精密電阻測量方法探討

我們在驗收一批阻值為1Ω、誤差優于0.01%的精密電阻時,發現其誤差均在0.02%~0.16%范圍內。為保證高精密小電阻測試結果的可信度,我們利用0.01級的標準電阻,對我們的測試方法進行了驗證,并對測試結果的不確定度進行了分析和評定. 

一、使用電子式萬用表測量

在不具有更多精密檢測設備的情況下,可以常識用電子式萬用表進行測量。
1.萬用表應謹慎使用,不得受振動、受熱和受潮。
2.使用前指針應調到機械零位。測量電阻時將轉換開關轉至電阻檔上,將兩測棒接觸后旋轉調零器,使指針指零歐檔方可測量,一定不要在電阻檔位上測量電壓。否則,會燒毀儀表。
3.紅色測棒為“+”,黑色測棒為“—”。在測量直流電壓或電流時,應將紅色測棒和黑色測棒分別接在被測物的正極和負極。否則,因接反會燒毀儀表。
4.選用量程時,要先選用較高量程,滿足指針移動至滿刻度的2/3附近,這樣可使讀數比較精確。測量直流電壓前(特別是高壓)一定要先了解正負極。如果不知道正負極,可將兩測棒快接快離,如指針順時針轉,則說明接對了;反之,應交換測棒。
5.當轉換開關轉到測量電流的位置時,不能將兩測棒直接跨接在電源上。否則,因萬用表通過短路電流會被燒毀。
6.每當測量完畢后,應將轉換開關轉到電壓檔上,防止開關在電阻檔上,兩測棒誤被其他金屬短接使表內電池耗盡。

二、綜合使用多種儀器測量

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


   為了能用測量結果說明問題,我們選用了1Ω標準電阻(0.01級)作為被測量對象,表1列出了用2000型數字多用表的二線和四線電阻測量功能測量 1Ω標準電阻的測量結果。1Ω標準電阻送上級計量單位的檢定結果為0.999985Ω。表中的二線測量數據選用了偏置功能,測量時環境溫度為20℃,相對濕度為42%。
從表1可以看出,二線電阻測量結果的誤差≥0.1%,四線電阻測量結果的誤差≥0.06%。依據二線和四線測量電阻的工作原理,對同一電阻進行測量,二線測量示值一般應大于四線測量結果。但是表1的結果正好相反。引起的原因是短路選用偏置功能時的接觸電阻大于實際測量時的接觸電阻。即偏置不能可靠地校正測量結果。
測量電阻的方法除了直接測量法包括數字歐姆表、數字多用表二線和四線測量,還有用比率技術的電位差計法和電橋法及恒流源法。利用我廠的現有資源我們選擇了用恒流源給電阻提供恒定的工作電流,用六位半數字多用表測量被測電阻上的電壓,然后用歐姆定律求出被測電阻阻值的方法(以下稱恒流源法)如圖1所示。此方法的優點是a):由于是恒流源,因此連接電阻的測量線和接觸電阻不影響其測量結果,它只與恒流源提供的I0和2000表測量電壓的不確定度有關。b): 選擇電阻的工作電流作為測量時的電流值,更接近實際的工作狀態。

總結
a. 用二線電阻測量功能測量精密小電阻,即使使用偏置功能,測量結果的置信度仍然較低。  
b. 精密小電阻的測量結果的置信度不僅僅取決于測量儀器的技術指標,測量儀器的允許誤差極*只是影響測量結果的原因之一。
c.測量設備及測量方法的不確定度必須滿足被測量的要求,至少優于被測對象允誤差極*的1/4以上。
d.給電阻提供一恒定的電流,測量電阻上的電壓,然后用歐姆定律計算被測電阻值的方法,必須要有滿足要求的恒流源和數字電壓表,它主要依賴于標準儀器的技術指標。
e.上述方法與四線測量的方法原則上沒什么區別,一些七位半、八位半數字多用表都有較好的電阻測量能力。我們用HP 3458八位半數字多用表四線電阻測量功能對同一標準電阻進行測量,測量結果平均值為0.99994Ω,相對擴展不確定度為 0.01% ,與被測電阻的指標同一數量級。其次用四線測量的方法其工作電流是測量儀器所固有的,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。
 

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