技術支招:用數字萬用表精確測量小電阻
發布時間:2015-10-06 責任編輯:susan
【導讀】萬用表電阻Rx,電壓測量端S1、S2通過短路線接至Hi-Lo端。數字萬用表實際測量到的電阻值包括被測電阻Rx及饋線電阻RL1和RL2。當(dang)測(ce)量(liang)的(de)電(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)較(jiao)小(xiao)時(shi),饋(kui)線(xian)電(dian)阻(zu)產(chan)生(sheng)的(de)誤(wu)差(cha)就(jiu)不(bu)容(rong)忽(hu)視(shi)。如(ru)何(he)用(yong)現(xian)有(you)的(de)數(shu)字(zi)萬(wan)用(yong)表(biao)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)阻(zu)值(zhi)很(hen)小(xiao)的(de)電(dian)阻(zu)是(shi)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)經(jing)常(chang)遇(yu)到(dao)的(de)問(wen)題(ti)。
四線測量
四線測量是將恒流源電流流入被測電阻R的兩根電流線和數字萬用表電壓測量端的兩根電壓線分離開,使得數字萬用表測量端的電壓不再是恒流源兩端的直接電壓,如圖2所示。

congtuzhongkeyikanchu,sixianceliangfabitongchangdeceliangfaduolelianggenkuixian,duankailedianyaceliangduanyuhengliuyuanliangduanlianxian。youyudianyaceliangduanyuhengliuyuanduanduankai,hengliuyuanyubeicedianzuRx、饋線RL1、RL2構成一個回路。送至電壓測量端的電壓隻有Rx兩端的電壓,饋線RL1、RL2電壓沒有送至電壓測量端。因此,饋線電阻RL1和RL2對測量結果沒有影響。饋線電阻RL3和RL4對測量有影響,但影響很小,由於數字萬用表的輸入阻抗(MΩ級)遠大於饋線電阻(Ω級),所(suo)以(yi),四(si)線(xian)測(ce)量(liang)法(fa)測(ce)量(liang)小(xiao)電(dian)阻(zu)的(de)準(zhun)確(que)度(du)很(hen)高(gao)。不(bu)過(guo),四(si)線(xian)測(ce)量(liang)中(zhong)的(de)恒(heng)流(liu)源(yuan)電(dian)流(liu)的(de)精(jing)確(que)度(du)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。建(jian)議(yi)采(cai)用(yong)外(wai)加(jia)的(de)更(geng)穩(wen)定(ding)的(de)恒(heng)流(liu)源(yuan)電(dian)流(liu);應注意的是,外加的恒流源電流的大小要與數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電壓源MAX6250、運放及擴流複合管組成,如圖3所示。電壓源MAX6250的溫漂≤2ppm/℃,時漂ΔVout/t=20ppm/1000h。

饋線電阻補償
饋線電阻補償法通常采用三線製接法,被測電阻與接地的線相接。原理如圖4所示。

I取800μA~1mA,R是極低溫漂線繞電阻(若取I=1mA,R=5kΩ),這時I的溫漂和時漂相當於MAX6250的水平。
恒流源電流I通過饋線2流入被測電阻,饋線1接地,饋線2和3分別接運放A1和A2的輸入端。若兩運放的增益都為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,輸出電壓僅與被測電阻有關,且成線性關係。不管被測電阻大小如何,誤差都能完全補償。
在這種饋線電阻補償法測量小電阻電路中,測量精確度主要取決於恒流源電流I的精確度和饋線電阻RL的大小是否相等。電路中的運放可選用四通用單運放(LM324)。當用此法測量阻值小於0.5Ω的電阻時,應確保RL完全相等(注意饋線材料,長短及焊點的大小)。
實驗比較
比較分四組進行:①用普通數字萬用表測量;②用四線測量(借助於數字萬用表本身的恒流源電流);③用四線測量(用外加的恒流源電流);④饋線補償測量。
對測量結果的比較可以看出,對於100Ω的電阻,普通數字萬用表的測量相對誤差在2%左右,隨著電阻值變小,未經過改進的數字電源萬用表的測量誤差越來越大,原因主要是饋線電阻的影響;經過處理的數字表,測量5Ω電阻的相對誤差在2%以下,但受恒流源電流本身穩定度的影響,②、③測量結果的準確度也不一樣;而饋線補償法測量誤差最小,不管饋線電阻大小如何,其測量0.1Ω的相對誤差都低於10%。

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