。(100 kS/s/ch) |
| 需要更高的直流电流精度 | 精密分流电阻器或PXI DMM |
| 需要更高的带宽？高达500 kHz | 使用输出小于±10 V的高频CT和PT并连接至NI 9215、NI 9222或NI 9223。 |
| 需要更高的带宽？>500 kHz | PXI示波器/数字化仪 |
2.5如何进行电流测量
电流测量方法
测量电流主要有两种方法：一种是基于电磁学，与早期的动圈式（达松伐尔）仪表有关；另一种是基于电学的主要理论 - 欧姆定律。
达松伐尔电流计
达松伐尔电流计是一种电流表，即用于检测和测量电流的仪器。它是一个模拟机电传感器，当电流流经其线圈时，会通过有限的电弧产生偏转。
现在使用的达松伐尔电流计是使用小型旋转线圈绕在永磁体外面制作而成。线圈与指向刻度盘的细指针相连。一个小型的扭转弹簧将线圈和指针拉至零位。
当有直流电流过线圈时，线圈会产生磁场。该磁场与永磁体的磁场方向相反。线圈发生扭曲，推动弹簧，使指针发生移动。指针所指的刻度就是当前的电流值。精心设计的磁极片使磁场均匀分布，这样指针偏转的角度便与电流成正比。
其他电流表
基本上，现在大多数安培表都是根据电学基本理论欧姆定律设计的。现代电流表基本上由电压表和精密电阻组成，利用欧姆定律，就可以进行精确的测量，这种方法也非常经济高效。
欧姆定律 - 欧姆定律指出，在电路中，流过导体两点间的电流与两点间的电势差（或者说，压降或电压）成正比，与两点间的阻抗成反比。
描述这种关系的数学表达式为：
I = V/R
其中，I是以安培为单位的电流，V是以伏特为单位的两点间的电势差，R是电路参数，以欧姆为单位（相当于伏特每安培），称为电阻。
电流表工作原理 - 现在的电流表通过内部电阻来测量特定信号的电流。然而，当电流过大，使用内部的电阻无法测量时，就需要进行外部配置。
如果要测量大电流，可以在电流表上并联一个精密电阻，该电阻称为分流电阻。大部分电流流经分流电阻，只有一小部分电流流经仪表。这样电流表便可测量更大的电流。
只要期望的最大电流乘以电阻的值不超过电流表或数据采集设备的输入范围，便可使用任意电阻器。
使用这种方法测量电流时，应该使用尽可能小的电阻值，因为这样对现有电路的干扰最小。然而，阻抗越小，造成的电压降就会越小，因此您必须在分辨率和电路干扰之间进行折衷。
使用这种方法，实际上并未将电流引导到电流表或数据采集板中，而是通过外部电阻进行分流。因此理论上，可以测量的最大电流是无限的，只要分流电阻的电压降不超过电流表或数据采集板的工作电压范围就可以。
3.其他技巧
3.1使用模拟电压输入通道测量电流
无法使用模拟输入直接测量电流。
但是，如果将已知电阻（分流电阻）与负载串联并测量其两端的电压，则可以使用欧姆定律计算通过负载的电流。
此配置的测量精度在很大程度上取决于电阻精度。只要最大预期电流乘以电阻不超过输入设备的输入范围，任何电阻都是可以接受的。
以这种方式测量电流时，应使用与负载电阻相比最小的分流电阻值。这将对现有电路产生最小的干扰。但是，较小的电阻会产生较小的电压降，因此必须在分辨率和电路干扰之间进行折衷。
注意：为避免损坏分流电阻，请确保通过它的电流不超过分流电阻的电流规格。
在电路中放置分流电阻很重要。如果外部电路与包含模拟输入设备的计算机共用一个接地，那么分流电阻应尽可能靠近电路的接地脚，如下图所示。
如果不是，则由分流电阻器产生的共模电压可能超出模拟输入设备的规格。这可能导致读数不准确或损坏电路板，如下图所示。
3.2 关闭模拟信号的设备会话以后DAQ设备继续输出电压或者电流
对于NI大多模拟数输出DAQ设备（X系列，M系列，E系列，R系列，F-Gen等），这个情况是预期的行为。应用程序完成后，写入设备的最后一个值将被继续保留。若您要将这个情况改变，您可以尝试以下：
- 在程序结束之前，将零伏特（0V）写入通道。实现此目的的有效方法是在状态机上实施“关闭”状态。
- 您也可以在 LabVIEW 软件使用DAQmx重置设备VI重置设备。但是，此方法可能与设备正在执行的其他任务冲突。
一个良好的DAQ编程习惯是始终包含关闭状态，以便在程序结束之前将输出信号回归到安全状态值。如果发生任何错误，也可以使用关闭状态将硬件回归到安全状态。
3.3最大限度降低电流测量的误差
3.3.1分流电流表与反馈电流表
在当今的大多数仪器应用中，可以使用两种常见的电流测量方法：分流电流表方法和反馈电流表方法。分流电流表方法通常与通用数字万用表 (DMM)一起使用，用于测量分流电阻器上的电压测量值。该电压测量结果与已知的电阻值相结合，得出电流测量结果（见图 1）。
在分流电流表方法中，选择较低的 R分流值，以最大限度地减少分流器上的压降。尽管电压降很小，但这会对被测电路和测量产生负面影响。
该电压降称为电压负担，是电流表引入的串联电压误差。对于小于约 10 mA 的电流测量，它主要是您尝试测量的电流乘以电流表内部使用的分流电阻值的乘积。如果电流表的分流电阻相对于被测电路中的电阻太大，则电压负担会导致较大的误差。
例如，假设您要测量 A/D 转换器的输入电阻，其目标规格为 1 MΩ ±2%，并且由于 A/D 转换器的内部结构，测试电压限制为 0.1 V。直接使用数字万用表进行测量可能会很困难，因为测试电压通常无法选择。相反，您应该施加已知的测试电压并测量产生的电流。测量的配置可能如下图 2 所示。
当输入阻抗为 1 MΩ、测试电压为 0.1 V 时，根据欧姆定律 (V = IR)，漏电流应恰好为 100 nA。但是，如果使用典型负载电压为 50 mV 的分流电流表方法，则实际测量的电流为：
I测量值 = (0.1 V – 0.05 V) / 10 6 = 50 nA
在上面的示例中，电压负载导致测量电流出现 50% 的误差。显然，如果测试电压较小，误差百分比就会增加。在某一点，负载电压变得太大而无法以任何精度进行电流测量，并且该方法失效。即使您可以使用高达 1 V 的测试电压，误差仍然为 5%。由于您需要高于 2% 的容差，因此此方法无法满足您的需求。
对于超过大约 10 mA 的电流测量，还有一些附加项会增加该电压负担的值。例如，对于大于 100 mA 范围内的电流，电流保护熔断器、测试引线和内部 DMM 接线会增加电流表向被测设备 (DUT) 呈现的电阻。这些电阻与分流电阻一起增加了电压负担值，必须予以考虑。这些错误可能是巨大的并且不能被忽视。
另一方面，反馈电流表使用不同的方法来产生电流测量（见图 3）。他们使用有源跨阻放大器将电流转换为电压读数。电压输出是电流输入的倒数乘以反馈电阻器 R F的值。
V输出 = -I输入* R F
采用反馈电流表方法，电压负担要低得多 – 对于低电流范围，电压负担通常在 0.2-2 mV 范围内。对于相同的 A/D 泄漏测量和电压负载为 200 μV 的反馈电流表，您将获得以下结果：
I测量值 = (0.1 V – 0.0002 V)/10 6 = 99.8 nA
与分流电流表情况下 50% 的误差相比，由于电压负担导致的误差仅为 2%。NI PXI-4022 保护和电流放大器模块可在 100 nA 电流范围内实现负载电压低于 20 μV 的反馈电流表。当与 NI PXI-4071 DMM（测量输出电压）结合使用时，您可以实现 0.5 pA 或更高的精确电流测量灵敏度。
反馈电流表还具有更快地测量低电流的优点。考虑到任何仪器（包括电流测量设备）都会显示一些输入电容 C in（参见图 4）。与此相结合的是电缆或探头电容 C电缆，因为 DUT 必须以某种方式连接到仪器。回想一下，在分流测量的情况下，分流电阻器上会产生电压。测量稳定所需的时间与 R分流器的大小乘以 C总成正比。对于低电流，您需要更大的 R shunt值，可能在兆欧范围或更大。电阻值越大，稳定时间就越长。对于跨阻放大器，您需要大电阻，但由于它位于运算放大器的反馈环路中，因此放大器的增益“A”会按比例缩小提供给 DUT 的有效电阻。这个收益可能非常大——也许是 100 万或更多。
通过将该电阻缩小“A”倍，测量的稳定时间将缩短“A”倍。换句话说，如果电压负担降低，输入电容就不必充电太多，因此读数稳定所需的时间会少得多。
反馈电流表方法的一个实际限制是高电流能力。反馈电流表通常设计用于测量高达 20 mA 左右的电流。在这个水平上，分流电流表方法成为更好的选择，其中分流电阻足够小，可以提供相当快的稳定时间。
如果在测量这些高电流时最小化电压负担至关重要，有时最好使用嵌入到被测电路中的低值外部分流电阻器。有时，甚至测量电路内互连的电阻，然后将其用作临时分流器，也可以有效地将电流分流器嵌入到被测电路中。这消除了通过长电线输送高电流并引回测量系统而引入的误差。
3.3.2测量布线
对于低电流测量，您必须注意互连，以确保最大程度地降低噪声和实现最佳屏蔽。进行低电流测量时请考虑以下事项：
-
50/60 Hz 线路噪声拾取是最常见且最重要的噪声源。您可以通过使用适当的布线（包括屏蔽电缆和同轴电缆）来减少这种噪声的影响。集成到系统中的数字万用表可以很好地抑制残余线路噪声。在 6½ 位测量速度下，线路噪声抑制通常足够高，几乎可以消除信号中的噪声，为您提供自信且准确的读数。
请记住，您无法通过过滤来弥补较差的电缆屏蔽。50/60 Hz 线路感应噪声很容易使任何低电流安培计的敏感前置放大器电路饱和。一旦发生这种情况，再多的过滤也无法恢复测量精度。因此，屏蔽电缆是必须的。
-
摩擦电效应是由导体相对于绝缘体的运动产生的。可以使用旨在最小化这种影响的电缆。通过系紧装置或其他固定装置减少电缆移动也可以最大限度地减少这种影响。
- 静电拾取是另一种困难的干扰效应。其根源再次可以追溯到屏蔽不良。任何身体都带有一定的潜力，包括人体。在低电流测量期间，人、手等在 DUT 或电缆附近移动将感应出由偏导数确定的电流：
I = V dC/dt
其中 V 是人体的电势（可能是数百或数千伏），dC/dt 是敏感测量装置附近的移动引起的电容随时间的变化。该电流可能约为 nA 甚至 uA，这可能会导致测量重复性和稳定性问题。
- 压电效应是由绝缘体的物理偏转引起的。减少设备上的压力有助于最大限度地减少这种影响。
- 漏电流通常是由相关设备周围的污染物造成的。这些污染物提供了额外的电流路径，导致测量误差。焊剂和指纹（油、盐等）可能是污染源。许多污染物可以使用酒精或类似溶剂清洗。
NI 提供两种布线附件，提供进行低电平测量所需的组件。NI L-1 低泄漏、低热偏移电缆套件由两根高阻抗预制电缆组成， NI L-2 低泄漏、低热偏移连接套件 由制作定制高阻抗所需的组件组成。阻抗电缆。
在进行当前测量时，您可以选择测量方法。对于 μA、nA 或 pA 范围内的电流，反馈电流表方法具有明显的优势。对于较高电流，通常首选分流方法。无论使用哪种方法，屏蔽和正确的布线对于准确且可重复的低电流测量都是至关重要的。