罗氏线圈在脉冲大电流测量中的应用
相信大家对电流的测量并不陌生。早在初中物理实验课上，老师就教我们用电流表(如图1所示)测量电路中的电流。测量的电流流程一般为0~0.6A和0~3A。由于电流表内阻小，在测量电路电流时，电流表允许直接串联在电路中间，也就是说电流表不会影响电路中的电流。然而，问题就出来了。如果电流非常大(超过电流流程)或导体结构形状不规则，电流表将不允许串联到电路中间。那么有什么办法可以解决这个问题呢?这个问题不是一个奇思妙想的科学家。接下来，我们将开始了解另一种测量电流的工具——罗科夫斯基线圈。
图1电流表图片，量程为0~0.6A和0~3A。图为1.66。A。
1912年，W.Rogowski等科学家利用电磁感应原理设计了一个测量电流的空心线圈，以发明者的名字命名。罗科夫斯基线圈制作非常简单。如图2所示，它是一个缠绕在非磁性骨架上的空心螺管。当待测电流发生变化时，螺管中间会产生一个封闭的变化磁场。变化的磁场穿过层层线圈后，电压会在线圈两端感应到。输出电压的大小和变化频率反映了待测电流的变化，输出信号可以通过数字积分器积分还原为待测电流值。这种线圈的优点是测量的电流可以从数毫安培到数万安培，可以测量不规则的导体结构物体，可以根据待测物体的大小设计不同长度和厚度的线圈。此外，线圈不需要额外的电源供电，也就是说是被动测量手段。
图2罗柯夫斯基线圈测量大电流示意图
在磁约束聚变实验中，罗科夫斯基线圈得到了广泛的应用。例如，测量数百万安培的等离子体电流就是使用这种空心螺丝管。如图3所示，在不锈钢管上，紧紧缠绕一层耐高温电缆，然后将线圈安装在电流通过的电路上。图3中的白色物体是罗科夫斯基线圈。事实上，线圈被电流包围，其余的没有被拍摄。当电流通过线圈中心时，线圈两端会感应到电压。输出电压处理后，是待测等离子体电流。因此，只要经过这个线圈的电流能够完全测量。下面的子图显示了实验期间等离子体电流的演化，电流变化范围从0到最高的数百万安培。这些线圈是手工缠绕的。如果你感兴趣，你也可以在老师的带领下尝试一下，感受电磁感应的乐趣。
图3EAST装置上用于测量等离子体电流的罗式线圈(上图)和相应放电过程中测量的电流值(下图)。从图中可以看出0kA~1000kA的电流变化范围。
审核编辑 黄宇
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