摘要:提出用“四線”和“饋線補(bǔ)償法”測(cè)量小電阻的方法,并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
關(guān)鍵詞:四線測(cè)量;饋線補(bǔ)償;小電阻
1 引言
數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電阻是通過(guò)測(cè)量恒流源電流I流過(guò)被測(cè)電阻RX所產(chǎn)生的電壓Vx實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)Vx數(shù)字化及小數(shù)點(diǎn)移位便可得到Rx的數(shù)字化值。原理框圖如圖1:
測(cè)試時(shí),恒流源電流I通過(guò)Hi-Lo端和測(cè)量線饋送至被測(cè)電阻Rx,電壓測(cè)量端S1、S2通過(guò)短路線接至Hi-Lo端。數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)際測(cè)量到的電阻值包括被測(cè)電阻Rx及饋線電阻RL1和RL2。當(dāng)測(cè)量的電阻阻值較小時(shí),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(wàn)用表測(cè)量阻值很小的電阻是工程技術(shù)人員經(jīng)常遇到的問(wèn)題。
2 四線測(cè)量
四線測(cè)量是將恒流源電流流入被測(cè)電阻R的兩根電流線和數(shù)字萬(wàn)用表電壓測(cè)量端的兩根電壓線分離開(kāi),使得數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)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(cè)量法比通常的測(cè)量法多了兩根饋線,斷開(kāi)了電壓測(cè)量端與恒流源兩端連線。由于電壓測(cè)量端與恒流源端斷開(kāi),恒流源與被測(cè)電阻Rx、饋線RL1、RL2構(gòu)成一個(gè)回路。送至電壓測(cè)量端的電壓只有Rx兩端的電壓,饋線RL1、RL2電壓沒(méi)有送至電壓測(cè)量端。因此,饋線電阻RL1和RL2對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。饋線電阻RL3和RL4對(duì)測(cè)量有影響,但影響很小,由于數(shù)字萬(wàn)用表的輸入阻抗(MΩ級(jí))遠(yuǎn)大于饋線電阻(Ω級(jí)),所以,四線測(cè)量法測(cè)量小電阻的準(zhǔn)確度很高。不過(guò),四線測(cè)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(wàn)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(zhǔn)電壓源MAX6250、運(yùn)放及擴(kuò)流復(fù)合管組成,如圖3所示。電壓源MAX6250的溫漂≤2ppm/℃,時(shí)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(shí)I的溫漂和時(shí)漂相當(dāng)于MAX6250的水平。
3 饋線電阻補(bǔ)償
饋線電阻補(bǔ)償法通常采用三線制接法,被測(cè)電阻與接地的線相接。原理如圖4所示。
恒流源電流I通過(guò)饋線2流入被測(cè)電阻,饋線1接地,饋線2和3分別接運(yùn)放A1和A2的輸入端。若兩運(yùn)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(guò)求差而消除,輸出電壓僅與被測(cè)電阻有關(guān),且成線性關(guān)系。不管被測(cè)電阻大小如何,誤差都能*補(bǔ)償。
在這種饋線電阻補(bǔ)償法測(cè)量小電阻電路中,測(cè)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(yùn)放可選用四通用單運(yùn)放(LM324)。當(dāng)用此法測(cè)量阻值小于0.5Ω的電阻時(shí),應(yīng)確保RL*相等(注意饋線材料,長(zhǎng)短及焊點(diǎn)的大?。?。
4 實(shí)驗(yàn)比較
比較分四組進(jìn)行:①用普通數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量;②用四線測(cè)量(借助于數(shù)字萬(wàn)用表本身的恒流源電流);③用四線測(cè)量(用外加的恒流源電流);④饋線補(bǔ)償測(cè)量。
對(duì)測(cè)量結(jié)果的比較可以看出,對(duì)于100Ω的電阻,普通數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)量相對(duì)誤差在2%左右,隨著電阻值變小,未經(jīng)過(guò)改進(jìn)的數(shù)字電源萬(wàn)用表的測(cè)量誤差越來(lái)越大,原因主要是饋線電阻的影響;經(jīng)過(guò)處理的數(shù)字表,測(cè)量5Ω電阻的相對(duì)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(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度也不一樣;而饋線補(bǔ)償法測(cè)量誤差zui小,不管饋線電阻大小如何,其測(cè)量0.1Ω的相對(duì)誤差都低于10%。
R(Ω) | ① | ② | ③ | ④ |
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 |
(數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量小電阻)
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