精密電阻測(cè)量方法探討

我們?cè)隍?yàn)收一批阻值為1Ω、誤差優(yōu)于0.01%的精密電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)其誤差均在0.02%～0.16%范圍內(nèi)。為保證高精密小電阻測(cè)試結(jié)果的可信度，我們利用0.01級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，對(duì)我們的測(cè)試方法進(jìn)行了驗(yàn)證，并對(duì)測(cè)試結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析和評(píng)定. 

一、使用電子式萬用表測(cè)量

在不具有更多精密檢測(cè)設(shè)備的情況下，可以常識(shí)用電子式萬用表進(jìn)行測(cè)量。
1.萬用表應(yīng)謹(jǐn)慎使用，不得受振動(dòng)、受熱和受潮。
2.使用前指針應(yīng)調(diào)到機(jī)械零位。測(cè)量電阻時(shí)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至電阻檔上，將兩測(cè)棒接觸后旋轉(zhuǎn)調(diào)零器，使指針指零歐檔方可測(cè)量，一定不要在電阻檔位上測(cè)量電壓。否則，會(huì)燒毀儀表。
3.紅色測(cè)棒為“＋”，黑色測(cè)棒為“—”。在測(cè)量直流電壓或電流時(shí)，應(yīng)將紅色測(cè)棒和黑色測(cè)棒分別接在被測(cè)物的正極和負(fù)極。否則，因接反會(huì)燒毀儀表。
4.選用量程時(shí)，要先選用較高量程，滿足指針移動(dòng)至滿刻度的2／3附近，這樣可使讀數(shù)比較精確。測(cè)量直流電壓前（特別是高壓）一定要先了解正負(fù)極。如果不知道正負(fù)極，可將兩測(cè)棒快接快離，如指針順時(shí)針轉(zhuǎn)，則說明接對(duì)了；反之，應(yīng)交換測(cè)棒。
5.當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到測(cè)量電流的位置時(shí)，不能將兩測(cè)棒直接跨接在電源上。否則，因萬用表通過短路電流會(huì)被燒毀。
6.每當(dāng)測(cè)量完畢后，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到電壓檔上，防止開關(guān)在電阻檔上，兩測(cè)棒誤被其他金屬短接使表內(nèi)電池耗盡。

二、綜合使用多種儀器測(cè)量

我們選擇了經(jīng)檢定允許誤差極*為0.4%但穩(wěn)定性可達(dá)0.001%的BY2053精密直流校準(zhǔn)源作為恒流源，電壓表選擇了六位半的2000型數(shù)字多用表。恒流源提供的電流選擇為50mA。


   為了能用測(cè)量結(jié)果說明問題，我們選用了1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻（0.01級(jí)）作為被測(cè)量對(duì)象，表1列出了用2000型數(shù)字多用表的二線和四線電阻測(cè)量功能測(cè)量 1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的測(cè)量結(jié)果。1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻送上級(jí)計(jì)量單位的檢定結(jié)果為0.999985Ω。表中的二線測(cè)量數(shù)據(jù)選用了偏置功能，測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度為20℃，相對(duì)濕度為42%。
從表1可以看出，二線電阻測(cè)量結(jié)果的誤差≥0.1%，四線電阻測(cè)量結(jié)果的誤差≥0.06%。依據(jù)二線和四線測(cè)量電阻的工作原理，對(duì)同一電阻進(jìn)行測(cè)量，二線測(cè)量示值一般應(yīng)大于四線測(cè)量結(jié)果。但是表1的結(jié)果正好相反。引起的原因是短路選用偏置功能時(shí)的接觸電阻大于實(shí)際測(cè)量時(shí)的接觸電阻。即偏置不能可靠地校正測(cè)量結(jié)果。
測(cè)量電阻的方法除了直接測(cè)量法包括數(shù)字歐姆表、數(shù)字多用表二線和四線測(cè)量，還有用比率技術(shù)的電位差計(jì)法和電橋法及恒流源法。利用我廠的現(xiàn)有資源我們選擇了用恒流源給電阻提供恒定的工作電流，用六位半數(shù)字多用表測(cè)量被測(cè)電阻上的電壓，然后用歐姆定律求出被測(cè)電阻阻值的方法（以下稱恒流源法）如圖1所示。此方法的優(yōu)點(diǎn)是a)：由于是恒流源，因此連接電阻的測(cè)量線和接觸電阻不影響其測(cè)量結(jié)果，它只與恒流源提供的I0和2000表測(cè)量電壓的不確定度有關(guān)。b): 選擇電阻的工作電流作為測(cè)量時(shí)的電流值，更接近實(shí)際的工作狀態(tài)。

總結(jié)
a. 用二線電阻測(cè)量功能測(cè)量精密小電阻，即使使用偏置功能，測(cè)量結(jié)果的置信度仍然較低。  
b. 精密小電阻的測(cè)量結(jié)果的置信度不僅僅取決于測(cè)量?jī)x器的技術(shù)指標(biāo)，測(cè)量?jī)x器的允許誤差極*只是影響測(cè)量結(jié)果的原因之一。
c.測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法的不確定度必須滿足被測(cè)量的要求，至少優(yōu)于被測(cè)對(duì)象允誤差極*的1/4以上。
d.給電阻提供一恒定的電流，測(cè)量電阻上的電壓，然后用歐姆定律計(jì)算被測(cè)電阻值的方法，必須要有滿足要求的恒流源和數(shù)字電壓表，它主要依賴于標(biāo)準(zhǔn)儀器的技術(shù)指標(biāo)。
e.上述方法與四線測(cè)量的方法原則上沒什么區(qū)別，一些七位半、八位半數(shù)字多用表都有較好的電阻測(cè)量能力。我們用HP 3458八位半數(shù)字多用表四線電阻測(cè)量功能對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果平均值為0.99994Ω，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為 0.01% ，與被測(cè)電阻的指標(biāo)同一數(shù)量級(jí)。其次用四線測(cè)量的方法其工作電流是測(cè)量?jī)x器所固有的，使用恒流源的方法可以選擇工作電流，使其更接近工作狀態(tài)。