一种脉冲大电流的测量手段—罗柯夫斯基线圈

　　关于电流的测量，相信大家并不陌生。早在初中物理实验课上，老师就教我们使用电流表（如图1）测量电路中的电流。测量的电流量程一般为0~0.6A和0~3A。由于电流表内阻很小，在测量电路电流时候，电流表是允许直接串联在电路中间，也就是说电流表是不会影响到电路中的电流。 但是，这样一来问题也就出来了，要是碰见那些待测电流非常大（超过电流量程）或者导体结构形状不规则时候，电流表就会不允许串到电路中间的。那么又该有什么办法可以解决这个难题呢？这个问题难不倒奇思妙想的科学家们。接下来我们就开始认识下另一种测量电流的工具—罗柯夫斯基线圈。

　　图1 电流表图片，量程为0~0.6A和0~3A。图中显示为1.6A。

　　1912年，W．Rogowski 等科学家利用电磁感应原理设计了一种测量电流的空心线圈，此线圈就用发明者名字命名。罗柯夫斯基线圈制作非常简单，如图2所示，就是一个缠绕在非磁性骨架上的空心螺线管，当待测电流变化时候，就会在螺线管中间产生封闭的变化磁场，变化的磁场穿过一层层线圈后，就会在线圈两端感应出电压，这个输出电压的大小与变化频率就反应了待测电流的变化情况，将输出信号通过数字积分器积分后就可以还原成待测电流值。这种线圈的优点在于测量的电流可从数毫安培到上万安培，可以测量不规则导体结构物体，根据待测物体大小可以设计成长短不一、粗细不同的线圈。另外线圈不需要外加电源供电，也就是说是一件被动测量手段。

　　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，罗柯夫斯基线圈已经得到了广泛的应用。比方说，测量上百万安培的等离子体电流就是利用这种空心螺线管。如图3所示，在一根不锈钢钢管上，紧密地缠绕一层耐高温线缆，然后将线圈安装在电流通过的回路上，图3白色物体就是一段罗柯夫斯基线圈，实际上线圈是环绕电流一圈的，剩下一部分未拍摄到。当电流从这根线圈中央穿过去后，线圈两端就会感应出电压，输出电压处理之后就是待测的等离子体电流了。所以说，只要从这个线圈内经过的电流都能完全的被测到。下面的子图显示的是实验期间，等离子体电流的演化情况，电流变化范围从0到最高的上百万安培。这些线圈都是自己手工缠绕的，有兴趣的话大家也可以在老师的带领下动手试一试，感受下电磁感应的乐趣。

　　图3 EAST装置上用于测量等离子体电流的罗柯夫斯基线圈（上图）及对应某次放电过程中所测电流值（下图）。从图中可看到电流变化范围0kA~1000kA。