電流表設(shè)計(jì)以及直流電計(jì)量電路
設(shè)計(jì)用于測(cè)量電流的儀表通常被稱為“電流表”，因?yàn)闇y(cè)量單位是“安培”。在電流表設(shè)計(jì)中，為了擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)的可用范圍而添加的外部電阻與運(yùn)動(dòng)并聯(lián)連接，而不是象電壓計(jì)那樣串聯(lián)連接。這是因?yàn)槲覀兿胍指顪y(cè)量的電流，而不是測(cè)量的電壓，進(jìn)行移動(dòng)，并且因?yàn)榉謮浩麟娐房偸怯刹⒙?lián)電阻形成的。 如同電壓表的例子一樣，我們可以看到，它將自己做一個(gè)非常有限的儀器，只發(fā)生1mA的滿量程變化： 與延長儀表運(yùn)動(dòng)的電壓測(cè)量能力一樣，我們必須相應(yīng)地重新標(biāo)記運(yùn)動(dòng)的比例尺，以便在擴(kuò)大的電流范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行不同的讀取。例如，如果我們想要設(shè)計(jì)一個(gè)電流表，使用與以前相同的儀表運(yùn)動(dòng)（具有只有1mA的固有滿量程范圍），具有5安培的滿量程范圍，那么我們將不得不重新標(biāo)記運(yùn)動(dòng)的刻度讀取最左邊的0 A和最右邊的5 A，而不像以前那樣讀取0 mA到1 mA。無論并聯(lián)連接的電阻器提供的擴(kuò)展范圍如何，我們都必須以圖形方式表示流量計(jì)的運(yùn)動(dòng)表面。
使用5安培作為我們樣品移動(dòng)的擴(kuò)展范圍，讓我們確定“分流”或旁路大部分電流所需的并聯(lián)電阻量，以便總電流為5 A時(shí)只有1 mA通過移動(dòng)：
根據(jù)我們給定的運(yùn)動(dòng)電流值，運(yùn)動(dòng)電阻值和總電路電流（測(cè)量值），我們可以確定儀表運(yùn)動(dòng)的電壓（應(yīng)用于中心列的歐姆定律，E = IR）：
知道由運(yùn)動(dòng)和分流器形成的電路是并聯(lián)配置的，我們知道運(yùn)動(dòng)，分流和測(cè)試引線（總）上的電壓必須是相同的：
我們也知道，通過分流器的電流必須是總電流（5安培）和通過運(yùn)動(dòng)的電流（1毫安）之間的差值，因?yàn)榉种щ娏饕圆⒙?lián)配置添加：
然后，使用右列中的歐姆定律（R = E / I），我們可以確定必要的分流電阻：
當(dāng)然，通過計(jì)算總電阻（R = E / I; 0.5伏特/ 5安培= 100mΩ），我們可以計(jì)算出分流器剛好超過100毫歐姆（100mΩ）的相同值，阻力公式倒退，但算術(shù)會(huì)更具挑戰(zhàn)性：
在現(xiàn)實(shí)生活中，電流表的分流電阻通常裝在儀表單元的保護(hù)金屬外殼內(nèi)，不可見。請(qǐng)注意以下照片中電流表的結(jié)構(gòu)：
這個(gè)特定的電流表是由Stewart-Warner制造的汽車單元。雖然D'Arsonval流量計(jì)本身可能在毫安級(jí)范圍內(nèi)滿量程，但整個(gè)流量計(jì)的范圍是+/- 60安培。提供這種高電流范圍的分流電阻被封裝在儀表的金屬外殼內(nèi)。還要注意，在這個(gè)特定的儀表中，針的中心位置為零安培，可以指示“正”電流或“負(fù)”電流。連接到汽車的電池充電電路，該儀表能夠指示充電狀況（電子從發(fā)電機(jī)流向電池）或放電狀態(tài)（電子從電池流向車輛負(fù)載的其余部分）。
與多量程電壓表一樣，通過并入多個(gè)與多極開關(guān)切換的分流電阻器，可以給電流表多于一個(gè)可用范圍：
請(qǐng)注意，量程電阻器通過開關(guān)連接，以便與電表運(yùn)動(dòng)并行，而不是像在電壓表設(shè)計(jì)中那樣串聯(lián)。當(dāng)然，五位開關(guān)一次只能接觸一個(gè)電阻。根據(jù)儀表移動(dòng)的特定額定值（1 mA，500Ω），每個(gè)電阻器的尺寸都相應(yīng)地適用于不同的滿量程范圍。
采用這樣的電表設(shè)計(jì)，每個(gè)電阻值都是通過相同的技術(shù)，使用已知的總電流，運(yùn)動(dòng)滿量程偏轉(zhuǎn)額定值和運(yùn)動(dòng)阻力來確定的。對(duì)于范圍為100mA，1A，10A和100A的電流表，分流電阻將如此：
請(qǐng)注意，這些分流電阻值非常低！ 5.00005mΩ是5.00005毫歐姆，或0.00500005歐姆！為了達(dá)到這些低電阻，電流表分流電阻器通常必須由相對(duì)較大直徑的導(dǎo)線或固體金屬片定制。
電表分流電阻的大小需要注意的一點(diǎn)是功耗的因素。與電壓表不同，電流表的量程電阻必須承載大量的電流。如果這些分流電阻沒有相應(yīng)的尺寸，它們可能會(huì)過熱并遭受損壞，或者至少由于過熱而失去準(zhǔn)確性。對(duì)于上面的示例儀表，滿量程指示的功率消耗是（雙曲線在數(shù)學(xué)上表示“近似等于”）：
一個(gè)1/8瓦的電阻器對(duì)于R4來說工作得很好，一個(gè)1/2瓦的電阻器可以滿足R3和5瓦的R2（盡管電阻器如果不能在其額定功耗附近工作，它們往往會(huì)保持更好的長期精度，所以你可能想要過高的電阻R2和R3），但精確的50瓦電阻是罕見的和昂貴的組件。為了滿足低電阻和高額定功率的要求，可以為R1構(gòu)造由金屬股線或粗導(dǎo)線制成的定制電阻器。
有時(shí)，分流電阻與高輸入電阻的電壓表一起使用來測(cè)量電流。在這種情況下，通過電壓表運(yùn)動(dòng)的電流足夠小，可以忽略不計(jì)，分流電阻的大小可以根據(jù)每安培電流產(chǎn)生多少伏特或幾伏的電壓下降來實(shí)現(xiàn)：
例如，如果上述電路中的分流電阻的大小精確到1Ω，那么通過它的每個(gè)放大器的電流就會(huì)有1V的下降。然后可以將電壓表指示作為通過分流器的電流的直接指示。為了測(cè)量非常小的電流，可以使用較高的分流電阻值來產(chǎn)生每個(gè)給定單位電流更多的電壓降，從而將電壓表的可用范圍向下延伸到較低的電流量。在電流測(cè)量中使用電壓表和低值分流電阻是工業(yè)應(yīng)用中常見的情況。
使用分流電阻器和電壓表來測(cè)量電流對(duì)于簡(jiǎn)化電路中頻繁的電流測(cè)量任務(wù)是一個(gè)有用的技巧。通常情況下，為了用電流表測(cè)量通過電路的電流，電路必須被斷開（中斷），并將電流表插入分開的導(dǎo)線端部之間，如下所示：
如果我們有一個(gè)需要經(jīng)常測(cè)量電流的電路，或者我們只是希望使電流測(cè)量過程更加方便，那么可以在這些點(diǎn)之間放置一個(gè)分流電阻，并永久保留，根據(jù)需要用電壓表讀取電流讀數(shù)不中斷電路的連續(xù)性：
當(dāng)然，必須注意分流電阻的大小要足夠小，以免對(duì)電路的正常工作產(chǎn)生不利影響，但這通常不是難事。這種技術(shù)也可能在計(jì)算機(jī)電路分析中很有用，我們可能希望計(jì)算機(jī)通過一個(gè)電壓顯示電流（使用SPICE，這樣可以避免讀取負(fù)電流值的特性）：
分流電阻示例電路v1 1 0 rshunt 1 2 1 rload 2 0 15k .dc v1 12 12 1 .print dc v（1,2）.end
v1 v（1,2）1.200E + 01 7.999E-04
我們將解釋分流電阻（在SPICE模擬中的電路節(jié)點(diǎn)1和2之間）的電壓讀數(shù)直接作為放大器，7.999E-04為0.7999 mA或799.9μA。理想情況下，直接通過15kΩ施加12伏電壓會(huì)給我們0.8毫安的電流，但分流電阻會(huì)減少電流（就像在現(xiàn)實(shí)生活中那樣）。然而，對(duì)于仿真或?qū)嶋H電路來說，這樣的微小誤差通常在準(zhǔn)確度的可接受范圍內(nèi)，因此分流電阻器可以用于除精確電流測(cè)量的要求最嚴(yán)格的應(yīng)用之外的所有應(yīng)用。
評(píng)論：
電流表量程是通過在運(yùn)動(dòng)電路中增加并聯(lián)的“分流”電阻來實(shí)現(xiàn)的，從而提供精確的電流分配。
（1）分流電阻的功耗可能很高，所以在選擇這類儀表的零件時(shí)要小心！
（2）*分流電阻可以與高阻電壓表和低電阻電流表一起使用，對(duì)給定的電流量產(chǎn)生精確的電壓降。應(yīng)盡可能選擇并聯(lián)電阻，盡量降低其對(duì)被測(cè)電路的影響。
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