相信大家對(duì)電流的測(cè)量并不陌生。早在初中物理實(shí)驗(yàn)課上，老師就教我們用電流表(如圖1所示)測(cè)量電路中的電流。測(cè)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(cè)量電路電流時(shí)，電流表允許直接串聯(lián)在電路中間，也就是說(shuō)電流表不會(huì)影響電路中的電流。然而，問(wèn)題就出來(lái)了。如果電流非常大(超過(guò)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(gè)問(wèn)題呢?這個(gè)問(wèn)題不是一個(gè)奇思妙想的科學(xué)家。接下來(lái)，我們將開(kāi)始了解另一種測(cè)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(jì)了一個(gè)測(cè)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(jiǎn)單。如圖2所示，它是一個(gè)纏繞在非磁性骨架上的空心螺管。當(dāng)待測(cè)電流發(fā)生變化時(shí)，螺管中間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)封閉的變化磁場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)穿過(guò)層層線圈后，電壓會(huì)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(cè)電流的變化，輸出信號(hào)可以通過(guò)數(shù)字積分器積分還原為待測(cè)電流值。這種線圈的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的電流可以從數(shù)毫安培到數(shù)萬(wàn)安培，可以測(cè)量不規(guī)則的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)物體，可以根據(jù)待測(cè)物體的大小設(shè)計(jì)不同長(zhǎng)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(shuō)是被動(dòng)測(cè)量手段。

圖2羅柯夫斯基線圈測(cè)量大電流示意圖

在磁約束聚變實(shí)驗(yàn)中，羅科夫斯基線圈得到了廣泛的應(yīng)用。例如，測(cè)量數(shù)百萬(wàn)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(guò)的電路上。圖3中的白色物體是羅科夫斯基線圈。事實(shí)上，線圈被電流包圍，其余的沒(méi)有被拍攝。當(dāng)電流通過(guò)線圈中心時(shí)，線圈兩端會(huì)感應(yīng)到電壓。輸出電壓處理后，是待測(cè)等離子體電流。因此，只要經(jīng)過(guò)這個(gè)線圈的電流能夠完全測(cè)量。下面的子圖顯示了實(shí)驗(yàn)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(wàn)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(lè)趣。

圖3EAST裝置上用于測(cè)量等離子體電流的羅式線圈(上圖)和相應(yīng)放電過(guò)程中測(cè)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