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安捷倫萬用表測量小電阻

日期:2012-08-02瀏覽:3896次

關(guān)鍵詞:四線測量;饋線補償;小電阻
1 引言
      安捷倫萬用表測量電阻是通過測量恒流源電流I流過被測電阻RX所產(chǎn)生的電壓Vx實現(xiàn)的。通過對Vx數(shù)字化及小數(shù)點移位便可得到Rx的數(shù)字化值。原理框圖如圖1:

    
測試時,恒流源電流I通過Hi-Lo端和測量線饋送至被測電阻Rx,電壓測量端S1、S2通過短路線接至Hi-Lo端。數(shù)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。當測量的電阻阻值較小時,饋線電阻產(chǎn)生的誤差就不容忽視。如何用現(xiàn)有的數(shù)字萬用表測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(shù)字萬用表電壓測量端的兩根電壓線分離開,使得數(shù)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。

    從圖中可以看出,四線測量法比通常的測量法多了兩根饋線,斷開了電壓測量端與恒流源兩端連線。由于電壓測量端與恒流源端斷開,恒流源與被測電阻Rx、饋線RL1、RL2構(gòu)成一個回路。送至電壓測量端的電壓只有Rx兩端的電壓,饋線RL1、RL2電壓沒有送至電壓測量端。因此,饋線電阻RL1和RL2對測量結(jié)果沒有影響。饋線電阻RL3和RL4對測量有影響,但影響很小,由于數(shù)字萬用表的輸入阻抗(MΩ級)遠大于饋線電阻(Ω級),所以,四線測量法測量小電阻的準確度很高。不過,四線測量中的恒流源電流的度非常關(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電壓源MAX6250、運放及擴流復(fù)合管組成,如圖3所示。電壓源MAX6250的溫漂≤2ppm/℃,時漂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I的溫漂和時漂相當于MAX6250的水平。

3 饋線電阻補償
    饋線電阻補償法通常采用三線制接法,被測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(guān),且成線性關(guān)系。不管被測電阻大小如何,誤差都能*補償。
    在這種饋線電阻補償法測量小電阻電路中,測量度主要取決于恒流源電流I的度和饋線電阻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于0.5Ω的電阻時,應(yīng)確保RL*相等(注意饋線材料,長短及焊點的大?。?br />
4 實驗比較
    比較分四組進行:①用普通數(shù)字萬用表測量;②用四線測量(借助于數(shù)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(jié)果的比較可以看出,對于100Ω的電阻,普通數(shù)字萬用表的測量相對誤差在2%左右,隨著電阻值變小,未經(jīng)過改進的數(shù)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(jīng)過處理的數(shù)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(wěn)定度的影響,②、③測量結(jié)果的準確度也不一樣;而饋線補償法測量誤差zui小,不管饋線電阻大小如何,其測量0.1Ω的相對誤差都低于10%。
 

R(Ω)
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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