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標題: 更準確地測量小電阻—萬用表的四線制和二線制測量方法比較 [打印本頁]

作者: 楊定國 時間: 2017-12-26 16:49
標題: 更準確地測量小電阻—萬用表的四線制和二線制測量方法比較

之前在網上看到的關于萬用表測量小電阻的文章，搬移到這里，分享給大家（PS，為了避免廣告嫌疑，型號打了馬賽克）

電阻是電子元器件中比較常見的一種。電子學上對它的定義是用電阻材料制成的、有一定結構形式、能在電路中起限制電流通過作用的二端子元件。常見的測量電阻原理是給予一個激勵電流源，根據該二端子元件兩端點得到的電壓衡量該電阻對于電流阻礙作用的大小�；诖嗽砣f用表有兩種測量電組的方法----二線制和四線制。一、二線制測量原理所謂二線制，顧名思義，就是只利用兩根導線去連接被測電阻，工作原理圖如圖 1 所示。二線制是在待測電阻兩端各連一根導線，這種接法簡單、費用低，在實際生活中廣泛應用；但是導線本身也具有電阻，而且該電阻會隨環境溫度的變化而變化，這就會給電阻測量帶來不確定的附加誤差，即使是在測量大電阻時，引線也不宜過長。并且由于測量回路和電流回路無法分開，表筆和待測點之間的接觸電阻也不可避免，引入了誤差源。

萬用表包含有一個精密電流源以及一個內阻很大的電壓表。萬用表通過測量出來的電壓來衡量該電阻阻礙電流大小的能力，但從圖中可以看出，二線制測量到的電壓結果實際上并不是待測電阻兩端的電壓，還包括導線產生的傳導電阻以及表筆接觸帶來的接觸電阻。其測得的電阻的數學表達式為： R 測 =R+2r+2Rs 其中，R 為待測電阻，r 為導線電阻，Rs 為接觸電阻。一般的導線傳導電阻范圍在 1mΩ~100mΩ,表筆和待測點的接觸電阻也在 mΩ級別，如果待測電阻 R 足夠大的話，那么傳導電阻、接觸電阻幾乎可以忽略，但是如果在實際應用中需要測量小電阻（<10Ω）,待測電阻與導線、接觸電阻相差無幾，不可避免會引起一些誤差。這個時候需要找到一種辦法減少這些導線電阻、接觸電阻對測量電路帶來的影響，于是引入了四線制測量電阻。二、二、四線制測量原理四線制在電阻的兩端各連接兩根導線，其中兩根引線為電阻提供恒定電流 I，把電阻 R 轉換成電壓信號 U，另外兩根信號引線則把電壓信號 U 引至儀表，其測量原理如圖 2 所示。這種接法幾乎可以消除導線電阻和接觸電阻的影響，但成本較高，測量接線繁瑣些，主要用于高精度的電阻測量。

由于該萬用表內部集成了運放，所以測量電壓表 Vm 的內阻可以做得很大，與待測電阻存在數量級的差別。精密電流源產生的電流只有很微小的一少部分流經測量電壓表所在的回路，如此在導線電阻和接觸電阻上產生的壓降我們幾乎可以忽略，于是得到的測量電壓幾乎就趨近于待測電阻兩端的電壓，相比于二線制來說更加準確。三、三、二線制和四線制測量實例比較使用該數字萬用表對標稱值為 100KΩ、1KΩ、100Ω、10Ω、1Ω、0.1Ω的電阻進行測量，比較二線制和四線制測量不同電阻的結果差異。（因為標稱阻值并不準確，這里我們利用更高精度的萬用表來對標稱值進行測量作為標準值）圖 3 和圖 4 分別為利用二線制和四線制測量標稱值為 0.1Ω，標準值為 0.1432Ω電阻的顯示結果：

項 100KΩ 1KΩ 100Ω 10Ω 1Ω 0.1Ω 標準值 100.0152 K 0.983000 K 99.6712 Ω 9.8375Ω 0.9943Ω 0.1432Ω 2 線法測量值（相對誤差） 100.018K （0.0028 30%） 0.98339K （0.0396 7%） 99.720Ω （0.0489 6%） 9.879Ω （0.4216 %） 1.053Ω （5.904% ） 0.195Ω （36.17%） 4 線法測量值（相對誤差） 100.015K (0.00019 97%) 0.98315K （0.0152 6%） 99.675Ω （0.0038 13%） 9.830Ω （0.0762 4%） 1.002Ω （0.7744 %） 0.139Ω （2.933%）表 1 測量結果統計結論：對表格中數據縱向比較我們可以發現，二線制的測量結果始終比四線制得到的結果大；橫向比較發現，電阻越小，其相對誤差基本呈遞增趨勢；同時綜合分析發現，在測量大電阻時，二線制和四線制測量誤差基本相差無幾，但對于小電阻來說，四線制測量結果更加準確。四、四、二線制和四線制的共同點兩種接法都用到了精密電流源和內部的電壓測量表，它們共同的誤差都有可能來自于電流源本身，并且受制于電壓測量表的測量精度。數字萬用表是將電壓測量表中測到的電壓 U，送入 ADC 進行量化、計算、分析最后才送入顯示屏顯示，所以無論是二線制還是四線制，都不可避免存在著一定的量化誤差

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作者: cherrydang 時間: 2017-12-27 10:37
寫的很清楚，但是貌似數據給亂了

作者: 楊定國 時間: 2018-1-5 10:52

cherrydang 發表于 2017-12-27 10:37
寫的很清楚，但是貌似數據給亂了

本來是表格來著不會上傳。。。

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