在電子測量領域，準確測量大電流一直是一個具有挑戰(zhàn)性的任務，尤其是在需要考慮溫度影響的情況下。傳統(tǒng)的大電流測量方法，如使用笨重的分流器或昂貴的磁性測量方法，存在諸多局限性。而本文將介紹一種利用銅進行高電流測量溫度補償的創(chuàng)新方法，為解決這一問題提供了新的思路。

傳統(tǒng)測量方法的局限性

可以使用沿電纜的電壓降來測量在一段電纜中流動的大電流，這種方法無需笨重的分流器或昂貴的磁性測量方法，具有一定的優(yōu)勢。然而，由于銅的溫度系數為 +0.39%/°C，這使得測量精度受到了限制。雖然溫度傳感器可以促進補償，但它屬于點測量設備，其在整個電纜長度上的相關性值得懷疑。考慮到電纜溫度僅 2.5° 的誤差或差異就會引入 1% 的誤差。

利用現(xiàn)代零漂移放大器進行測量

如果電流下降至少 10mV，我們可以使用現(xiàn)代零漂移放大器（如自動調零、斬波器等）輕松測量它。這些放大器提供超低失調性能，能夠準確感測低滿量程壓降。但此時還需要解決如何處理溫度系數的問題。

創(chuàng)新的溫度補償解決方案

本設計理念中提出的解決方案利用了大電流電纜由許多細絞線組成的事實。此處的示例將基于具有 1,050 股 AWG 34 電線的 AWG 4 電纜。
在圖 1 所示的電路中，運算放大器同相輸入感測電纜負載端的電纜壓降。MOSFET 位于輸出 / 反饋路徑中，該路徑繼續(xù)通過溫度傳感線（通常是用于設置增益的電阻器），終到達電源。該電路迫使增益設置元件上的壓降恰好等于主電纜壓降。在這種情況下，增益設置元件是嵌入定制絕緣電纜組件（包括高電流電纜）中的單根 34 號絕緣線（涂漆，例如漆包線）。

例如，#4 的 0.474 ft. = 117.6 μO；10 mV 降 @ I in = 85A；I 輸出 = 80mA。由于電纜由 1,050 根絞線組成，這種布置將導致 MOSFET 和增益元件中流過電流，該電流與總電流除以 1,050 成正比。由于增益元件和電纜均由銅制成，并且熱接觸緊密，因此可以消除隨溫度變化的輸出變化。反饋電流從 MOSFET 漏極通過 R Load 流至地，提供以地為參考的輸出電壓。

使用絞線解決了其他溫度傳感器的兩個主要問題：

1. 該電線是一個 “分布式” 傳感器，沿著電纜的長度延伸，可以更好地感知整體溫度影響。
2. 由于電線與主電纜一樣是銅質的，因此溫度補償是完美的。

實際測試情況

我們的設置使用了四英尺的 JSC 1666 AWG 4 電纜。絕緣體沿其長度被切開，并將 34 號漆包線插入絕緣體下方。電路中使用了 NCS333 運算放大器。由于運算放大器的共模電壓等于其電源軌，因此它必須具有軌到軌輸入能力（或使用更高的電源）。此外，它應該是一個零漂移（斬波）放大器，因為標準軌到軌運算放大器在正軌附近的性能通常較差。

測量值如下：
R 負載 = 50Ω 1%
無負載時，V 輸出讀數為 94 μV。
在 10A 負載下，V out = 454.6 mV（5.85% 誤差）。
在 58A 負載下，V out = 2.604 V（5.7% 誤差）。
然后將該裝置放入溫度室中并在室溫至 100°C 的溫度范圍內進行測試。結果顯示附加誤差小于 0.1%。有幾個因素可能會導致該誤差，例如運算放大器失調漂移，以及電纜端子中的電阻和熱電偶效應。

線容差對錯誤的影響

為了了解實用電纜可以實現(xiàn)的效果，我們找到了以下電線數據，顯示 34 號電線的公差為 2%。人們預計 4 號規(guī)格的總體公差類似。這表明，僅由于電纜的原因，按照標準公差構建的商業(yè)電線將產生 4% 的精度限制。電子設備會增加一些，但當然可以由用戶修剪，或與提供的電纜匹配。