數(shù)字多用表電阻測量原理
高精度的臺式數(shù)字多用表大都包括兩線電阻和四線電阻兩種測量模式,,甚至還有真歐姆電阻測量模式,。四線電阻測量消除兩線電阻測量存在的引線誤差的影響,。在實際應用中,,大多校準器都有兩線和四線補償功能,消除引線誤差的影響,,提高測量準確度,;可若是操作不當,將導致錯誤的校準測量結果,。
一,、兩線/四線電阻測量
數(shù)字多用表在電阻測量時,可以選擇兩線測量或者四線測量兩種模式,,簡化為一個恒流源加一個電壓表的模型,。恒流源產(chǎn)生的激勵電流流過被測電阻,在被測電阻兩端產(chǎn)生的伴隨電壓被數(shù)字多用表內(nèi)部的電壓表測量出來,,由于數(shù)字多用表的激勵電流是已知的,,利用歐姆定律它就可以計算出被測電阻的大小,并顯示在屏幕上,。
在兩線電阻測量模式下,,當激勵電流流過被測電阻時,實際上數(shù)表內(nèi)部電壓表測量到的電壓不僅包括被測電阻上的電壓降,,還包括測量回路中測量引線的電壓降,,包括從數(shù)表面板輸入Input HI和輸入低端LO兩端連接到被測電阻,還有數(shù)表內(nèi)部電壓表到面板端子的引線,,以及被測電阻的引出線,,這些引線上的電壓降都會對測量結果造成影響。
若被測電阻是1Ω,,兩根引線的誤差就可能高達20%,。若是1MΩ,兩根引線的誤差約是0.2ppm,,而被測的1MΩ電阻準確度一般很少能到這個量級,,此時引線影響通常可以忽略不計,,因此大電阻測量一般直接用兩線方式即可,。
要想更精確測量被測小電阻,可以選擇數(shù)字表的四線電阻測量模式,。
激勵電流從數(shù)表的輸入Input HI和輸入低端LO兩端連接到被測電阻,,而數(shù)表的感應Sense HI和低端LO兩端也接到被測電阻上,期待來直接感知被測電阻上的電壓降,,但實際上這條回路仍然有引線電阻,。而且四線測量時,四根引線要求同種類型和長度,因此感應回路的引線電阻和激勵電流回路的引線電阻是基本相同的,。
四線測量之所以能夠消除引線電阻影響,,關鍵在于直流電壓表都有一個內(nèi)阻,阻值一般都可以達到10MΩ,,甚至10GΩ或1TΩ,,加上很微小的引線電阻,,回路仍然是10M歐以上的大電阻,。這樣,當電壓表與被測小電阻并聯(lián)時,,電壓表回路吸收或流過的電流非常小,,是恒流源激勵電流的數(shù)百萬或千萬分之一,因此感應回路的引線電阻上的電壓降可以忽略不計,,也可以說整個激勵電流都流過了被測電阻,,這樣電壓表測量的就是被測電阻上的電壓降,所以借此消除了引線電阻的影響,。
二,、真歐姆電阻測量
上述四線測量線路中,實際上還有一個誤差源,,那就是引線與被測電阻連接點的熱電勢,。由于測試引線的材質(zhì)與被測電阻連接端的金屬不同,在連接點就會形成熱電偶效應,,隨溫度變化產(chǎn)生熱電勢,,帶來誤差。因此高精度數(shù)字表如Fluke 8558A/8588A等提供了真歐姆(TruΩ)測量方式,,可以消除熱電勢的影響,。
采用真歐姆(TruΩ)方式時,85x8A先讓激勵恒流源正向流過被測電阻,,測量其上的電壓降,,然后恒流源反向再次通過被測電阻,測量其上的電壓降,。由于兩次測量激勵恒流源實際為同一恒流源,,大小相同,只是方向相反,,因此被測電阻上的電壓降兩次測量中極性相反,,大小相同,而熱電勢并不隨回路激勵電流的方向改變而改變極性,,所以用測量結果減去第二次測量結果得到兩次測量的和,,將此和除以2,所以通過運算得到一個消除熱電勢影響后的電阻值。
8588A/8558A 八位半數(shù)字多用表/標準數(shù)字多用表
準確度 @ 3.5μV/V (99%) 2.7 μV/V (95%)
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