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安捷(jié)倫(lún)萬(wàn)用(yòng)表測量(liáng)小(xiǎo)電阻

日期：2012-08-02瀏覽(lǎn)：5291次

安(ān)捷倫萬用表(biǎo)測(cè)量小(xiǎo)電阻

 摘(zhāi)要：提出用“四(sì)綫”和“饋綫補償(cháng)法”測量(liáng)小(xiǎo)電(diàn)阻的方法，並給出了(liǎo)實驗(yàn)結果(guǒ)。

關(guān)鍵詞：四綫測(cè)量(liáng)；饋(kuì)綫補(bǔ)償；小電(diàn)阻
1　引(yǐn)言(yán)
      安捷(jié)倫(lún)萬(wàn)用表測量電(diàn)阻是通(tōng)過(guò)測量(liáng)恒(héng)流(liú)源(yuán)電流(liú)I流過被測(cè)電阻RX所產生的(dí)電(diàn)壓(yā)Vx實現的。通(tōng)過對(duì)Vx數字化及小數(shù)點移位便可(kě)得到Rx的(dí)數字(zì)化值。原(yuán)理(lǐ)框圖如圖1：

     測(cè)試(shì)時，恒(héng)流源電(diàn)流I通過(guò)Hi－Lo端和(hé)測(cè)量(liáng)綫饋送至(zhì)被測電(diàn)阻(zǔ)Rx，電(diàn)壓測(cè)量(liáng)端(duān)S1，S2通(tōng)過(guò)短路綫接(jiē)至(zhì)Hi－Lo端(duān)。數(shù)字(zì)萬(wàn)用(yòng)表(biǎo)實際測量到(dào)的電阻值(zhí)包括(kuò)被測電阻(zǔ)Rx及(jí)饋(kuì)綫電阻(zǔ)RL1和RL2。當測量的電(diàn)阻阻值(zhí)較(jiào)小時(shí)，饋(kuì)綫電(diàn)阻產(chǎn)生(shēng)的(dí)誤差(chà)就不容忽視(shì)。如何用現有(yǒu)的(dí)數(shù)字萬用(yòng)表測量(liáng)阻(zǔ)值很(hěn)小的電阻是工程技術人員(yuán)經常(cháng)遇(yù)到的問題。

2　四綫測量
    四綫測(cè)量是(shì)將恒流源電流流入被測(cè)電阻R的(dí)兩根電(diàn)流綫(xiàn)和數字萬用表電(diàn)壓測量(liáng)端(duān)的(dí)兩根電壓(yā)綫(xiàn)分離開(kāi)，使得數(shù)字萬用(yòng)表測(cè)量(liáng)端(duān)的(dí)電壓(yā)不(bù)再是恒流(liú)源兩端的直接電壓，如圖2所示(shì)。

    從圖(tú)中(zhōng)可(kě)以看出，四綫測(cè)量(liáng)法(fǎ)比(bǐ)通(tōng)常的測(cè)量法多(duō)了(liǎo)兩(liǎng)根饋綫(xiàn)，斷開(kāi)了電壓(yā)測(cè)量(liáng)端(duān)與恒流(liú)源兩(liǎng)端(duān)連綫。由於電(diàn)壓測量端(duān)與(yǔ)恒(héng)流源(yuán)端斷開，恒(héng)流源(yuán)與被(bèi)測(cè)電(diàn)阻(zǔ)Rx，饋(kuì)綫RL1，RL2構成一(yī)個回(huí)路。送至電壓測(cè)量端的(dí)電壓隻(zhī)有(yǒu)Rx兩(liǎng)端(duān)的電壓，饋綫RL1，RL2電壓(yā)沒(méi)有送至(zhì)電(diàn)壓測(cè)量端。因此(cǐ)，饋綫電阻RL1和RL2對測量結果(guǒ)沒有影響。饋綫(xiàn)電阻RL3和RL4對測量(liáng)有影響(xiǎng)，但(dàn)影(yǐng)響很小(xiǎo)，由於(yú)數(shù)字(zì)萬(wàn)用表的(dí)輸入阻抗（MΩ級(jí)）遠大於(yú)饋綫(xiàn)電阻（Ω級），所以，四(sì)綫(xiàn)測(cè)量(liáng)法(fǎ)測量(liáng)小(xiǎo)電阻(zǔ)的準確(què)度(dù)很高。不過，四綫(xiàn)測量中的恒流源電(diàn)流的度非(fēi)常關(guān)鍵。建議采(cǎi)用外(wài)加的(dí)更穩定(dìng)的恒(héng)流(liú)源電(diàn)流(liú)；應注(zhù)意的(dí)是，外加(jiā)的恒流源電流的(dí)大小要(yào)與數(shù)字萬(wàn)用(yòng)表恒流源電(diàn)流的大小(xiǎo)相等。我(wǒ)們采(cǎi)用(yòng)的外(wài)加(jiā)的恒流(liú)源電流(liú)由高精(jīng)密(mì)基準電壓源(yuán)MAX6250，運放(fàng)及擴(kuò)流(liú)復(fù)合(hé)管組成(chéng)，如(rú)圖3所示(shì)。電壓(yā)源(yuán)MAX6250的溫漂≤2ppm/℃，時漂ΔVout/t＝20ppm/1000h。

    I取800μA～1mA，R是極(jí)低溫(wēn)漂綫(xiàn)繞(rào)電(diàn)阻(zǔ)（若(ruò)取I＝1mA，R＝5kΩ），這時(shí)I的溫(wēn)漂和時(shí)漂相(xiāng)當於MAX6250的水平。

3　饋綫電阻補(bǔ)償
    饋綫電(diàn)阻補償法(fǎ)通常(cháng)采用三綫製(zhì)接(jiē)法，被(bèi)測(cè)電(diàn)阻與接(jiē)地的綫相接。原理如(rú)圖(tú)4所示(shì)。

     恒(héng)流源電流I通(tōng)過(guò)饋(kuì)綫(xiàn)2流(liú)入被(bèi)測(cè)電(diàn)阻(zǔ)，饋(kuì)綫(xiàn)1接地，饋綫(xiàn)2和(hé)3分別接運放A1和A2的輸入端。若兩運放的(dí)增(zēng)益(yì)都(dū)為1，其輸出電(diàn)壓V1和(hé)V2為(wéi)：

    從上(shàng)式可知，饋綫(xiàn)電(diàn)阻上的(dí)附加(jiā)電壓加到A3的輸入(rù)端(duān)，通(tōng)過(guò)求差(chà)而消除，輸(shū)出(chū)電壓(yā)僅(jǐn)與被(bèi)測(cè)電(diàn)阻有(yǒu)關，且成(chéng)綫(xiàn)性(xìng)關(guān)係。不管被測(cè)電阻(zǔ)大小(xiǎo)如(rú)何，誤差都能*補(bǔ)償。
    在這種饋綫電(diàn)阻補(bǔ)償法測量小電阻(zǔ)電路中(zhōng)，測(cè)量度主要(yào)取決於恒流(liú)源電流I的度(dù)和(hé)饋綫(xiàn)電阻RL的(dí)大小(xiǎo)是否相等(děng)。電路(lù)中的運放可選(xuǎn)用(yòng)四(sì)通用(yòng)單(dān)運放(fàng)（LM324）。當(dāng)用此法測(cè)量阻值小於(yú)0.5Ω的電阻時，應確保(bǎo)RL*相等（注(zhù)意饋(kuì)綫(xiàn)材(cái)料，長短及焊點的大小(xiǎo)）。

4　實驗(yàn)比較
    比較分(fēn)四組(zǔ)進(jìn)行：①用普通(tōng)數字萬用表測(cè)量；②用四(sì)綫(xiàn)測(cè)量（借助於數(shù)字萬(wàn)用(yòng)表(biǎo)本身的恒流(liú)源(yuán)電流(liú)）；③用四綫(xiàn)測(cè)量(liáng)（用外加的恒流(liú)源(yuán)電流）；④饋(kuì)綫補償(cháng)測量。
    對(duì)測量結果的比(bǐ)較可(kě)以看出(chū)，對於100Ω的電(diàn)阻(zǔ)，普通數字萬用表的測量(liáng)相對誤差(chà)在2%左右，隨著電阻值變小(xiǎo)，未經過(guò)改進的(dí)數(shù)字電(diàn)源(yuán)萬(wàn)用表的測(cè)量(liáng)誤差(chà)越來(lái)越大(dà)，原(yuán)因主要是(shì)饋綫(xiàn)電阻的影(yǐng)響；經過處理的數字(zì)表(biǎo)，測(cè)量(liáng)5Ω電(diàn)阻的(dí)相對誤差在(zài)2%以下(xià)，但受恒流(liú)源電(diàn)流(liú)本身(shēn)穩(wěn)定度(dù)的(dí)影響(xiǎng)，②，③測量結果(guǒ)的(dí)準確(què)度(dù)也不一(yī)樣(yàng)；而(ér)饋綫(xiàn)補償(cháng)法測量(liáng)誤差zui小，不管饋綫電阻(zǔ)大小如何，其測量0．1Ω的相對誤(wù)差(chà)都低(dī)於(yú)10%。
 

R（Ω）
①
②
③
④
100
101.8
100.3
100.1
100.0
50
52.3
50.2
50.1
50.0
10
12.1
10.2
10.1
10.0
5
6.9
5.1
5.0
5.0
1
3.2
1.1
1.07
1.05
0.5
1.8
0.54
0.52
0.51
0.1
1.3
0.13
0.12
0.11

 

（安捷(jié)倫萬用表測量小電阻(zǔ)）

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