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美國(guó)Bently探頭330103-07-13-10-02-00

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探頭對(duì)于測(cè)量，是至關(guān)重要的一環(huán)。配合示波器，組成一套工程師安全、可靠的測(cè)試系統(tǒng)。面對(duì)不同的測(cè)試需求和示波器，工程師如何在眾多的探頭型號(hào)與品牌中做出正確選擇？

 正確選擇探頭的五大要素

1 可靠性

可靠性的重要不光只針對(duì)與探頭，對(duì)于測(cè)試設(shè)備及附件，可靠性也是最重要的因素。一臺(tái)優(yōu)質(zhì)的測(cè)試儀器能夠讓工程師對(duì)測(cè)試結(jié)果擁有堅(jiān)定的信心。

探頭的可靠性對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)尤其重要。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，一個(gè)很小的測(cè)試誤差就會(huì)將工程師引導(dǎo)到錯(cuò)誤的方向。那么如何驗(yàn)證探頭的可靠性呢？

首先，驗(yàn)證探頭是否能在一定時(shí)間內(nèi)保證設(shè)計(jì)指標(biāo)？是否在誤差可控的范圍內(nèi)工作？（高精度、高速測(cè)試更應(yīng)重視）

2 安全性

探頭必須要經(jīng)過(guò)安全驗(yàn)證

電子產(chǎn)品都必須經(jīng)過(guò)一系列的標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，才能到用戶(hù)手中，以確保使用過(guò)程中的安全性。例如高壓探頭，測(cè)試對(duì)象動(dòng)輒幾百上千伏的高壓對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的，廠(chǎng)家必須嚴(yán)格管控其安全標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試及認(rèn)證。

對(duì)于探頭額定的測(cè)試電壓或者電流測(cè)試要求要高于其指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)以保證更加安全的測(cè)試。其次還有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，環(huán)境的測(cè)試都是從各個(gè)方面來(lái)保證使用者的安全。

3 專(zhuān)業(yè)性

探頭是為了滿(mǎn)足示波器不同的測(cè)試需求而研發(fā)的。

由于不同行業(yè)技術(shù)要求，從信號(hào)類(lèi)型的角度出發(fā)，電源行業(yè)工程師要求測(cè)試低至幾百 UV 或幾個(gè) mA 微小紋波信號(hào)，直流電流高達(dá) 500 安，交流電流信號(hào)幾千安培，高壓差分信號(hào)高達(dá) 5000-6000V。

在安規(guī)方面的測(cè)試需要測(cè)試高達(dá) 1-2 萬(wàn)伏的沖擊電壓，在很多高速數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景要求測(cè)試高達(dá)幾個(gè)甚至十幾 GHz 級(jí)別高速差分信號(hào)。此外還有很多特殊的應(yīng)用例如在大功率驅(qū)動(dòng)電路上要求測(cè)試在高達(dá)幾百上千伏共模電壓環(huán)境準(zhǔn)確測(cè)試幾伏微小信號(hào)。

為保證足夠的測(cè)試系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定性，需要有專(zhuān)用的探頭滿(mǎn)足不同的測(cè)試需求。

綜上，選擇探頭要考量自有示波器型號(hào)及指標(biāo)接口，還有很重要的就是對(duì)測(cè)試對(duì)象的評(píng)估，選擇合適探頭成為測(cè)試的關(guān)鍵。

4 精度

專(zhuān)為示波器打造探頭，會(huì)整體考量測(cè)試系統(tǒng)的精度，設(shè)計(jì)探頭和示波器的匹配。其中有幾個(gè)非常重要的方面如下：

帶寬：對(duì)于示波器這種測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，示波器和探頭的帶寬決定了系統(tǒng)的測(cè)試帶寬。所以帶寬對(duì)探頭來(lái)說(shuō)也是非常重要的一種指標(biāo)，是其測(cè)試多快信號(hào)的能力表征。

電阻：因?yàn)樘筋^的引入會(huì)導(dǎo)致整個(gè)測(cè)試環(huán)路的電阻的變化，由電壓信號(hào)測(cè)試的原理可知，電阻的變化會(huì)影響信號(hào)幅值的測(cè)試。

5 全面服務(wù)

示波器探頭屬于易耗品，工程師使用頻繁高，測(cè)試環(huán)境復(fù)雜，偶爾的人為操作失誤都會(huì)導(dǎo)致探頭的損壞。

使用示波器的工程師都會(huì)經(jīng)常面臨探頭的維修及校準(zhǔn)問(wèn)題。出現(xiàn)故障時(shí)工程師希望能準(zhǔn)確及時(shí)的判定問(wèn)題的來(lái)源，這類(lèi)難題需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員幫忙確認(rèn)。校準(zhǔn)服務(wù)也是。電子產(chǎn)品在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)指標(biāo)波動(dòng)，甚至?xí)霈F(xiàn)超標(biāo)情況，所以對(duì)于探頭需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)以保證測(cè)試能力。

專(zhuān)業(yè)、及時(shí)、準(zhǔn)確的產(chǎn)品售后服務(wù)是選擇探頭需要考量的重要因素。

本特利為示波器打造了具備高可靠性、高安全性、高專(zhuān)用性、高精度以保護(hù)的探頭。

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電流探頭是根據(jù)法拉第原理設(shè)計(jì)的用來(lái)測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)中干擾電流信號(hào)的磁環(huán)，本質(zhì)上是一個(gè)匝數(shù)為1的變壓器。使用電流探頭能夠測(cè)量流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)的電流大小。電流探頭分為AC/DC電流探頭以及AC電流探頭。前者可以測(cè)量直流以及交流電流的大小，后者只可以測(cè)量交流電流的大小。

　　流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)的電流會(huì)導(dǎo)致在導(dǎo)線(xiàn)周?chē)纬呻姶磐繄?chǎng)。電流探頭是為傳感

　　這個(gè)磁通量場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)而設(shè)計(jì)的，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，以使用示波器進(jìn)行測(cè)量。這允許使用示波器查看和分析電流波形。在與示波器的電壓測(cè)量功能相結(jié)合使用時(shí)，電流探頭還允許進(jìn)行各種功率測(cè)量。根據(jù)示波器的波形數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，這些測(cè)量可以包括瞬時(shí)功率、真實(shí)功率、視在功率和相位。

　　示波器的電流探頭基本上分成兩類(lèi)：即AC電流探頭和AC/DC電流探頭，AC電流探頭通常是無(wú)源探頭，AC/DC電流探頭通常是有源探頭。這兩種類(lèi)型都采用相同的轉(zhuǎn)換原理就是感應(yīng)導(dǎo)線(xiàn)中的電流(AC)。

　　要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，必須先有電流流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)，根據(jù)電流流動(dòng)的幅度和方向構(gòu)建和消除磁通量場(chǎng)。在這個(gè)場(chǎng)中放一個(gè)線(xiàn)圈時(shí)，如上圖所示，變化的磁通量場(chǎng)會(huì)通過(guò)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換操作，在線(xiàn)圈中引起電壓。這種轉(zhuǎn)換操作是AC電流探頭的基礎(chǔ)。

　　AC電流探頭頭部實(shí)際上是一個(gè)線(xiàn)圈，這個(gè)線(xiàn)圈纏在磁芯上。當(dāng)這個(gè)探頭頭部保持在方向及接近承載AC電流的導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，探頭會(huì)輸出一個(gè)線(xiàn)性電壓，這一電壓與導(dǎo)線(xiàn)中電壓的比例是已知的。這種與電流有關(guān)的電壓可以在示波器上顯示為電流刻度的波形

　　AC電流探頭的帶寬取決于探頭線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)和其它因素。帶寬可以高達(dá)1GHz。但是，比較典型的帶寬低于100MHz。

　　在任何情況下，AC電流探頭還有一個(gè)低頻截止點(diǎn)，這包括直流(DC)，因?yàn)橹绷鞑粫?huì)引起變化的磁通量場(chǎng)，因此不會(huì)引起轉(zhuǎn)換動(dòng)作。另外在非常接近DC的頻率上，如0.01Hz，磁通量場(chǎng)變化速度不足以能夠?qū)崿F(xiàn)變換動(dòng)作。但是，可以在探頭帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換動(dòng)作，進(jìn)行衡量的輸出。另外，根據(jù)探頭線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)，帶寬的低頻可能會(huì)低達(dá)到0.5Hz或1.2kHz。

　　對(duì)帶寬始于DC附近的探頭，可以在探頭設(shè)計(jì)中增加霍爾效應(yīng)設(shè)備，檢測(cè)DC。其結(jié)果是得到帶寬從DC開(kāi)始、擴(kuò)展到規(guī)定頻率上限3dB點(diǎn)的AC/DC探頭。這類(lèi)探頭至少要求一個(gè)電源，霍爾效應(yīng)設(shè)備進(jìn)行DC傳感。根據(jù)探頭設(shè)計(jì)，還可能會(huì)要求電流探頭放大器，以組合和調(diào)節(jié)AC和DC電平，為在示波器上進(jìn)行查看提供單一的輸出波形。

　　從本質(zhì)上看，電流探頭的工作方式類(lèi)似于緊密耦合的轉(zhuǎn)換器。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)操作，傳感的電流導(dǎo)線(xiàn)是一圈線(xiàn)圈(N1)。來(lái)自這個(gè)單線(xiàn)圈的電流會(huì)轉(zhuǎn)換成與線(xiàn)圈比率成比例(N2/N1)的多線(xiàn)圈(N2)探頭輸出電壓。同時(shí)，探頭的阻抗作為串聯(lián)插入阻抗轉(zhuǎn)換回到導(dǎo)線(xiàn)上。這種插入阻抗與頻率相關(guān)，其1MHz值一般位于30-500M?的范圍內(nèi)，具體視探頭而定。在大多數(shù)情況下，電流探頭的插入阻抗很小，產(chǎn)生的負(fù)載可以忽略不計(jì)。

　　電流探頭有兩種形式，一種特定的探頭類(lèi)型，稱(chēng)為分芯探頭。這類(lèi)探頭的線(xiàn)圈放在"U"形芯上，"U"形芯帶有一鐵氧體滑塊，滑塊蓋住"U"形頂部。這類(lèi)探頭的優(yōu)點(diǎn)在于，鐵氧體滑塊可以收縮，使得探頭能夠方便地卡到測(cè)量電流的導(dǎo)線(xiàn)上。在測(cè)量完成時(shí)，滑塊可以收縮，探頭可以移到其它導(dǎo)線(xiàn)上。另外一種電流探頭是實(shí)芯電流轉(zhuǎn)換器。這些電流轉(zhuǎn)換器繞在被測(cè)導(dǎo)線(xiàn)上。結(jié)果，必須斷開(kāi)被測(cè)導(dǎo)線(xiàn)，把導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)轉(zhuǎn)換器，然后重新把導(dǎo)線(xiàn)連接到電路上，才能安裝這些轉(zhuǎn)換器。實(shí)芯探頭的主要優(yōu)勢(shì)是它們體積非常小，提供了非常快的頻響，可以測(cè)量快速、低幅度電流脈沖和AC信號(hào)。到目前為止，分芯電流探頭是探頭類(lèi)型，其分為AC型和AC/DC型。所以后面的規(guī)格參數(shù)介紹，將以分芯電流探頭為主進(jìn)行介紹。

　　電流探頭雖然沒(méi)有示波器的電壓探頭那么常見(jiàn)，但是它的作用是其他探頭無(wú)法代替的。它能夠在不破壞導(dǎo)線(xiàn)的情況下測(cè)量流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)的電流。當(dāng)電流探頭與電壓探頭配合使用時(shí)能夠測(cè)試功率、相位等數(shù)據(jù)。這對(duì)于測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常的有用。