羅氏線圈在脈沖大電流測量中的應(yīng)用

相信大家對電流的測量并不陌生。早在初中物理實驗課上，老師就教我們用電流表(如圖1所示)測量電路中的電流。測量的電流流程一般為0~0.6A和0~3A。由于電流表內(nèi)阻小，在測量電路電流時，電流表允許直接串聯(lián)在電路中間，也就是說電流表不會影響電路中的電流。然而，問題就出來了。如果電流非常大(超過電流流程)或?qū)w結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則，電流表將不允許串聯(lián)到電路中間。那么有什么辦法可以解決這個問題呢?這個問題不是一個奇思妙想的科學(xué)家。接下來，我們將開始了解另一種測量電流的工具——羅科夫斯基線圈。

圖1電流表圖片，量程為0~0.6A和0~3A。圖為1.66。A。

1912年，W.Rogowski等科學(xué)家利用電磁感應(yīng)原理設(shè)計了一個測量電流的空心線圈，以發(fā)明者的名字命名。羅科夫斯基線圈制作非常簡單。如圖2所示，它是一個纏繞在非磁性骨架上的空心螺管。當(dāng)待測電流發(fā)生變化時，螺管中間會產(chǎn)生一個封閉的變化磁場。變化的磁場穿過層層線圈后，電壓會在線圈兩端感應(yīng)到。輸出電壓的大小和變化頻率反映了待測電流的變化，輸出信號可以通過數(shù)字積分器積分還原為待測電流值。這種線圈的優(yōu)點是測量的電流可以從數(shù)毫安培到數(shù)萬安培，可以測量不規(guī)則的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)物體，可以根據(jù)待測物體的大小設(shè)計不同長度和厚度的線圈。此外，線圈不需要額外的電源供電，也就是說是被動測量手段。

圖2羅柯夫斯基線圈測量大電流示意圖

在磁約束聚變實驗中，羅科夫斯基線圈得到了廣泛的應(yīng)用。例如，測量數(shù)百萬安培的等離子體電流就是使用這種空心螺絲管。如圖3所示，在不銹鋼管上，緊緊纏繞一層耐高溫電纜，然后將線圈安裝在電流通過的電路上。圖3中的白色物體是羅科夫斯基線圈。事實上，線圈被電流包圍，其余的沒有被拍攝。當(dāng)電流通過線圈中心時，線圈兩端會感應(yīng)到電壓。輸出電壓處理后，是待測等離子體電流。因此，只要經(jīng)過這個線圈的電流能夠完全測量。下面的子圖顯示了實驗期間等離子體電流的演化，電流變化范圍從0到最高的數(shù)百萬安培。這些線圈是手工纏繞的。如果你感興趣，你也可以在老師的帶領(lǐng)下嘗試一下，感受電磁感應(yīng)的樂趣。

圖3EAST裝置上用于測量等離子體電流的羅式線圈(上圖)和相應(yīng)放電過程中測量的電流值(下圖)。從圖中可以看出0kA~1000kA的電流變化范圍。

審核編輯 黃宇