電流簡介
電流是電荷的流動。電流的標準單位是安培(A)，它等于每秒內一庫侖電荷的流量。
雖然有多種方法測量電流，但最常用的方法是進行間接測量，即根據(jù)歐姆定律，通過測量精密電阻器上的電壓來測量流過電阻器的電流。
電流基礎
在固體導電金屬中，有大量的電子是移動的或是自由的。當金屬導線被連接到直流電壓源（如電池）的兩端時，電壓源會在導體的兩端加上一個電場。一旦連接完成，在電場的作用下，導體內的自由電子會被迫流向正極端。
因此，在典型的固體導體中，自由電子是電流的載體。對于1安培的電流率而言，每秒鐘有1庫侖的電荷（即約6.242 × 1018個電子）流過假想的導體平面。
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在電學的早期歷史中，常規(guī)電流被定義為正電荷的流動。在固體金屬(如導線)中，正電荷載體是不移動的，只有帶負電荷的電子流動。因為電子攜帶負電荷，所以電子流動的方向與常規(guī)電流的方向是相反的。
在解決電路問題時，流經特定電路元件的實際電流方向通常是未知的。因此，每個電路元件被分配一個電流變量和一個任意選定的參考方向。當電路問題被解決時，電路元件的電流值可能為正也可能為負。負值意味著流經電路元件的實際電流方向與選定的參考方向是相反的。
如何進行電流測量
電流的測量方法
測量電流主要有兩種方法：一種是基于電磁學的，與早期的動圈式（達松伐爾）儀表有關，另一種是基于電學的主要理論歐姆定律的。
達松伐爾電流計
達松伐爾電流計是一種電流表，是用于檢測和測量電流的儀器。它是一個模擬機電傳感器，當有電流流過它的線圈時，它會在有限的表弧上產生一個旋轉變形。
今天使用的達松伐爾電流計是用小型旋轉線圈繞在永磁體外面制成的。線圈被系到繞校正刻度盤旋轉的薄指針上。一個小型的扭轉彈簧將線圈和指針拉到零的位置。
當有直流電流過線圈時，線圈會產生磁場。這個磁場與永磁體的磁場方向相反。線圈發(fā)生扭曲，推動彈簧，使指針發(fā)生移動。指針指到顯示當前電流值的刻度上。精心設計的磁極片使磁場均勻，這樣指針偏轉的角度就與電流成比例了。
其它電流表
基本上，今天的大多數(shù)安培表都是根據(jù)電學基本理論歐姆定律設計的。現(xiàn)代電流表基本上由電壓表和精密電阻組成，利用歐姆定律，就可以進行精確而且具有成本效益的測量了。
歐姆定律 —— 歐姆定律指出，在電路中，流過導體兩點間的電流與兩點間的電勢差成正比(或者說，壓降或電壓)，與兩點間的阻抗成反比。
描述這種關系的數(shù)學表達式為：
I = V/R
其中I為以安培為單位的電流，V是以伏特為單位的兩點間的電勢差，R是電路參數(shù)，它以歐姆為單位(相當于伏特每安培)，被稱為電阻。
電流表工作原理—— 今天的電流表通過一個內部電阻來測量特定信號的電流。然而，當內部的電阻不能測量更大的電流時，就需要外部的配置了。
為了測量更大的電流，可以在電流表上并聯(lián)一個被稱為分流電阻的精密電阻。大部分電流流過分流電阻，只有一小部分電流經過電流表。這就使得電流表可以測量更大的電流。
只要期望的最大電流乘上電阻的值不會超過電流表或數(shù)據(jù)采集設備的輸入范圍，那么任意的電阻都是可以接受的。
在使用這種方法測量電流時，你應該使用最小的電阻值，因為這對現(xiàn)有電路造成的干擾最小。然而，阻抗越小，造成的電壓降越小，所以你必須在分辨率和電路干擾間做一個折中 。
圖1顯示了通常的利用分流電阻的電流測量原理圖。
圖1. 將分流電阻連接到測量電路中
使用這種方法，電流不會被直接輸入給安培表或數(shù)據(jù)采集電路板上，而是要經過外部的分流電阻。因而，只要分流電阻上的電壓降不會超過電流表或數(shù)據(jù)采集電路板的工作電壓范圍，那么理論上可以測量的電流值是無限大的。
電流公約
常規(guī)電流
常規(guī)電流是今天的電子電路、傳輸線等中常見的電流測量度量。它們不符合傳輸標準，而且它們的范圍可以從零到很大的安培數(shù)。
電流環(huán)/4-20mA公約
當設備需要通過一對導體進行遠程監(jiān)測或控制時，那么需要使用模擬電流環(huán)。在任意的時刻，只存在有一個電流級別。
“4到20毫安的電流環(huán)”或者4-20mA是工業(yè)儀器和通信的模擬電器傳輸標準。對于電流環(huán)信號而言，4mA表示沒有信號存在，20mA表示信號100%存在[1]。mA是毫安培的縮寫，即千分之一安培。
4毫安的"帶電零位" 允許接收儀器區(qū)分零信號和損壞的導線或壞的儀器【1】。雖然開發(fā)于20世紀50年代，今天這個標準仍然被廣泛用于工業(yè)。4-20mA公約的好處包括制造商的廣泛使用、相對較低的實現(xiàn)成本以及對抗電氣噪聲的能力。此外，利用帶電零位，你可以直接利用電流環(huán)為低功耗儀器供電，節(jié)省了額外電線的成本。
精確度考慮
分流電阻在電路中的放置位置是很重要的。如果外部電路與帶有電流表或數(shù)據(jù)采集電路板的計算機共地，那么你應該把分流電阻放置在盡可能接近電路的地端的位置上。如果不這樣的話，由分流電阻產生的共模電壓可能處在電流表或數(shù)據(jù)采集板規(guī)格外，這將導致不精確的讀數(shù)，甚至可能損壞電路板。圖2顯示了分流電阻正確和不正確的放置位置。
圖2 分流電阻放置
數(shù)據(jù)采集設備測量
有三種不同的方法用于測量模擬輸入。請查閱文獻《如何進行電壓測量》來獲取每種配置的更詳細信息。
例如，考慮NI CompactDAQ USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖3顯示了一個NI CompactDAQ機箱和一個NI 9203模擬電流輸入模塊。由于NI 9203內部有一個精密電阻，所以不要求外接的分流電阻。
圖3. NI CompactDAQ機箱和NI 9203模擬電流輸入模塊
圖4顯示了使用NI cDAQ-9172機箱和NI 9203進行參考信號終端（RSE）電壓測量的連接圖以及模塊的管腳定義。在圖中，管腳0對應于“模擬輸入0”通道而管腳9對應于共同的地。
圖4. 在RSE配置中的電流測量
除了NI 9203，通用模擬輸入模塊（如NI 9205）也可以利用外部分流電阻提供電流的輸入功能。
查看你的測量結果：NI LabVIEW
一旦你將傳感器連接到測量儀器上后，就可以使用LabVIEW圖形化編程軟件來對所需要的數(shù)據(jù)進行可視化和分析了。
圖5. LabVIEW中的電流測量
參考文獻：
Bolton, William (2004). Instrumentation and Control Systems. Elsevier. ISBN 0750664320.