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福禄克分享数字多用表电阻测量原理

福禄克分享数字多用表电阻测量原理。文章来源于福禄克公司。福禄克计量校准,致力于测试测量领域,为电学、温度、压力、流量、射频等领域提供高精度校准仪器和软件。
高精度的台式数字多用表大都包括两线电阻和四线电阻两种测量模式,甚至还有真欧姆电阻测量模式。众所周知,四线电阻测量消除两线电阻测量存在的引线误差的影响。在实际应用中,大多校准器都有两线和四线补偿功能,消除引线误差的影响,提高测量准确度;可若是操作不当,将导致错误的校准测量结果。
 

1、两线/四线电阻测量

数字多用表在电阻测量时,可以选择两线测量或者四线测量两种模式,简化为一个恒流源加一个电压表的模型。恒流源产生的激励电流流过被测电阻,在被测电阻两端产生的伴随电压被数字多用表内部的电压表测量出来,由于数字多用表的激励电流是已知的,利用欧姆定律它就可以计算出被测电阻的大小,并显示在屏幕上。
在两线电阻测量模式下,当激励电流流过被测电阻时,实际上数表内部电压表测量到的电压不仅包括被测电阻上的电压降,还包括测量回路中测量引线的电压降,包括从数表面板输入高端Input HI和输入低端LO两端连接到被测电阻,还有数表内部电压表到面板端子的引线,以及被测电阻的引出线,这些引线上的电压降都会对测量结果造成影响。
若被测电阻是1Ω,两根引线的误差就可能高达20%。若是1MΩ,两根引线的误差约是0.2ppm,而被测的1MΩ电阻准确度一般很少能到这个量级,此时引线影响通常可以忽略不计,因此大电阻测量一般直接用两线方式即可。
测量被测小电阻,选择数字表的四线电阻测量模式
要想更精确测量被测小电阻,可以选择数字表的四线电阻测量模式。
激励电流从数表的输入高端Input HI和输入低端LO两端连接到被测电阻,而数表的感应高端Sense HI和低端LO两端也接到被测电阻上,期待来直接感知被测电阻上的电压降,但实际上这条回路仍然有引线电阻。而且四线测量时,四根引线要求同种类型和长度,因此感应回路的引线电阻和激励电流回路的引线电阻是基本相同的。
四线测量之所以能够消除引线电阻影响,关键在于直流电压表都有一个内阻,阻值一般都可以达到10MΩ,甚至10GΩ或1TΩ,加上很微小的引线电阻,回路仍然是10M欧以上的大电阻。这样,当电压表与被测小电阻并联时,电压表回路吸收或流过的电流非常小,是恒流源激励电流的数百万或千万分之一,因此感应回路的引线电阻上的电压降完全可以忽略不计,也可以说整个激励电流都流过了被测电阻,这样电压表测量的就是被测电阻上的电压降,所以借此消除了引线电阻的影响。
 

2、真欧姆电阻测量

上述四线测量线路中,实际上还有一个误差源,那就是引线与被测电阻连接点的热电势。由于测试引线的材质与被测电阻连接端的金属不同,在连接点就会形成热电偶效应,随温度变化产生热电势,带来误差。因此高精度数字表如Fluke 8558A/8588A等提供了真欧姆(TruΩ)测量方式,可以消除热电势的影响。
Fluke8558A/8588A等提供了真欧姆(TruΩ)测量方式
采用真欧姆(TruΩ)方式时,85x8A先让激励恒流源正向流过被测电阻,测量其上的电压降,然后恒流源反向再次通过被测电阻,测量其上的电压降。由于两次测量激励恒流源实际为同一恒流源,大小相同,只是方向相反,因此被测电阻上的电压降两次测量中极性相反,大小相同,而热电势并不随回路激励电流的方向改变而改变极性,所以用第一次测量结果减去第二次测量结果得到两次测量绝对值的和,将此绝对值的和除以3、所以通过运算得到一个消除热电势影响后的电阻值。
消除热电势影响后的电阻值
以上我们详细介绍了数字多用表电阻测量原理的不同模式,下回我们将介绍如何使用校准器来校准数字多用表的电阻功能,敬请期待!
 

8588A/8558A八位半数字多用表/标准数字多用表

准确度 @ 3.5μV/V (99%) 2.7 μV/V (95%)
8 ½ 位读数 @ 1读数/s
快速 DMM 数字化 @ 5 MS/s,高达 20MHz 带宽
以太网、USB和 GPIB,使用 SCPI 命令
Visual Connection Management® 可视接线端子提示
直观的彩色 UI,可显示趋势图、统计信息、直方图和 FF
八位半数字多用表
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