《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何精確測(cè)量小電阻
電子工程世界   
未知
摘要: 提出用“四線”和“饋線補(bǔ)償法”精確測(cè)量小電阻的方法,并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,。
Abstract:
Key words :

 1 引言
數(shù)字萬用表測(cè)量電阻是通過測(cè)量恒流源電流I流過被測(cè)電阻RX所產(chǎn)生的電壓Vx實(shí)現(xiàn)的,。通過對(duì)Vx數(shù)字化及小數(shù)點(diǎn)移位便可得到Rx的數(shù)字化值,。原理框圖如圖1:

測(cè)試時(shí),,恒流源電流I通過Hi-Lo端和測(cè)量線饋送至被測(cè)電阻Rx,,電壓測(cè)量端S1,、S2通過短路線接至Hi-Lo端,。數(shù)字萬用表實(shí)際測(cè)量到的電阻值包括被測(cè)電阻Rx及饋線電阻RL1和RL2,。當(dāng)測(cè)量的電阻阻值較小時(shí),饋線電阻產(chǎn)生的誤差就不容忽視,。如何用現(xiàn)有的數(shù)字萬用表精確測(cè)量阻值很小的電阻是工程技術(shù)人員經(jīng)常遇到的問題,。
2 四線測(cè)量
四線測(cè)量是將恒流源電流流入被測(cè)電阻R的兩根電流線和數(shù)字萬用表電壓測(cè)量端的兩根電壓線分離開,使得數(shù)字萬用表測(cè)量端的電壓不再是恒流源兩端的直接電壓,,如圖2所示,。

從圖中可以看出,,四線測(cè)量法比通常的測(cè)量法多了兩根饋線,斷開了電壓測(cè)量端與恒流源兩端連線,。由于電壓測(cè)量端與恒流源端斷開,,恒流源與被測(cè)電阻Rx、饋線RL1,、RL2構(gòu)成一個(gè)回路,。送至電壓測(cè)量端的電壓只有Rx兩端的電壓,饋線RL1,、RL2電壓沒有送至電壓測(cè)量端,。因此,饋線電阻RL1和RL2對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響,。饋線電阻RL3和RL4對(duì)測(cè)量有影響,,但影響很小,由于數(shù)字萬用表的輸入阻抗(MΩ級(jí))遠(yuǎn)大于饋線電阻(Ω級(jí)),,所以,,四線測(cè)量法測(cè)量小電阻的準(zhǔn)確度很高。不過,,四線測(cè)量中的恒流源電流的精確度非常關(guān)鍵,。建議采用外加的更穩(wěn)定的恒流源電流;應(yīng)注意的是,,外加的恒流源電流的大小要與數(shù)字萬用表恒流源電流的大小相等。我們采用的外加的恒流源電流由高精密基準(zhǔn)電壓源MAX6250,、運(yùn)放及擴(kuò)流復(fù)合管組成,,如圖3所示。電壓源MAX6250的溫漂≤2ppm/℃,,時(shí)漂ΔVout/t=20ppm/1000h,。

I取800μA~1mA,R是極低溫漂線繞電阻(若取I=1mA,,R=5kΩ),,這時(shí)I的溫漂和時(shí)漂相當(dāng)于MAX6250的水平。
3 饋線電阻補(bǔ)償
饋線電阻補(bǔ)償法通常采用三線制接法,,被測(cè)電阻與接地的線相接,。原理如圖4所示。

恒流源電流I通過饋線2流入被測(cè)電阻,,饋線1接地,,饋線2和3分別接運(yùn)放A1和A2的輸入端。若兩運(yùn)放的增益都為1,,其輸出電壓V1和V2為:

從上式可知,,饋線電阻上的附加電壓加到A3的輸入端,,通過求差而消除,輸出電壓僅與被測(cè)電阻有關(guān),,且成線性關(guān)系,。不管被測(cè)電阻大小如何,誤差都能完全補(bǔ)償,。
在這種饋線電阻補(bǔ)償法測(cè)量小電阻電路中,,測(cè)量精確度主要取決于恒流源電流I的精確度和饋線電阻RL的大小是否相等。電路中的運(yùn)放可選用四通用單電源運(yùn)放(LM324),。當(dāng)用此法測(cè)量阻值小于0.5Ω的電阻時(shí),,應(yīng)確保RL完全相等(注意饋線材料,長(zhǎng)短及焊點(diǎn)的大?。?。
4 實(shí)驗(yàn)比較
比較分四組進(jìn)行:①用普通數(shù)字萬用表測(cè)量;②用四線測(cè)量(借助于數(shù)字萬用表本身的恒流源電流),;③用四線測(cè)量(用外加的恒流源電流),;④饋線補(bǔ)償測(cè)量。
對(duì)測(cè)量結(jié)果的比較可以看出,,對(duì)于100Ω的電阻,,普通數(shù)字萬用表的測(cè)量相對(duì)誤差在2%左右,隨著電阻值變小,,未經(jīng)過改進(jìn)的數(shù)字萬用表的測(cè)量誤差越來越大,,原因主要是饋線電阻的影響;經(jīng)過處理的數(shù)字表,,測(cè)量5Ω電阻的相對(duì)誤差在2%以下,,但受恒流源電流本身穩(wěn)定度的影響,②,、③測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度也不一樣,;而饋線補(bǔ)償法測(cè)量誤差最小,不管饋線電阻大小如何,,其測(cè)量0.1Ω的相對(duì)誤差都低于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


 

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